一种高地应力因素主导下地下洞室纵轴线布置方法技术

本发明专利技术公开了一种高地应力因素主导下地下洞室纵轴线布置方法，属于岩石力学地下工程洞室布置设计技术领域，用以解决高地应力因素主导下的地下洞室纵轴线布置优化设计问题，减轻或规避因洞室围岩偏压而引起的严重变形破坏风险。本发明专利技术提出以主应力空间π平面法向的水平投影方向为参考方向，使高地应力条件下洞室的纵轴线尽量与上述水平投影方向呈较小夹角甚至重合的方向进行布置，可有效地提高洞室纵向压缩效应，减小洞室横向剪切变形效应，以充分利用高地应力引起的高围压增加围岩自承载能力，同时限制围岩横向剪切变形破坏，实现提升洞室围岩稳定状态和降低开挖支护工程投资的目的。

A method of longitudinal axis layout of underground caverns under the guidance of high ground stress factors

【技术实现步骤摘要】
一种高地应力因素主导下地下洞室纵轴线布置方法
本专利技术涉及岩石力学地下工程洞室布置设计
，具体涉及一种高地应力因素主导下的地下洞室纵轴线布置优化设计方法。
技术介绍
在地下洞室布置设计中，纵轴线选择是关键的考量因素之一，它与洞室施工期和运行维护期的安全稳定密切相关，而复杂地质条件是影响地下洞室纵轴线选择的关键条件之一。随着我国地下工程建设的飞速发展，高地应力因素引起的洞室破坏和围岩稳定安全问题日趋突出，高地应力环境中赋存的地下洞室围岩稳定性问题逐渐成为地下洞室工程领域研究的热点问题。针对“如何在高地应力环境中开展地下洞室布置设计，选择安全、经济、合理的纵轴线”这一问题，人们进行了多方面的研究，如现行的《水电站厂房设计规范》(NB35011-2016)和申请号为CN201310234638.7的专利技术专利文献中所公开的“大型地下洞室群布置设计方法”，给出最大主应力方向与洞室纵轴线的方向呈小角度布置的参考基准；申请号为CN201611016626.7的专利技术专利文献中所公开的“高地应力条件下大型洞室轴线选择方法”，给出以布置洞室纵轴线与对应地质岩体的最大水平应力方向呈较小夹角为参考基准。工程实践中发现，高地应力因素主导条件下，当地应力场中的第二和第三主应力量值较大时，参照上述基准设计和施工的数个大型地下洞室出现了不同程度的偏压破坏现象，引发了人们对于高地应力因素主导下，大型地下洞室纵轴线选择优化问题的深入思考。即高地应力因素主导条件下，洞室纵轴线选择尚应关注第二、第三主应力和第一(最大)主应力之间的作用平衡关系，减轻或规避洞室开挖后应力调整引起的偏压破坏。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：本专利技术基于上述
技术介绍
中所述的情况，提出以主应力空间π平面法向的水平投影方向为参考方向，使高地应力条件下地下洞室的纵轴线尽量与上述水平投影方向呈较小夹角甚至重合，以解决高地应力因素引起的洞室偏压破坏问题；通过对高地应力因素主导条件下的地下洞室纵轴线的选择优化，减轻或规避洞室开挖后应力调整引起的偏压破坏现象。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高地应力因素主导下地下洞室纵轴线布置方法，包括如下步骤：步骤一、开展地质勘测，获取n个测点Oi的地应力实测结果；步骤二、根据每个测点Oi的地应力实测结果，获取每个测点Oi对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向∠Ai；步骤三、将多个测点Oi对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向∠Ai取平均值后获得拟合方向∠A0，即；步骤四、布置洞室纵轴线方向与所述拟合方向呈小夹角或重合；其中：n为测点的数量，且n≥1；i为测点的序号。进一步的是：在步骤四中，布置洞室纵轴线方向与所述拟合方向之间的夹角不大于30°。进一步的是：在步骤四中，布置洞室纵轴线方向时，还要求考虑地质结构面的影响，洞室纵轴线方向与主要地质结构面之间的夹角大于45°。进一步的是：在步骤一中，测点Oi位于预开挖洞室所对应的地质区域。进一步的是：多个测点Oi在所述的地质区域内尽可能间隔均匀地分布。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于弹性力学中主应力空间π平面法向应力(亦称静水压力)σ0只引起物体体积的变化，而其切向应力τ0只引起物体形状变化的基本原理，本专利技术提出以主应力空间π平面法向的水平投影方向为参考方向，使高地应力条件下地下洞室的纵轴线尽量与上述水平投影方向呈较小夹角甚至重合的方向进行布置，可有效地提高洞室纵向压缩效应，减小洞室横向剪切变形效应，以充分利用高地应力引起的高围压增加围岩自承载能力，同时限制围岩横向剪切变形破坏，实现提升洞室围岩稳定状态和降低开挖支护工程投资的目的。