[發明專利]一種淺埋硬巖大型地下洞室成洞條件量化評價方法

有效

• 申請號: 201910873276.3
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110595887B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 丁秀麗;黃書嶺;張練;張雨霆;雷菁;何軍;劉登學;張肅
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G06F30/13
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳

1.一種淺埋硬巖大型地下洞室成洞條件量化評價方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

步驟1：對工程區域進行原位地應力測試；

步驟2：在地應力測試部位鉆取巖芯，對巖芯進行巖石飽和單軸壓縮試驗；

步驟3：判別洞室為硬巖、大跨度且淺埋的大型地下洞室則前往步驟4，否則流程結束；

步驟4：考慮工程區域內巖體主要結構面走向與主體洞室軸線呈較大角度相交，夾角不小于45°；

步驟5：通過三維數值方法計算地下洞室開挖后的應力場和圍巖擾動強度應力比，首先通過圍巖擾動強度應力比判斷地下洞室成洞條件，當圍巖擾動強度應力比DSSR≥2.0時，洞室成洞條件好；當DSSR2.0時，洞室成洞條件差，需要調整最大水平主應力方向與主洞室軸線夾角不大于35°；

步驟6：采用強度折減法計算開挖完成后地下洞室大跨度頂拱到地表之間的上覆巖體整體穩定性安全系數K₁，接著采用地下洞室大跨度頂拱上覆巖體整體穩定性安全系數判斷地下洞室成洞條件；當地下洞室大跨度頂拱上覆巖體整體穩定性安全系數K₁不小于2.0時，地下洞室成洞條件好；否則，當K₁小于2.0時，洞室成洞條件較差，需要增大地下洞室埋深；

步驟7：采用基于全空間赤平投影的塊體穩定性分析方法計算地下洞室超萬m³的大型關鍵塊體安全系數，最后采用地下洞室超萬m³的大型關鍵塊體安全系數判斷地下洞室成洞條件；當洞室頂拱大型塊體安全系數K₂不小于2.0，且邊墻大型塊體安全系數K₃不小于1.5時，地下洞室成洞條件好；否則，地下洞室成洞條件差，需對安全系數不滿足要求的塊體計算所需支護力。

2.根據權利要求1所述的一種淺埋硬巖大型地下洞室成洞條件量化評價方法，其特征在于：所述步驟3中判別洞室為硬巖、大跨度且淺埋的大型地下洞室，其判別標準為巖石飽和單軸抗壓強度大于60MPa、主洞室開挖跨度大于20m且最大跨度主洞室頂拱上覆巖體厚度小于洞室上覆巖體自重和重度比值的2～2.5倍。

3.根據權利要求1所述的一種淺埋硬巖大型地下洞室成洞條件量化評價方法，其特征在于：所述步驟5中采用有限元或有限差分法計算洞室開挖后的應力分布，由公式得到圍巖擾動強度應力比的大小及分布情況，式中，σ_c為單軸抗壓強度，σ₁為圍巖擾動第1主應力，σ₃為圍巖擾動第3主應力。

4.根據權利要求1所述的一種淺埋硬巖大型地下洞室成洞條件量化評價方法，其特征在于：所述步驟7中采用塊體穩定性分析方法計算地下洞室超萬m³的大型關鍵塊體安全系數，所采用的塊體穩定性分析方法為基于全空間赤平投影的塊體穩定性分析方法，地下洞室大型滑移運動的關鍵塊體安全系數K₂和K₃的計算公式為式中的n代表塊體沿結構面滑動的個數，對于單一結構面滑動模式，n＝1；對于雙結構面滑動模式，n＝2；N_i表示為塊體所受合力在第i個結構面法向上的分量，T表示為塊體所受合力在滑動方向上的分量，S_i為塊體第i個滑動結構面的面積；f_i和c_i分別表示為塊體第i個滑動結構面的摩擦系數和粘聚力。