韓國背后嶺隧道水壓致裂法地應(yīng)力測量與圍巖穩(wěn)定研究.pdf

1、為了對地下洞室進行科學(xué)合理的開挖設(shè)計和施工，就必須對影響工程穩(wěn)定性的各種因素進行充分的調(diào)查。在諸多的影響巖體開挖工程穩(wěn)定性的因素中，地應(yīng)力狀態(tài)是最重要最根本的因素之一。一切與圍巖有關(guān)的工作，如隧道的布置、隧道支護設(shè)計，錨桿支護襯砌設(shè)計，是確定工程巖體力學(xué)屬性，進行圍巖穩(wěn)定性分析，實現(xiàn)巖石工程開挖設(shè)計和決策科學(xué)化的必要前提條件。對隧道設(shè)計來說，只有掌握了具體工程區(qū)域的地應(yīng)力條件，才能合理確定隧道的總體布置，確定其最佳斷面形狀、斷面尺寸、開

2、挖步驟、支護形式、支護結(jié)構(gòu)參數(shù)等，從而保證圍巖穩(wěn)定性。所以，研究巖體的初始地應(yīng)力，測量巖體的初始應(yīng)力值狀態(tài)，其目的不單純在于初始地應(yīng)力自身理論的發(fā)展和測試技術(shù)的改進，還在于如何把初始地應(yīng)力實測值轉(zhuǎn)化為地面和地下工程設(shè)計荷載，即初始地應(yīng)力與地面和地下工程關(guān)系的研究。巖體的初始地應(yīng)力狀態(tài)的測試及研究的意義是多方面的。地應(yīng)力測量是用來確定工程巖體力學(xué)屬性，進行圍巖穩(wěn)定性分析，實現(xiàn)巖土工程開挖設(shè)計和決策的必要前提。由于地應(yīng)力場會受到其他多種因素

3、的影響，因而造成了地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性。即使在同一地區(qū)，不同點的地應(yīng)力狀態(tài)也可能是很不相同的，要了解一個地區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，惟一的有效方法就是進行原地應(yīng)力測量。
　　 本論文結(jié)合為韓國新北-北山BHL()國道改擴建工程，并依據(jù)提供科學(xué)技術(shù)支撐的Geogeny公司來開展研究工作。考慮到本文所依托的工程當(dāng)時正處于規(guī)劃與設(shè)計施工伊始階段，相關(guān)的前期線路工程地質(zhì)專項調(diào)查論證已經(jīng)完畢。因此，本文的研究成果是基于野外地質(zhì)調(diào)查和少量室內(nèi)試

4、驗，并結(jié)合新北-北山BHL地區(qū)剛建的相關(guān)工程實例類比而得出的初步認識，其中大量的問題值得深入研究和分析，還需要做大量實際細致的工作。本論文所做的試驗研究區(qū)域在韓國的Chuncheon-Yanggu地區(qū)，屬于Kyeonggi斷層帶的東北部。大部分測試地區(qū)屬于崎嶇不平的多山地段區(qū)域。
　　 本文對水壓致裂地應(yīng)力測量原理、設(shè)備、現(xiàn)場試驗方法及數(shù)據(jù)處理等進行了比較深入的闡述，初步選定十五個鉆孔作為水壓致裂測量孔，有30個測點，平均每孔兩

5、個測點。詳細分析了水壓致裂曲線壓力-時間的特征及破裂壓力、重張壓力、關(guān)閉壓力及最大水平主應(yīng)力的破裂方向的確定方法。此外，在獲得已知各個測點的地應(yīng)力大小和方向后，進一步分析工程區(qū)地應(yīng)力及側(cè)壓力系數(shù)的分布規(guī)律，并采用相關(guān)數(shù)值分析方法來建立隧道工程區(qū)的地應(yīng)力場分布的模型。在320m以內(nèi)，測壓系數(shù)隨著深度的不斷加深它的值也有下降并趨于穩(wěn)定的趨勢，其中最大主應(yīng)力方向是北偏東790(N790E)。
　　 在收集、分析前人研究的基礎(chǔ)之上，通過

6、對初始應(yīng)力場、深部地質(zhì)構(gòu)造、巖石力學(xué)特性的現(xiàn)場調(diào)查和測試，室內(nèi)試驗分析以及模擬計算，結(jié)合地下工程實例，運用工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)等多學(xué)科理論和方法，了解各種工況條件下其應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，綜合研究工程巖體的破壞機理，為下一階段的工程設(shè)計、施工和安全運營提供必要的工程資料，并以之為向?qū)?，進行工程作業(yè)。確定工程區(qū)不同隧道部位的平面應(yīng)力的大小、方向及相應(yīng)的巖體力學(xué)參數(shù)，不但可以為了對工程區(qū)應(yīng)力場有一個全面的認識，而且可以為下一步的隧道圍巖穩(wěn)定性分析

7、做充分的理論依據(jù)。
　　 本文重點研究三個方面。1：通過工程現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，對隧道工程區(qū)的地質(zhì)環(huán)境進行了評價；2：通過水壓致裂地應(yīng)力測量研究工程區(qū)地應(yīng)力相關(guān)參數(shù)的確定及數(shù)據(jù)處理；3：在水壓力測量地應(yīng)力及室內(nèi)試驗分析方法相結(jié)合下，利用所得到的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)，通過相關(guān)數(shù)值模擬軟件進行數(shù)值模擬，研究不同圍巖類別下及不同測壓系數(shù)下的圍巖的變形破壞情況，來驗證基于地應(yīng)力測量結(jié)果的隧道圍巖支護設(shè)計的合理性和可能性。主要研究手段：1：進行前人

8、理論和試驗的收集、研究。試驗收集包括在韓期間野外的現(xiàn)場試驗，研究不同應(yīng)力條件下水壓致裂壓力-時間曲線特征，總結(jié)破裂、關(guān)閉及重張壓力特征點的方法。2：進行現(xiàn)場測試，分析總結(jié)測試結(jié)果，獲取地應(yīng)力場的準(zhǔn)確資料，關(guān)鍵是對測試曲線的合理解釋和破裂、關(guān)閉及重張壓力特征點的準(zhǔn)確識別。得出最大最小水平應(yīng)力及其隨深度變化的情況。3：通過對現(xiàn)場測試所得的相關(guān)數(shù)據(jù)求出最大最小水平主應(yīng)力、方向及應(yīng)力隨深度變化的情況。其中測壓系數(shù)隨深度變化而變化的分析圖對下一步