一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于挤压性围岩中高地应力作用下软岩隧道变形分级的方法，提出了挤压性碳质千枚岩大变形分级标准、挤压性碳质千枚岩围岩支护特征以及挤压性碳质千枚岩预测判定依据。本发明专利技术具有针对性强、分级方法简单、可靠等优点，适用于挤压性围岩中高地应力作用下软岩隧道变形的预测与分析，为此类工程的安全施工提供保障。

A method for deformation grading of extruded carbonaceous phyllite in tunnel

The invention discloses a method suitable for deformation classification of soft rock tunnel under high in-situ stress in extruded surrounding rock, and puts forward classification criteria for large deformation of extruded carbonaceous phyllite, support characteristics of extruded carbonaceous phyllite surrounding rock and prediction criteria for extruded carbonaceous phyllite. The method has the advantages of strong pertinence, simple classification method and reliability, and is suitable for prediction and analysis of deformation of soft rock tunnel under high in-situ stress in extruded surrounding rock, thus providing guarantee for safe construction of such projects.

【技术实现步骤摘要】
一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法
本专利技术属于隧道围岩变形分级方法领域，涉及一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法。
技术介绍
大量的炭质千枚岩隧道坍塌事故表明，施工隧道炭质千枚岩质地软，难以支护，易被破坏，长期稳定性不足的问题，一直困扰着隧道工程的发展。目前，国内外对于炭质千枚岩隧道面临的主要问题就是不了解其特性，无法判断其变型分级导致了隧道支护结构容易被破坏，并且支护结构的长期稳定性无法保证，以至于在隧道的施工经常需要二次支护等手段措施来保障隧道的安全性，而且人们多采用多次施护的方法，却并没有研究炭质千枚岩的蠕变特性，也没有制定相关的炭质千枚岩的分级依据标准，这就导致了隧道施工困难以及需要面对后期维护等多种问题。支护结构的易破坏以及不具备长期稳定性的主要原因就是人们没有深入的了解千枚岩的变形特性以及对于在不同的情况因素影响下对其变形情况的认识不足。有学者对隧道围岩变形监测与数据处理技术进行了研究(武科,张珂,赵闯,等.隧道围岩变形监测与数据处理技术研究[C].海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会.2013.)，分析了地下工程围岩岩性，地质构造，地下水等因素与隧道稳定性的关系；还有学者对超大断面炭质千枚岩隧道新型支护结构长期稳定性进行了研究(原小帅,张庆松,李术才,等.超大断面炭质千枚岩隧道新型支护结构长期稳定性研究[J].岩土力学,2011(s2):556-561.)，针对兰渝铁路隧道岩质软，跨度大的特点，采用了加厚初喷，二村和双层型钢拱架的新型支护方式，二次衬砌减小了围岩蠕变变形，支护结构中仅拱顶初喷在后期产生破坏，现场支护方式保证了隧道的长期稳定性。可以看出，目前国内并未出现相关的炭质千枚岩的变形分级依据标准，多数只是在考虑如何解决隧道支护结构以及稳定性的问题，而并未注重了解千枚岩本身的特性以及深入研究其在不同因素影响下的变形情况，导致了对炭质千枚岩认识的不足，无法采取相关的针对性措施。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提供了一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法，本专利技术从地质情况因素、围岩宏观等效弹性模量、围岩强度应力比三个方面提供判定依据，具有针对性强、分级方法简单、可靠的优点，适用于挤压性碳质千枚岩围岩中高地应力作用下软岩隧道变形的预测与分析，同时也为施工人员能全面了解炭质千枚岩的分级提供理论依据和方法，进而为此类工程的安全施工提供保障。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法，包括如下步骤：(1)根据炭质千枚岩现场施工变形量测数据，将隧道挤压性碳质千枚岩围岩的变形程度进行指标分级，分成：Ⅰ级大变形、Ⅱ级大变形、Ⅲ级大变形；(2)根据地勘资料换算围岩强度，并计算得出围岩强度应力比，并对应步骤(1)的大变形程度进行范围划分；(3)根据步骤(1)和步骤(2)进行挤压性碳质千枚岩围岩挤压程度分级；(4)根据步骤(1)～步骤(3)建立挤压性碳质千枚岩大变形分级标准表；(5)根据步骤(1)～步骤(4)建立挤压性碳质千枚岩变形预测判定表。进一步的，对隧道挤压性碳质千枚岩围岩定义如下：岩石单轴饱和抗压强度小于等于5MPa、地应力值大于围岩强度，围岩强度应力比小于0.25、围岩的极限应变大于1.5％。进一步的，步骤(1)对大变形进行数据分级，Ⅰ级大变形对应的相对变形程度为大于1.5％且小于等于3％，Ⅱ级大变形对应的相对变形程度为大于3％且小于等于5％，Ⅲ级大变形对应的相对变形程度为大于5％。进一步的，根据步骤(2)对应大变形的围岩强度应力比如下：Ⅰ级大变形的围岩强度应力比为0.25～0.15，Ⅱ级大变形的围岩强度应力比为0.15～0.1，Ⅲ级大变形的围岩强度应力比为小于0.1。进一步的，根据步骤(1)中隧道挤压性碳质千枚岩围岩的变形程度和步骤(2)中围岩强度应力比，将挤压性碳质千枚岩围岩挤压程度分为轻微挤压，中等挤压和严重挤压三个等级；其中轻微挤压对应Ⅰ级大变形，中等挤压对应Ⅱ级大变形，严重挤压对应Ⅲ级大变形。进一步的，根据步骤(5)得出预测大变形的分级判定依据如下：1)围岩宏观等效弹性模量Ⅰ级大变形：E＝1～1.5GPaⅡ级大变形：E＝1～0.85GPaIII级大变形：E＜0.85GPa2)围岩强度应力比：Ⅰ级大变形：Rcm/Po＝2～0.5Ⅱ级大变形：Rcm/Po＝0.5～0.1III级大变形：Rcm/Po＝＜0.1。本专利技术的有益效果为：(1)现有技术中没有炭质千枚岩分级方法，本专利技术提供的隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法具有原始创新性和实用性；(2)本专利技术能为划分挤压性炭质千枚岩隧道的变形等级提供判别标准，同时也为施工人员能全面了解炭质千枚岩的分级提供理论依据和方法。本专利技术具有适应范围广，可靠度高，试验精度高等优点，为隧道工程更好的发展奠定基础。附图说明图1是本专利技术隧道挤压性碳质千枚岩变形分级的原理示意图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法，包括如下步骤：(1)如图1所示，对隧道挤压性碳质千枚岩围岩定义如下：岩石单轴饱和抗压强度小于等于5MPa、地应力值大于围岩强度，围岩强度应力比小于0.25、围岩的极限应变大于1.5％。并根据现场实验结果，将隧道挤压性碳质千枚岩围岩的变形程度分级指标分成：Ⅰ级大变形、Ⅱ级大变形、Ⅲ级大变形。Ⅰ级大变形对应的相对变形程度为大于1.5％且小于等于3％，Ⅱ级大变形对应的相对变形程度为大于3％且小于等于5％，Ⅲ级大变形对应的相对变形程度为大于5％。(2)根据地勘资料换算围岩强度，并计算得出围岩强度应力比Rcm/Po，并对应步骤(1)的大变形程度进行划分；根据步骤(2)对应大变形的围岩强度应力比如下：Ⅰ级大变形的围岩强度应力比为0.25～0.15，Ⅱ级大变形的围岩强度应力比为015～0.1，Ⅲ级大变形的围岩强度应力比为小于0.1。(3)根据步骤(1)和步骤(2)进行挤压性碳质千枚岩围岩挤压程度分级，将挤压性碳质千枚岩围岩挤压程度分为轻微挤压，中等挤压和严重挤压三个等级；其中轻微挤压对应Ⅰ级大变形，中等挤压对应Ⅱ级大变形，严重挤压对应Ⅲ级大变形。(4)根据步骤(1)和步骤(2)建立挤压性碳质千枚岩大变形分级标准表，如表1所示表1：挤压性碳质千枚岩大变形分级标准表对应步骤(1)隧道挤压性碳质千枚岩围岩的变形程度建立挤压性碳质千枚岩围岩支护特征表，其中，Ⅰ级大变形对应的围岩支护特征为：开挖支护后位移不大，持续时间较短，支护结构稳定；Ⅱ级大变形对应的围岩支护特征为：开挖后洞壁围岩位移较大，持续时间较长；一般支护开裂或破损较严重；Ⅲ级大变形对应的围岩支护特征为：开挖后围岩位移很大，持续时间很长；一般支护开裂或破损很严重，如表2所示表2：隧道挤压性碳质千枚岩围岩支护特征表(5)根据步骤(1)～步骤(4)建立挤压性碳质千枚岩预测判定依据：1)地质情况因素①Ⅰ级大变形：地应力水平高，厚层炭质千枚岩，地质构造强烈；②Ⅱ级大变形：地应力水平极高，厚层炭质千枚岩，地质构造强烈；③Ⅲ级大变形：地应力水平极高，厚层炭质千枚岩，伴有地下水出露，地质构造强烈；2)围岩宏观等效弹性模量E：Ⅰ级大变形：E＝1～1.5GP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)根据炭质千枚岩现场施工变形量测数据，将隧道挤压性碳质千枚岩围岩的变形程度进行指标分级，分成：Ⅰ级大变形、Ⅱ级大变形、Ⅲ级大变形；(2)根据地勘资料换算围岩强度，并计算得出围岩强度应力比，并对应步骤(1)的大变形程度进行范围划分；(3)根据步骤(1)和步骤(2)进行挤压性碳质千枚岩围岩挤压程度分级；(4)根据步骤(1)～步骤(3)建立挤压性碳质千枚岩大变形分级标准表；(5)根据步骤(1)～步骤(4)建立挤压性碳质千枚岩变形预测判定表。

