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水利水電地下洞室圍巖分類論文
摘要:地下洞室圍巖分類是評(píng)價(jià)地下洞室圍巖穩(wěn)定性的基礎(chǔ),也是地下工程規(guī)劃選點(diǎn)、可行性評(píng)估、加固設(shè)計(jì)、工程造價(jià)、定額預(yù)算及工程施工的重要依據(jù)。本文介紹了我國(guó)水利水電地下洞室圍巖分類的常用方法、分類目的、分類特點(diǎn),以及水利水電地下洞室圍巖分類存在的主要問(wèn)題及發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:巖石學(xué);圍巖分類;巖體質(zhì)量類別
0、引言
地下洞室圍巖分類是評(píng)價(jià)地下洞室圍巖穩(wěn)定性的基礎(chǔ),也是地下工程規(guī)劃選點(diǎn)、可行性評(píng)估、加固設(shè)計(jì)、工程造價(jià)、定額預(yù)算及工程施工的重要依據(jù)。這種分類是以工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)與巖石力學(xué)建立了一定關(guān)系并同支護(hù)設(shè)計(jì)相結(jié)合的一種分類,它既能客觀反映各類圍巖的穩(wěn)定性差別,又能滿足支護(hù)設(shè)計(jì)的要求。它考慮了圍巖二次應(yīng)力場(chǎng)的變化,但一般沒(méi)有包含工程因素、施工因素的影響。
1、地下洞石圍巖分類目的及特點(diǎn)
1.1 地下洞石圍巖分類目的 地下洞室圍巖分類的主要目的是對(duì)地下洞室圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分級(jí),另外還有一些目的:①地下洞室規(guī)劃選點(diǎn)、可行性評(píng)估;②地下洞室?guī)r土體加固設(shè)計(jì);③地下洞室工程造價(jià)定額預(yù)算;④地下洞室工程施工。當(dāng)然不同的分類目的,要求的分類精度不同,采用的分類方法也不同。為規(guī)劃選點(diǎn)、可行性評(píng)估服務(wù)的圍巖分類,要求工作范圍大,因此分類方案比較粗糙。為設(shè)計(jì)、定額預(yù)算服務(wù)的圍巖分類,應(yīng)能反映巖體的基本特征、開(kāi)挖后的穩(wěn)定性、圍巖與支護(hù)系統(tǒng)的相互作用等,因而應(yīng)比較細(xì)致。為施工服務(wù)的圍巖分類則要考慮開(kāi)挖的難易程度,具體的支護(hù)方案,因此要求分類方案更加細(xì)致、準(zhǔn)確。可見(jiàn),一種符合客觀實(shí)際、正確的圍巖分類是對(duì)巖體基本特性的客觀反映和正確認(rèn)識(shí)的結(jié)果,也是進(jìn)行隧洞設(shè)計(jì)、施工的重要依據(jù)。[1]
1.2 地下洞石圍巖分類特點(diǎn) 水電工程圍巖分類體系有以下兩個(gè)特點(diǎn):①采用因素綜合判別法,力求選取的分類因素信息量大,能包括主要工程地質(zhì)問(wèn)題;②每一個(gè)工程都會(huì)針對(duì)該工程的具體工程地質(zhì)條件制定一套專用于該工程的巖體質(zhì)量分類方法。
2、地下洞石圍巖分類的方法
2.1 水電圍巖分類HC法 HC法以巖石強(qiáng)度、巖體完整程度及結(jié)構(gòu)面狀態(tài)為基本因素,以地下水及主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為修正因素,以基本因素和修正因素的累計(jì)得分為基本判據(jù)、以圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比為限定判據(jù)進(jìn)行圍巖類別劃分。該方法在考慮高地應(yīng)力對(duì)圍巖類別的影響時(shí),簡(jiǎn)單地采取降級(jí)的處理方法,影響圍巖分類的精度。如某深埋隧洞圍巖分類結(jié)果表明,HC分類在高地應(yīng)力、硬質(zhì)巖地區(qū)的分類結(jié)果與實(shí)際圍巖類別的吻合率只有32%,適用性差。該方法沒(méi)有考慮高外水壓力對(duì)圍巖類別的影響。因此,HC法在應(yīng)用到深埋隧洞圍巖分類時(shí)尚需修正。[2]
2.2 國(guó)標(biāo)BQ方法 BQ法采用定量分析的時(shí)候,主要考慮巖石的強(qiáng)度和巖體的結(jié)構(gòu)特征兩個(gè)方面,而對(duì)于巖體所處的地應(yīng)力環(huán)境,地下水狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)面的方位等只是作為定量結(jié)果的一種修正,就是說(shuō),這種方法認(rèn)為這三個(gè)方面對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響是次要的,但在高地應(yīng)力、高外水壓力條件下顯然不對(duì)。某深埋隧洞圍巖分類結(jié)果表明,BQ法在高地應(yīng)力、硬質(zhì)巖地區(qū)的分類結(jié)果與實(shí)際圍巖類別的吻合率只有25%,適用性差。該方法也沒(méi)有考慮高外水壓力對(duì)圍巖類別的影響。因此,BQ法在應(yīng)用到深埋隧洞圍巖分類時(shí)也尚需修正。[3]
