抢风岭隧道围岩地应力场研究及岩爆预测分析.pdf

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1、第42卷第7期人民长江Vo142．No．720l1年4月YangtzeRiverApr．，2011文章编号：1001—4179(2011)07—0015—04抢风岭隧道围岩地应力场研究及岩爆预测分析李永松，陈建平，尹健民2(1．中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074；2．长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，湖北武汉430010)摘要：为了研究抢风岭隧道工程区地应力分布情况，采用水压致裂法进行了地应力测试。根据测试成果，结合有限单元法及多元线性回归对工程区应力场进行了分析。回归分析结果显示：沿隧道轴线，最大水平主应力大于自重应力，该地区是以水平应力场为主导，最大水平主应力方向

2、总体上接近NE向。最后，根据地应力资料对隧道围岩进行了施工期岩爆预测分析，表明在埋深270～400m完整坚硬的岩石洞段，施工期有发生中等岩爆的可能。关键词：地应力；多元线性回归；岩爆预测；抢风岭隧道中图法分类号：U456．31文献标志码：A地应力场是岩土工程数值模拟、稳定性分析及工的伴有声响及岩片弹射、能量猛烈释放、洞室突然破程设计与施工需要考虑的一个十分重要的因素⋯。坏，危及人员、设备和建筑的安全。岩爆的预测和对于地应力测量方法的分类，依据不同的原理可分为防治是地下工程的重要课题。本文在抢风岭隧道地应直接法和间接法两大类。直接测量法有：扁千斤顶法、力测试成果的基础上，进行了隧道区域地应力场

3、多元刚性包体应力计法，以及2O世纪60年代末，费尔斯特线性回归分析，并根据地应力测试成果及工程区应力(c．Fairhurst)和海姆森(Haimson)提出的水压致裂法场回归分析结果进行了深埋隧洞段硬脆性围岩开挖过和近年来发展起来的声发射法等。间接测量法中，使程中岩爆发生可能性的预测分析。用最广泛的就是应力解除法。鉴于地应力空间分布的1工程概况复杂性及其随地质构造演化的复杂性，原位实测地应力是提供区域地应力场最为直接和最为可靠的途径。抢风岭隧道位于山西省浑源县中庄铺乡小道沟村但是，受测试场地和经费等方面的限制，不可能进行大与青磁窑乡郝家湾村之间的中山区。设计为分离式隧量测量，另一方面，地应力

4、测量结果往往只能反映测量道，隧道底板最大埋深约400m。隧道灵丘端洞口位位置的局部应力场，并且受到测量误差的影响，使得地于小道沟村西南的神树沟左侧山坡，山阴端洞口位于应力测量结果有一定程度的离散性。因此，为了更好郝家湾村西的东岭沟内。隧址区所处区域构造位于唐地满足工程设计的需要，有必要在实测地应力结果的河大断裂北东侧的燕山断块之次级构造单元广灵——基础上，结合现场地质构造条件及有效的计算模拟方蔚县块坳西部。主要表现为一个北西向的断阶带，带法，进行地应力场的回归分析，以获得更为合理、内断裂为走向北西向的正断层，断裂面倾向北东或南适用范围较大的地应力场。西，倾角50。～8O。，形成了以阶状为特征

5、的地堑地垒同时，岩爆是高地应力地区岩石地下工程施工中带。隧址区地质构造主要分布于隧道前半段，受区域的一种常见灾害，常常表现为片状剥落、严重片帮，有构造影响，构造形迹表现为走向北西或北东向的正断收稿日期：2011—01—05基金项目：国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金重点项目(50639090)；长江科学院2007年中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资助项目(YWFO738／YT08)作者简介：李永松，男，博士研究生，主要从事岩石力学与工程应用方面的研究。E—mail：song90397@sohu．cornl6人民长江层。隧址区各类地层分布较为广泛，

6、寒武系、奥陶系、数学计算模型，将自重因素G、水平方向构造位移、石炭系、侏罗系及第四系地层岩组均有出露。和视为待定因素，采用多元回归分析法进行拟合分析。根据多元回归法原理，将地应力回归计算值2隧道工程围岩地应力测试作为因变量，把有限元计算求得的自重应力场和构造抢风岭隧道地应力测试采用水压致裂法，测试钻应力场相应于实测点的应力计算值作为自变量建立回孔位于隧道正上方右10m处，最大深度为460m。水归方程，利用实测资料和4个三维有限元模拟地应力压致裂试验选取在深度93．1m以下的较完整岩石中场结果，根据叠加原理，用最dx--乘法进行多元回归分进行，共获得14段试验数据。为了展示地应力随深度析，得：

7、的变化关系，便于工程应用，将测试范围内最大水平主=L1OrG+L2+L3or+L4(2)应力()与最小主应力(tr)结果进行线性回归，回式中，dr为初始应力场的拟合值；or。为自重应力；归方程见式(1)，主应力与埋深关系见图1。dr和or为基本初始应力场；L、L：、和为相应的H0·015日+1·5752(1)回归系数。or^=0．0112H+1．5697回归系数的数值等于自重应力G和构造位移、式中，or分别为