[发明专利]一种断层破碎带软岩地应力估算方法

说明书

本发明涉及一种断层破碎带软岩地应力估算方法，包括：获得硬岩地区的三个主应力的地应力测试结果，以确定硬岩地区的原始坐标系的应力矩阵；将硬岩地区的原始坐标系的应力矩阵转换成硬岩地区的大地坐标系的应力矩阵；将硬岩地区的大地坐标系的应力矩阵转换成硬岩地区的断层坐标系的应力矩阵；将硬岩地区的断层坐标系的应力矩阵转换成软岩地区的断层坐标系的应力矩阵；将软岩地区的断层坐标系的应力矩阵转换成软岩地区的大地坐标系的应力矩阵；将软岩地区的大地坐标系的应力矩阵转换成软岩地区的隧道坐标系的应力矩阵。该应力估算方法基于完整岩体地应力测试结果进行断层破碎带软岩地应力的估算，使大变形预测结果能良好符合实测结果。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种断层破碎带软岩地应力估算方法。

背景技术

深埋长大隧道断层破碎带软岩容易产生大变形灾害，地应力是大变形灾害分级和预测的重要参数，其合理取值至关重要。目前常用的地应力测试方法包括水压致裂法和应力解除法，上述两种方法的地应力测试均要求岩石相对完整，尤其是应力解除法还需要钻孔取芯对岩体完整性的要求更高。

因此现有的地应力测试多在完整岩体中开展，其地应力测试结果难以反映断层破碎带软岩的真实地应力状况，导致大变形预测结果与实测结果间存在较大差异，需要提出一种基于完整岩体地应力测试结果，估算断层破碎带软岩地应力的方法。

发明内容

本申请提供了一种断层破碎带软岩地应力估算方法，解决了现有深埋长大隧道的地应力测试多在完整岩体中开展，其地应力测试结果难以反映断层破碎带软岩的真实地应力状况，导致大变形预测结果与实测结果间存在较大差异的技术问题，实现了基于完整岩体地应力测试结果，估算断层破碎带软岩地应力的技术效果。

本申请所提供的一种断层破碎带软岩地应力估算方法，包括：

步骤1：获得硬岩地区的三个主应力的地应力测试结果，所述三个主应力包括：水平大主应力、水平小主应力及竖直应力；以水平大主应力方向为X轴，水平小主应力方向为Y轴，竖直应力方向为Z轴建立原始坐标系，以确定所述硬岩地区的原始坐标系的应力矩阵；

步骤2：根据转换矩阵公式确定坐标转换的第一转换矩阵，并根据所述第一转换矩阵及应力分量转换公式，将所述硬岩地区的原始坐标系的应力矩阵转换成所述硬岩地区的大地坐标系的应力矩阵；

步骤3：根据转换矩阵公式确定坐标转换的第二转换矩阵，并根据所述第二转换矩阵及所述应力分量转换公式，将所述硬岩地区的大地坐标系的应力矩阵转换成所述硬岩地区的断层坐标系的应力矩阵；再根据广义胡克定律，将所述硬岩地区的断层坐标系的应力矩阵转换成软岩地区的断层坐标系的应力矩阵；

步骤4：通过第三转换矩阵运用所述应力分量转换公式的反运算，所述第三转换矩阵为所述第二转换矩阵的转置矩阵，将所述软岩地区的断层坐标系的应力矩阵转换成软岩地区的大地坐标系的应力矩阵；

步骤5：通过第四转换矩阵运用所述应力分量转换公式的反运算，所述第四转换矩阵为所述第一转换矩阵的转置矩阵，将所述软岩地区的大地坐标系的应力矩阵转换成软岩地区的隧道坐标系的应力矩阵。

作为优选，还包括步骤6：

根据所述第四转换矩阵及所述应力分量转换公式，将所述硬岩地区的大地坐标系的应力矩阵转换成所述硬岩地区的隧道坐标系的应力矩阵。

作为优选，所述断层破碎带软岩地应力估算方法具有假定前提条件，所述假定前提条件为：

平行于xoy面的岩层的水平方向的尺寸比竖直方向的尺寸大；

岩层各向同性；

材料满足弹性假设。

作为优选，对于同一点在不同坐标系下的所述应力分量转换公式的矩阵表达式为为：