2.3 RMR分類 RMR分類,即“巖體評(píng)分”,又稱地質(zhì)力學(xué)系統(tǒng),是1973年由比尼奧斯基提出的,早期主要用于隧洞等地下洞室圍巖分類,目前也逐漸廣泛地運(yùn)用于邊坡、壩基等工程的巖體分類,在國(guó)內(nèi)、外有廣泛的應(yīng)用。RMR分類通過(guò)巖石的單軸抗壓強(qiáng)度、巖石質(zhì)量指標(biāo)、結(jié)構(gòu)面間距、結(jié)構(gòu)面狀況、地下水狀況、結(jié)構(gòu)面方位等對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分,最終把巖體質(zhì)量分為五級(jí),即I極好巖體;II好巖體;Ⅲ一般巖體;Ⅳ不良巖體;V極不良巖體。RMR分類方法的缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮高地應(yīng)力、高外水壓力對(duì)圍巖類別的影響。
3、水利水電地下洞室圍巖分類存在的主要問(wèn)題及發(fā)展方向
3.1 地下洞室圍巖分類存在的主要問(wèn)題 目前,水利水電地下洞室圍巖分類存在的主要問(wèn)題分述如下。①?zèng)]有直接考慮洞室?guī)缀涡螤睢⒍词铱缍?這些因素是影響圍巖應(yīng)力分布的重要因素,因而也是圍巖分類的主要參數(shù)。圍巖分類中要考慮這些因素,還有賴于洞室圍巖應(yīng)力計(jì)算方法的改進(jìn),特別是對(duì)節(jié)理切割的圍巖應(yīng)力計(jì)算方法的改進(jìn)。②沒(méi)有直接考慮結(jié)構(gòu)面的組合,雖然考慮了最不利于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面狀況,但結(jié)構(gòu)面的組合顯然比某單一結(jié)構(gòu)面對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響大。通過(guò)引入塊體分析方法考慮結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系,提高圍巖分類的可靠度,是未來(lái)發(fā)展的方向。③目前的圍巖分類多是在一維、二維內(nèi)進(jìn)行的,很少能擴(kuò)展到三維空間。實(shí)現(xiàn)三維空間的圍巖分類還受到CAD技術(shù)發(fā)展的制約,現(xiàn)有CAD軟件繪制的立體展示圖不夠直觀,開(kāi)發(fā)專用的展示隧道結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系的三維CAD繪圖軟件,將使圍巖分類變得更加準(zhǔn)確、直觀。[4]
3.2 地下洞室圍巖分類的發(fā)展方向 地下洞室圍巖分類將向以下方向發(fā)展:①建立巖爆烈度與圍巖類別的關(guān)系,確定高地應(yīng)力、高外水壓力對(duì)圍巖類別的影響判別指標(biāo),是目前水電圍巖分類急需解決的問(wèn)題;②采用多因素綜合指標(biāo)分類,考慮更多的影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素,定量與定性描述相結(jié)合,定量描述的比重越來(lái)越大;③許多新理論、新方法、將在圍巖分類中得到更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展;④運(yùn)用現(xiàn)代CAD繪圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)地下洞室結(jié)構(gòu)面三維仿真,將使圍巖分類變得更為直觀、形象。需要說(shuō)明的是,上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),需要更多的工程實(shí)例予以支持、驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn):
[1]王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京:地質(zhì)出版社,2008:383-428.
[2]劉漢超.常用圍巖分類方法在某深埋隧洞適用性分析[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2006(2):20-22.
[3]王明華.水利水電地下洞室圍巖分類研究[R].成都:成都理工大學(xué)工程地質(zhì)研究所,2007:50-60.
[4]張倬元.西南某水電站壩肩巖體質(zhì)量分級(jí)方法選取探討[J].成都理工學(xué)院學(xué)報(bào),2008,26(1):82-85.
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