搶風(fēng)嶺隧道圍巖地應(yīng)力場(chǎng)研究及巖爆預(yù)測(cè)分析.pdf

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1、第42卷第7期人民長(zhǎng)江Vo142．No．720l1年4月YangtzeRiverApr．，2011文章編號(hào)：1001—4179(2011)07—0015—04搶風(fēng)嶺隧道圍巖地應(yīng)力場(chǎng)研究及巖爆預(yù)測(cè)分析李永松，陳建平，尹健民2(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北武漢430074；2．長(zhǎng)江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430010)摘要：為了研究搶風(fēng)嶺隧道工程區(qū)地應(yīng)力分布情況，采用水壓致裂法進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)試。根據(jù)測(cè)試成果，結(jié)合有限單元法及多元線性回歸對(duì)工程區(qū)應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了分析?；貧w分析結(jié)果顯示：沿隧道軸線，最大水平主應(yīng)力大于自重應(yīng)力，該地區(qū)是以水平應(yīng)力場(chǎng)為主導(dǎo)，最大水平主應(yīng)力方向

2、總體上接近NE向。最后，根據(jù)地應(yīng)力資料對(duì)隧道圍巖進(jìn)行了施工期巖爆預(yù)測(cè)分析，表明在埋深270～400m完整堅(jiān)硬的巖石洞段，施工期有發(fā)生中等巖爆的可能。關(guān)鍵詞：地應(yīng)力；多元線性回歸；巖爆預(yù)測(cè)；搶風(fēng)嶺隧道中圖法分類號(hào)：U456．31文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A地應(yīng)力場(chǎng)是巖土工程數(shù)值模擬、穩(wěn)定性分析及工的伴有聲響及巖片彈射、能量猛烈釋放、洞室突然破程設(shè)計(jì)與施工需要考慮的一個(gè)十分重要的因素?。壞，危及人員、設(shè)備和建筑的安全。巖爆的預(yù)測(cè)和對(duì)于地應(yīng)力測(cè)量方法的分類，依據(jù)不同的原理可分為防治是地下工程的重要課題。本文在搶風(fēng)嶺隧道地應(yīng)直接法和間接法兩大類。直接測(cè)量法有：扁千斤頂法、力測(cè)試成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了隧道區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)

3、多元?jiǎng)傂园w應(yīng)力計(jì)法，以及2O世紀(jì)60年代末，費(fèi)爾斯特線性回歸分析，并根據(jù)地應(yīng)力測(cè)試成果及工程區(qū)應(yīng)力(c．Fairhurst)和海姆森(Haimson)提出的水壓致裂法場(chǎng)回歸分析結(jié)果進(jìn)行了深埋隧洞段硬脆性圍巖開(kāi)挖過(guò)和近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的聲發(fā)射法等。間接測(cè)量法中，使程中巖爆發(fā)生可能性的預(yù)測(cè)分析。用最廣泛的就是應(yīng)力解除法。鑒于地應(yīng)力空間分布的1工程概況復(fù)雜性及其隨地質(zhì)構(gòu)造演化的復(fù)雜性，原位實(shí)測(cè)地應(yīng)力是提供區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)最為直接和最為可靠的途徑。搶風(fēng)嶺隧道位于山西省渾源縣中莊鋪鄉(xiāng)小道溝村但是，受測(cè)試場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)等方面的限制，不可能進(jìn)行大與青磁窯鄉(xiāng)郝家灣村之間的中山區(qū)。設(shè)計(jì)為分離式隧量測(cè)量，另一方面，地應(yīng)力

4、測(cè)量結(jié)果往往只能反映測(cè)量道，隧道底板最大埋深約400m。隧道靈丘端洞口位位置的局部應(yīng)力場(chǎng)，并且受到測(cè)量誤差的影響，使得地于小道溝村西南的神樹(shù)溝左側(cè)山坡，山陰端洞口位于應(yīng)力測(cè)量結(jié)果有一定程度的離散性。因此，為了更好郝家灣村西的東嶺溝內(nèi)。隧址區(qū)所處區(qū)域構(gòu)造位于唐地滿足工程設(shè)計(jì)的需要，有必要在實(shí)測(cè)地應(yīng)力結(jié)果的河大斷裂北東側(cè)的燕山斷塊之次級(jí)構(gòu)造單元廣靈——基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造條件及有效的計(jì)算模擬方蔚縣塊坳西部。主要表現(xiàn)為一個(gè)北西向的斷階帶，帶法，進(jìn)行地應(yīng)力場(chǎng)的回歸分析，以獲得更為合理、內(nèi)斷裂為走向北西向的正斷層，斷裂面傾向北東或南適用范圍較大的地應(yīng)力場(chǎng)。西，傾角50?！?O。，形成了以階狀為特征

5、的地塹地壘同時(shí)，巖爆是高地應(yīng)力地區(qū)巖石地下工程施工中帶。隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要分布于隧道前半段，受區(qū)域的一種常見(jiàn)災(zāi)害，常常表現(xiàn)為片狀剝落、嚴(yán)重片幫，有構(gòu)造影響，構(gòu)造形跡表現(xiàn)為走向北西或北東向的正斷收稿日期：2011—01—05基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、二灘水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司雅礱江水電開(kāi)發(fā)聯(lián)合研究基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50639090)；長(zhǎng)江科學(xué)院2007年中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資助項(xiàng)目(YWFO738／YT08)作者簡(jiǎn)介：李永松，男，博士研究生，主要從事巖石力學(xué)與工程應(yīng)用方面的研究。E—mail：song90397@sohu．cornl6人民長(zhǎng)江層。隧址區(qū)各類地層分布較為廣泛，

6、寒武系、奧陶系、數(shù)學(xué)計(jì)算模型，將自重因素G、水平方向構(gòu)造位移、石炭系、侏羅系及第四系地層巖組均有出露。和視為待定因素，采用多元回歸分析法進(jìn)行擬合分析。根據(jù)多元回歸法原理，將地應(yīng)力回歸計(jì)算值2隧道工程圍巖地應(yīng)力測(cè)試作為因變量，把有限元計(jì)算求得的自重應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造搶風(fēng)嶺隧道地應(yīng)力測(cè)試采用水壓致裂法，測(cè)試鉆應(yīng)力場(chǎng)相應(yīng)于實(shí)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算值作為自變量建立回孔位于隧道正上方右10m處，最大深度為460m。水歸方程，利用實(shí)測(cè)資料和4個(gè)三維有限元模擬地應(yīng)力壓致裂試驗(yàn)選取在深度93．1m以下的較完整巖石中場(chǎng)結(jié)果，根據(jù)疊加原理，用最dx--乘法進(jìn)行多元回歸分進(jìn)行，共獲得14段試驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了展示地應(yīng)力隨深度析，得：

7、的變化關(guān)系，便于工程應(yīng)用，將測(cè)試范圍內(nèi)最大水平主=L1OrG+L2+L3or+L4(2)應(yīng)力()與最小主應(yīng)力(tr)結(jié)果進(jìn)行線性回歸，回式中，dr為初始應(yīng)力場(chǎng)的擬合值；or。為自重應(yīng)力；歸方程見(jiàn)式(1)，主應(yīng)力與埋深關(guān)系見(jiàn)圖1。dr和or為基本初始應(yīng)力場(chǎng)；L、L：、和為相應(yīng)的H0·015日+1·5752(1)回歸系數(shù)。or^=0．0112H+1．5697回歸系數(shù)的數(shù)值等于自重應(yīng)力G和構(gòu)造位移、式中，or分別為