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复杂条件下围岩分类研究

王广德  
【摘要】:常用围岩分类方法只适用于中低地应力、低外水压力条件,在高地应力、高外水压力条件下的适用性差。本文以几个具有20~40MPa高地应力、1~10MPa高外水压力的锦屏深埋隧洞为地质原型,对高地应力、高外水压力条件下的围岩分类问题进行研究。锦屏深埋隧洞岩层产状近直立、属于硬质岩石;隧洞走向与岩层走向近垂直;在高地应力作用下的主要变形破坏方式是岩爆。 为了比较不同围岩分类方法分类结果的相对大小,提出了比较不同围岩分类方法分类结果相对大小的归一化方法,并引入可靠度概念,提出围岩分类方法“适用性”、“一致性”的概念及其数学表达方法,为研究各种分类方法之间的相互关系提供了理论基础。另外,我国现行国家标准中尚无岩爆烈度与围岩类别的关系方面的规定,文中提出了岩爆烈度与围岩类别的对应关系,为正确评价岩爆区围岩类别以及相关国家标准的修订奠定了基础。 首先,通过对常用围岩分类方法在5km长探洞分类结果的相关性、一致性、适用性分析,找到常用分类方法在高地应力、高外水压力条件下的缺陷。然后,把岩爆烈度、水力劈裂临界水头压力值Pc引入到Q系统,并对地应力折减系数SRF的取值进行修正、对地下水修正系数Jw的取值进行改进,建立了适于高地应力、高外水压力条件下的围岩分类方法——JPQ系统;把地应力修正系数k、岩爆烈度、Pc引入到RMR分类,建立了适于高地应力、高外水压力条件下的围岩分类方法——JPRMR分类;把地应力修正系数k、岩爆烈度、Pc引入到我国现行国家标准中的围岩分类方法——HC分类,抛弃HC分类中用强度应力比S校正高地应力区围岩类别的方法,建立了适于高地应力、高外水压力条件下的围岩分类方法——JPHC分类。 以JPQ系统、JPRMR分类、JPHC分类为基础,建立了适于锦屏深埋隧洞围岩分类的分类体系——JPF体系。同时,给出综合围岩类别的定量确定方法,并建立了适于锦屏深埋隧洞围岩支护的支护体系。 通过长度约6km辅助洞的验证,认为JPF体系能较好地反映高地应力、高外水压力条件下的围岩类别。另外,还可以通过调整SRF或k值的大小,反映结构性流变、工程软岩塑性流动等围岩变形破坏方式对围岩类别的影响,从这个意义上讲,JPF体系还可推广到其它复杂条件下的深埋隧洞围岩分类中使用。


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