【技术特征摘要】
1.一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)根据炭质千枚岩现场施工变形量测数据，将隧道挤压性碳质千枚岩围岩的变形程度进行指标分级，分成：Ⅰ级大变形、Ⅱ级大变形、Ⅲ级大变形；(2)根据地勘资料换算围岩强度，并计算得出围岩强度应力比，并对应步骤(1)的大变形程度进行范围划分；(3)根据步骤(1)和步骤(2)进行挤压性碳质千枚岩围岩挤压程度分级；(4)根据步骤(1)～步骤(3)建立挤压性碳质千枚岩大变形分级标准表；(5)根据步骤(1)～步骤(4)建立挤压性碳质千枚岩变形预测判定表。2.如权利要求1所述的一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法，其特征在于：对隧道挤压性碳质千枚岩围岩定义如下：岩石单轴饱和抗压强度小于等于5MPa、地应力值大于围岩强度，围岩强度应力比小于0.25、围岩的极限应变大于1.5％。3.如权利要求2所述的一种隧道挤压性炭质千枚岩变形分级的方法，其特征在于：步骤(1)对大变形进行数据分级，Ⅰ级大变形对应的相对变形程度为大于1.5％且小于等于3％，Ⅱ级大变形对应的相对变形程度为大于3％且小于等于5％，Ⅲ级大变形...

【专利技术属性】
技术研发人员：高焱，夏晶晶，耿纪莹，吴蔚，黄东辉，胡志国，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32