[发明专利]一种大型缓倾角软弱结构面下部围岩高地应力集中带破坏模式的预测方法

说明书

本发明提供一种大型缓倾角软弱结构面下部围岩高地应力集中带破坏模式的预测方法，具有如下有益效果：要求低、速度快、使用方便、效率高；对工程施工无干扰，不影响工程进度；判别结果和开挖响应可及时验证，可靠性高、适用性强；有效规避了常规试验方法要求高、成本大、时间长、技术难度大、不能全区覆盖等不利因素，是对常规试验方法的一个有效补充。通过地下洞室与大型软弱结构面的位置关系，快速、准确预测洞室围岩的破坏位置、破坏形式及破坏程度，提前采取有针对性的支护措施，确保洞室稳定及施工人员的安全。

技术领域

本发明涉及一种大型缓倾角软弱结构面下部围岩高地应力集中带破坏模式的预测方法，适用于水利水电、矿山、石油、交通运输等行业高地应力区地下隧洞的开挖与支护。

背景技术

随着我国水利水电、矿山、石油、交通运输行业等大型工程的不断建设，深埋地下隧洞工程越发常见，高地应力问题是这些工程面临的重要问题。高地应力条件下地下工程围岩主要发生岩爆、片帮、破裂破坏、围岩持续松弛、大变形等工程地质问题。特别是在大型软弱结构面下盘，围岩应力集中现象更为突出，给地下工程的围岩稳定和施工人员的安全带来严峻挑战。如何快速、简易、可靠地查明工程区地应力情况，预测隧洞开挖过程中，高应力集中带附近围岩破坏位置、程度是工程技术人员面临的主要任务之一。

地应力量值主要采用水压致裂法、浅孔孔壁应变法、浅孔孔径应变法、浅孔孔底应变法等原位试验进行实测，具有成本大、时间长、条件苛刻、技术难度高、不能全区覆盖、实测成果离散、代表性差等特点。多元回归分析法及地应力场模拟，均化了地应力场分布，对地应力集中带难以准确描述，对高地力区地下工程的影响往往估计不足。现行地应力获取方法不能完全满足评估大型缓倾角软弱结构面下部一定范围内地应力状态的实际工程需求。

玄武岩等地层中常发育软弱结构面，该类软弱结构面规模大、性状差，如层间错动带。某水电站现场水圧致裂法实测地应力成果显示，在层间错动带C₂下盘20～50m范围内存在一个地应力增高带，其值比正常值一般高出50％～80％，如图1所示。施工开挖过程中，也揭示在层间错动带C₂下盘，与C₂垂直距离约20m范围内，围岩常发生强烈的片帮，甚至出现岩爆。在系统支护完成前，或系统支护偏弱的情况下，片帮及岩爆会持续发生，严重影响生命财产安全和施工进度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述常规地应力测试及回归分析不能完全满足评估大型缓倾角软弱结构面下地应力状态实际工程情况。通过大量工程经验及测试成果，研究分析得出大型软弱结构面下盘一定范围内存在地应力集中现象，其距离及集中程度受软弱结构面规模、性状影响。规模越大、性状越差，其距离及集中程度越大，一般而言，其与软弱结构面的距离约在20～50m范围内，其大小约为地应力均值的1.5～1.8倍。通过软弱结构面与隧洞、竖井的位置关系及地应力作用与隧洞、竖井内围岩破坏特征的相关关系，建立起一种大型缓倾角软弱结构面下部高地应力集中带破坏模式的预测方法，根据地应力造成的围岩破坏特征，快速评估高地应力集中带分布范围、延伸方向，最大主应力倾向、倾角、量值等主要参数，补充常规试验方法的不足，预测未开挖洞室围岩破坏出现的范围、位置、特征等，用于指导工程设计和施工。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种大型缓倾角软弱结构面下部围岩高地应力集中带破坏模式的预测方法，所述大型缓倾角软弱结构面下部围岩高地应力集中带破坏模式的预测方法包括如下步骤：

(1)对工程区地下洞室进行工程地质调查，特别是要查明大型缓倾角软弱结构面的规模、性状、与建筑物的位置关系、岩体强度以及其完整性；

(2)进行现场地应力测试，或者采取间接法判别地应力的大小和方向；当最大主应力σ₁量级大于20MPa时，或岩石强度应力比R_b/σ₁小于4时，有发生岩爆等高地应力破坏的潜在风险，其中：R_b为岩石饱和抗压强度；