[發明專利]開挖過程中層狀巖體地下工程高邊墻傾倒失穩預測方法

有效

• 申請號: 202010158752.6
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111413732B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 李昂;劉燚;戴峰;魏明東;蔣若辰;馮鵬;杜洪波
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01V1/30;G06T17/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 郭萍

本發明提供了開挖過程中層狀巖體地下工程高邊墻傾倒失穩預測方法，該方法利用微震監測技術捕捉層狀巖體地下工程開挖過程中高邊墻區域內的微震事件，并將微震數據所反映的巖體劣化信息嵌入數值計算模型之中實現開挖圍巖力學響應的預測，然后采用懸臂梁理論和突變理論推導得到反傾結構巖層傾倒變形的失穩判據，將處于失穩風險區研究剖面上的具有潛在傾倒失穩風險的巖層的上緣、下緣離散為眾多小段，提取各小段的端點對應的應力值，代入失穩判據公式實現對反傾側高邊墻傾倒變形穩定性的預測。本發明的方法所使用的巖層傾倒失穩判據公式充分考慮了地下工程圍巖二次應力場的影響，可提高層狀巖體地下工程高邊墻傾倒變形失穩的準確性。

技術領域

本發明屬于巖土工程領域，涉及一種開挖過程中層狀巖體地下工程高邊墻傾倒失穩預測方法。

背景技術

我國經濟快速發展、能源需求日益增長以及“西部大開發”戰略的持續、深入實施，促使西部山區正在或即將興建一批大型交通隧道及水電地下洞室群項目。層狀巖體的廣泛分布使得多數交通隧道或水電地下洞室等大型地下工程修建于此類巖體之中，相比于節理等其它結構面，層狀巖體相對恒定的產狀、更好的空間延續性也使其易與整個地下工程建筑物相交切，影響程度和范圍更廣。其中，彎曲傾倒破壞是反傾層狀結構巖體中常見的破壞模式之一，也是層狀巖體地下工程邊墻失穩的主要誘因。對于水電地下洞室群等地下工程而言，通常開挖規模巨大，其高邊墻的特征更是推動了傾倒失穩的發生，加劇了這種失穩所致的局部破壞或坍塌對工程現場的破壞性。

傳統的傾倒變形失穩預測方法主要是針對層狀巖質邊坡，目前關于地下洞室圍巖傾倒變形失穩預測的方法都是照搬邊坡領域的研究成果，僅僅是從幾何角度出發將洞室邊墻與邊坡區別開來，并未考慮邊坡與地下洞室圍巖二次應力場的巨大差異，特別是對于具有復雜斷面形式的水電地下洞室群而言，傳統的預測方法更是在應用上有很大的局限性。

雖然目前關于傾倒變形破壞穩定性分析的研究較多，但多數針對的是層狀巖質邊坡，而且具有復雜斷面形式的水電地下洞室圍巖二次應力場對高邊墻傾倒變形失穩的影響效應也沒有體現在傳統的傾倒失穩預測模型之中。目前，層狀巖體洞室群高邊墻傾倒變形失穩預測方法仍然處于探索階段，若能針對層狀巖體地下洞室群等大型地下工程的高邊墻傾倒變形失穩提出更準確的預測方法，對于提高大型層狀巖體地下工程施工的安全性、減少或阻止災害的發生將產生積極的意義。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種開挖過程中層狀巖體地下工程高邊墻傾倒失穩預測方法，以提高對層狀巖體地下工程高邊墻變形失穩預測的準確性，實現開挖過程中的邊墻傾倒變形失穩的動態預測。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明提供的開挖過程中層狀巖體地下工程高邊墻傾倒失穩預測方法，包括以下步驟：

①以層狀巖體地下工程中巖層具有反傾層狀結構的某一高邊墻的圍巖作為監測區域，將ESG微震監測系統所配備的傳感器安裝在反傾側高邊墻區域，安裝的傳感器至少為6支，傳感器的布置方式應使傳感器能在空間形成網狀結構并將監測區域覆蓋，將各傳感器與ESG微震監測系統的數據采集盒連接，然后將數據采集盒與處理數據信號的主機相連；

②地下工程的開挖過程會誘導監測區域產生微震事件，在地下工程開挖過程中，通過ESG微震監測系統對監測區域進行監測，測定監測區域產生的微震事件的微震數據，微震數據包括震源位置及微震發生時間；

③利用FLAC^3D軟件建立包括監測區域在內的三維地下工程數值計算模型，使所述數值計算模型與實際的地下工程處于相同的坐標系中，并使巖層具有反傾層狀結構的高邊墻所屬的洞室的軸線與數值計算模型的Y軸平行，數值計算模型的X軸和Z軸分別為水平和豎直方向，根據地下工程的現場分層開挖方案對開挖過程進行模擬，計算時將現場各個分層開挖階段對應的微震數據所反映的巖體劣化信息按照實際時序嵌入數值計算模型中，計算開挖過程中的圍巖變形和應力數據；