复杂条件下围岩分类研究 ——以锦屏二级水电站深埋隧洞围岩分类为例

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 工程概况
• 1.2 研究目的、意义
• 1.3 地下洞室围岩分类研究现状
• 1.3.1 地下洞室围岩分类概述
• 1.3.2 围岩分类方法
• 1.3.3 水利水电地下洞室围岩分类存在的主要问题及发展方向
• 1.4 主要研究内容、研究方法及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究方法及技术路线
• 1.5 论文主要章节的安排
• 第2章 引水隧洞线路区工程地质条件
• 2.1 地形地貌
• 2.2 地层岩性
• 2.3 地质构造
• 2.4 岩溶水文地质条件
• 2.5 工程区地应力场
• 2.6 岩石物理力学性质
• 2.7 岩爆及预测
• 第3章 常用围岩分类方法在长探洞适用性分析
• 3.1 长探洞的基本地质条件
• 3.2 长探洞围岩分类
• 3.2.1 围岩分类结果正确性的判定方法
• 3.2.2 长探洞围岩定量分类
• 3.3 分类结果及分析
• 3.3.1 围岩分类中的归一化方法及分类结果的一致性、相关性
• 3.3.2 分类结果的相关性分析
• 3.3.3 分类结果的一致性分析
• 3.3.4 分类结果的适用性分析
• 3.4 小结
• 第4章 高地应力条件下的围岩分类
• 4.1 高地应力的判别标准
• 4.1.1 国内外对地应力状态的划分方法
• 4.1.2 本文采用的地应力状态划分方法
• 4.2 高地应力条件下围岩变形、破坏特征
• 4.2.1 高地应力下脆性完整硬质岩体中的岩爆
• 4.2.2 高地应力下裂隙发育的硬质岩中的结构性流变
• 4.2.3 高地应力下软岩的塑性流动
• 4.2.4 小结
• 4.3 三种常用围岩分类方法对高地应力的考虑
• 4.4 高地应力条件下围岩分类方法的建立
• 4.4.1 岩爆区围岩类别的定位
• 4.4.2 WQ系统
• 4.4.3 WRMR分类的建立
• 4.4.4 WHC分类的建立
• 4.5 分类结果对比
• 4.5.1 常用方法、高地应力分类方法分类结果的相关性对比
• 4.5.2 常用方法、高地应力分类方法分类结果的一致性对比
• 4.5.3 常用方法、高地应力分类方法分类结果的适用性对比
• 4.6 小结
• 第5章 高外水压力条件下的围岩分类
• 5.1 高外水压力的判别标准
• 5.2 高外水压力条件下围岩变形、破坏特征
• 5.2.1 岩体的抗剪强度降低
• 5.2.2 水力劈裂作用对围岩稳定性的影响
• 5.2.3 突水及其影响因素
• 5.3 常用围岩分类方法对外水压力的考虑
• 5.4 高外水压力条件下围岩分类方法的建立
• 5.5 高外水压力段分类结果对比
• 5.6 小结
• 第6章 锦屏深埋隧洞围岩分类（JPF）体系
• 6.1 锦屏深埋隧洞围岩分类（JPF）体系
• 6.1.1 JPHC分类及其参数取值
• 6.1.2 JPQ系统及其参数取值
• 6.1.3 JPRMR分类及其参数取值
• 6.1.4 综合围岩类别的定量确定方法
• 6.1.5 JPF体系的适用条件
• 6.2 JPF体系在长探洞的围岩分类结果分析
• 6.2.1 JPF体系在长探洞的围岩分类结果
• 6.2.2 相关性对比
• 6.2.3 一致性对比
• 6.2.4 适用性对比
• 6.3 围岩分类参数分析
• 6.4 小结
• 第7章 围岩支护体系
• 7.1 支护原则
• 7.2 非岩爆段支护
• 7.3 岩爆段支护
• 第8章 JPF体系在辅助洞的应用及验证
• 8.1 辅助洞工程地质条件
• 8.1.1 岩性特征
• 8.1.2 构造特征
• 8.1.3 岩溶水文地质特征
• 8.1.4 岩体结构特征
• 8.1.5 地应力及岩爆
• 8.2 JPF体系在辅助洞的围岩分类结果及分析
• 8.2.1 分类结果
• 8.2.2 相关性分析
• 8.2.3 一致性分析
• 8.2.4 适用性分析
• 8.3 小结
• 结论
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文及科研成果
• 1 个人简况
• 2 攻读博士期间参加科研项目
• 3 攻读博士期间发表论文
• 参考文献
• 附录1 锦屏二级水电站深埋隧洞平面位置示意图
• 附录2 锦屏二级水电站引水隧洞剖面图
• 附录3 符号说明