附图说明图1为单个测点获取其对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向∠Ai的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。下文为了便于理解也计算，本专利技术中对于部分方向的表示采用角度方式；例如本专利技术中将相应测点Oi主应力空间π平面法向的水平投影方向以∠Ai代替表示，其中∠Ai的具体数值大小为：在方位平面坐标系中，以N方向为起点，沿顺时针转动至对应测点Oi主应力空间π平面法向的水平投影方向所对应的夹角；如参照附图1中所标记出的∠NOO″。本专利技术所述的一种高地应力条件下洞室纵轴线布置方法，包括如下步骤：步骤一、开展地质勘测，获取n个测点Oi的地应力实测结果；步骤二、根据每个测点Oi的地应力实测结果，获取每个测点Oi对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向∠Ai；步骤三、将多个测点Oi对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向∠Ai取平均值后获得拟合方向∠A0，即；步骤四、布置洞室纵轴线方向与所述拟合方向呈小夹角；其中：n为测点的数量，且n≥1；i为测点的序号。具体的，在步骤一中进行地质勘测时，对测点Oi的分布，可根据实际情况进行选取。通常情况下，应当优选测点Oi位于预开挖洞室的纵轴线所在高程所对应的地质平面；这样由多个测点Oi最终获取的洞室纵轴线布置方向更加符合对应地区的地质条件。更具体的，优选将多个测点Oi在所述的地质平面上间隔均匀地分布。当然，不失一般性，在实际的地质勘测过程中一般会获取更多的地质数据，而在本专利技术的步骤一中，只需要其中所需测点Oi所对应的地应力勘测数据即可。另外，在步骤二中，每个测点Oi对应的主应力空间π平面法向投影方向∠Ai的具体获取过程如下：参照附图1中所示，其测点为O点：①过该测点O设置水平面，作出方位平面坐标系，对应标注E(东)、W(西)、S(南)和N(北)四个方向及坐标系原点，同时设置该测点O点为该方位平面坐标系的原点；②根据地质实测的测量数据，以上述原点O点为起点，分别作出O点对应的三个主应力的方向σ1、σ2、σ3；③分别在方向σ1、σ2、σ3轴上选取A、B、C三点，使得OA＝OB＝OC＝a，a为任意的非零长度值，具体可根据作图方便自定，此时获得平面ABC即为与主应力空间π平面平行的等倾面；④从原点O向平面ABC作垂线，相交于点O′，线段OO′所在方向即为此测点O点的主应力空间π平面法向；⑤从点O′向方位平面坐标系(即水平面)作垂线，相交于点O″；⑥将原点O和点O″连线，由方位平面坐标系中的N方向顺时针转至线段OO″的角度，即∠NOO″，为此测点O的主应力空间π平面法向的水平投影方向，可记录为∠A。相应的，各测点Oi对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向为∠Ai。更具体的，在上述步骤二中，完全可利用三维设计软件或辅助制图工具等，以便快速获取每个测点Oi的主应力空间π平面法向及其水平投影方向∠Ai等数据。通过上述步骤二后即可获得多个测点Oi对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向∠Ai；之后将多个测点Oi对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向∠Ai取平均值后获得拟合方向∠A0，取平均值优选采用数值平均的方式，即通过公式获取。上述拟合方向∠A0可以大致体现对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高地应力因素主导下地下洞室纵轴线布置方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一、开展地质勘测，获取n个测点O

【技术特征摘要】
1.一种高地应力因素主导下地下洞室纵轴线布置方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、开展地质勘测，获取n个测点Oi的地应力实测结果；
步骤二、根据每个测点Oi的地应力实测结果，获取每个测点Oi对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向∠Ai；
步骤三、将多个测点Oi对应的主应力空间π平面法向的水平投影方向∠Ai取平均值后获得拟合方向∠A0，即
步骤四、布置洞室纵轴线方向与所述拟合方向呈小夹角；
其中：n为测点的数量，且n≥1；i为测点的序号。


2.如权利要求1所述的一种高地应力因素主导下地下洞室纵轴线布置方法，其特征在于：在步骤四中，布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯东奇，金伟，张顺利，刘瑞雪，杨英，魏映瑜，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51