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1、青岛地铁上覆岩层岩体力学参数研究摘要:在岩体工程稳定性分析中，力学参数的选取会对计算结果产生重大影响。所以如何准确的反演青岛地铁上覆岩层岩体力学参数,进一步完善青岛地区岩体分级标准是本论文耍解决的问题。Abstractherockengineeringstabi1ityanalysis,mechanicsparameterselectionhasasignificantimpacttocalculationresults.Sothispaperexploreshowtogetaccurateinversionofrockmass
2、mechanicsparameteroftheoverlyingrockofQingdaosubwaytoimprovetheclassificationstandardsforrockinQingdao.关键词:有限元强度折减法；安全系数；岩体力学参数Keywords:finiteelementstrengthreductionmethod;safetyfactor;rockmassmechanicsparameter屮图分类号:TU192文献标识码：A文章编号:1006-4311(2010)13-0122-020引言青岛坐落
3、于大面积分布的燕山晩期花岗岩上，具冇良好的地质条件，而且青岛市地铁一期工程,80%以上的线路处于花岗岩屮，其余隧道处于第四系地层中。青岛市特有的花岗岩地质条件，对土建方回而言，将节约大量的投资，土建造价大大低于其他城市，所以对青岛地铁上覆岩层岩体力学参数的研究就冇其重要意义!所以本文研究任务是针对现冇规范对青岛地下工程设计不尽适应的问题，利用青岛地铁水清沟试验段的观测资料，对青岛地铁上覆岩层岩体力学参数进行验算和反演，为青岛地区岩体分类进一步研究打下基础。极限分析冇限元法在边坡稳定分析中取得了成功［1-2］,并逐渐在地基、基坑稳
4、定分析中得到推广应用［3］。郑颖人、胡文清、张黎明等人［4-6］开始将有限元强度折减法应用于隧道，由此求得隧道的剪切安全系数。这就给我们提出了一个新的思路,通过安全系数反演岩体的力学参数，进一步修正岩体力学参数，最终得到适合青岛地铁上覆岩层的岩体力学参数。1剪切安全系数的定义安全系数是指剪切破坏面上实际岩土体的强度与破坏时的强度的比值。就是事先假定一滑动面,根据力（矩）的平衡来计算安全系数。将安全系数定义为沿滑面的抗剪强度与滑面上实际剪力的比值，如式（1）所示：3二二（1）式屮，3——传统的强度折减安全系数;S——滑动面上各点的
5、抗剪强度；T一一滑动面上各点的实际剪应力。将式（1）两边同除以，则式（1）变为：1==（2）其中：c‘二，©'=arc（）可见，极限平衡法是将岩土体的抗剪强度指标c和tand）减少为和，使得岩土工程达到极限稳定状态时的s即为女全系数，实际上就是强度折减系数。2工程概况青岛地铁试验段工程选取了地质条件具有代表性的区间（水清沟.国棉五厂），由1200m的区间隧道和218m的青纺医院站组成。青岛地铁试验段区间隧道为双洞单线，双洞之间的距离为9m,区间隧道埋深为10、20米，横断面型式为直墙三心圆拱，跨度为4.86m,直墙高3.54m,
6、拱高1.82哄计算选取三个不同埋深的截血，分别为10m、14m和18mo岩体主要为花岗岩，处于微〜未风化带，结构、构造清晰，岩体以整体块状结构为主，完整性好，根据国际《工程岩体分级标准》GB50218-94,分别属于II、III类围岩。在节理方面:产状走向以NE〜NEE向为主体,其次以NW'NWW向，倾角70、80度为主，部分50度左右，节理裂隙存在一定程度的未贯通岩桥，裂隙连通率统计在24、75%,结构面紧闭，岩块坚硬。结构面以闭合〜微张裂隙为主，平面光滑，犹如刀切。3均质岩质隧道围岩稳定分析计算按照平面应变问题来处理，准则采
7、用DP4准则，边界范围取底部及左右两侧各5倍隧道跨度[2],地面超载按照国家规范标准20KN/m2,按照《工程岩体分级标准》，各级围岩的物理力学指标标准值如表1,下标上下表示围岩的上下限。经过ANSYS冇限元计算，逐步折减强度参数，分别得到各种工况的剪切破坏安全系数见表2,分析发现:①安全系数随埋深深度减少，明显出现两侧直墙先破坏;②通过破坏时等效塑性应变图可找出最大应变发生在拱角和墙角处,而且根据围岩等效塑性应变发生突变时各断面中等效塑性应变最大点的位置，可以发现围岩的潜在破裂面。在I［上围岩下、埋深18米的工况下，隧道的塑性
8、区和应力应变图如图1、图2所示。4节理裂隙岩质隧道围岩稳定分析和岩体力学参数反演选取埋深18米的断面，因为埋深18米的跨度最长，且通过地质勘探发现大部分为微~未风化花岗岩，且所处断面最上面基本没有覆土层,分别属于II、III类围岩。为了简化模型，考虑如下情况:只
