[发明专利]高地应力条件下大型洞室轴线选择方法

摘要

本发明公开的是水利水电工程领域的一种高地应力条件下大型洞室轴线选择方法，包括以下步骤：首先根据需要开挖地下洞室的规模进行工程地质勘察，获取洞室区地应力实测资料和岩体主要结构面特性；然后根据不同地应力级别选择不同的洞室轴线确定方法，最后以最大水平应力方向作为参照标准来确定洞室轴线，洞室轴线与最大水平应力方向呈小角度。本发明通过理论计算、综合分析和试验验证，在高地应力条件下，尤其是最大主应力倾角较大的情况下，采用最大水平应力方向作为参照标准来确定洞室轴线，能够使周围岩体的自稳能力更强，从而可大幅降低设计风险，减少支护措施，以达到经济安全的目的。

主权项

1.高地应力条件下大型洞室轴线选择方法，其特征是，包括以下步骤：A、根据需要开挖地下洞室的规模进行工程地质勘察，获取洞室区地应力实测资料和岩体主要结构面特性；B、按照地应力大小将岩体分为三个等级，分别为低地应力、中地应力和高地应力；C、在低地应力条件下，根据岩体结构面来确定洞室轴线；中地应力条件下，以岩体结构面为主，地应力为辅来确定洞室轴线；高地应力条件下，以地应力为主，岩体结构面为辅确定洞室轴线；D、在高地应力条件下，以最大水平应力作为洞室轴线选择的参照标准，使洞室轴线与最大水平应力方向呈小角度布置；步骤D中的最大水平应力通过以下步骤进行计算：假设正应力以压为正、拉为负，剪应力以顺时针旋转为正、逆时针为负，局部坐标系定义为：X轴正方向为厂房轴线方向，Y轴正方向垂直于X向并指向上游，Z轴正方向竖直向上，定义洞室的三个典型剖面：横剖面(YOZ平面)、纵剖面(ZOX平面)、平剖面(XOY平面)，典型剖面上的最大、最小应力可以由三个主应力及主应力方向换算得到，换算过程如下：其中σ1、σ2、σ3分别为第一主应力、第二主应力和第三主应力，li、mi、ni(i＝1,2,3)为主应力方向与OXYZ坐标系各轴夹角的三角函数，以li为例：其中α为σ1的走向，δ为NOE平面(即XOY平面)上N向顺时针转向Y轴正向的角度，β为σ1的倾角(定义仰角为正)，mi、ni的表达式与li相同，各角度的含义对应各主应力的方位；在平剖面上(XOY平面)，最大水平应力σH和最小水平应力σh的表达式如下：X轴顺时针转到最大水平应力σH的角度θ按下式计算：按上述步骤确定最大水平应力，高地应力条件下洞室轴线与最大水平应力方向呈小角度。