围岩分级的反演方法技术

本发明专利技术提供围岩分级的反演方法，S1、在施工现场对开挖揭露的围岩露头的结构进行测量，确定结构发育面的组数、岩体的结构面特征，S2、基于S1的数据，应用岩体本构理论及强度理论与结构面基本参数的关系，由此从结构面参数获得岩体分级参数，S3、建立岩体弹性模量与RMR和Q岩体质量分级之间的关联性得到相应的Q评分值；S4、利用开挖后实测的优势结构面各向参数，计算开挖面附近围岩在空间各个方向的弹性模量比值得到相应的RMR值，最终进行围岩质量等级的调整，本发明专利技术提供的应用统计岩体力学方法反演围岩分级，所得到的围岩分级与施工开挖阶段现场揭露的情况基本一致，故施工阶段调整后的围岩分级具有合理性。的围岩分级具有合理性。的围岩分级具有合理性。

【技术实现步骤摘要】
围岩分级的反演方法


[0001]本专利技术涉及铁路隧道围岩分级领域，尤其涉及一种围岩分级的反演方法。

技术介绍

[0002]开挖隧道过程中,对围岩产生扰动是不可避免的,导致开挖面表面岩体向深度方向一定范围内的围岩性质劣化，表现为原来闭合结构面的张开，地下水渗流通道的联通，岩块体破裂等，且由于岩土材料物理特性和力学特性非常复杂,要想用解析的手段预测隧道等地下结构物的力学动态,就必须建立精度较高的本构关系式.因而,一方面要求在事前设计阶段应尽量采用高技术和手段,加之经验对地质状态做出判断,另一方面要求在开挖施工阶段,不断通过现场量测对围岩和支护的动态及开挖方法做出评价并及时调整,使设计更加合理，降低施工危险性。
[0003]专利技术型内容
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种围岩分级的反演方法，具体技术方案为：S1、在施工现场对开挖揭露的围岩露头的结构进行测量，确定结构发育面的组数、岩体的结构面特征，从现场获得的岩体的结构面特征包含且不限于岩体结构面的产状、形状、迹长、间距分布、线密度、隙宽、粗糙度在内的实测资料；分析各组结构面产状的分布规律、均值与众数表示法及差别，结构面线密度与面密度、体积密度三者之间的关系，结构面迹长与半径及直径的关系，测线密度与方向RQD值求取方法；S2、基于S1的数据，应用岩体本构理论及强度理论与结构面基本参数的关系，由此从结构面参数获得岩体分级参数：在不计裂隙水压力的情况下，岩体弹性模量比的统计岩体力学计算公式是：
[0005][0006]式中：E(MPa)和ν分别是岩块的弹性模量和泊松比，m为结构面组数，E
m
为有某组结构面存在下的岩体弹性模量值，λ(1/m)、为该组结构面的法线密度和结构面半径，δ为结构面法线与荷载方向夹角，k和h分别为结构面应力状态因子和结构面剩余剪应力系数，表达式如下：
[0007][0008]其中，t为结构面上的剪应力，C
j
、φ
j
为结构面抗剪强度参数；
[0009]由于在结构面受压时k＝0，而在结构面受拉张开时k＝h＝1，因此有：
[0010][0011]S3、建立岩体弹性模量与RMR和Q岩体质量分级之间的关联性：
[0012][0013]通过计算获取岩体的弹性模量E
m
，即可由上两式求出相应的RMR评分值，然后再由RMR＝9ln(Q)+44，有：
[0014][0015]即可得到相应的Q评分值；
[0016]S4、利用开挖后实测的优势结构面各向参数，计算开挖面附近围岩在空间各个方向的弹性模量比值得到相应的RMR值，最终进行围岩质量等级的调整。
[0017]进一步的，S1中式(5
‑
1)中，夹角δ余弦表达式如下：
[0018]cosδ
si
＝n
s1
n
i1
+n
s2
n
i2
+n
s3
n
i3
＝n
sj
n
ij
ꢀꢀ
(5
‑
2)
[0019]在式(5
‑
2)中，n
ij
为各组结构面优势产状，可得结构面的法线方向余弦为：
[0020]n
i1
＝
‑
cosα
i
sinβ
i
[0021]n
i2
＝sinα
i
sinβ
i
[0022]n
i3
＝cosβ
i
[0023]其中α
i
、β
i
分别为各组结构面的优势倾向和倾角。
[0024]进一步的，n
sj
为假设在空间范围内存在一条测线，测线产状为走向α
s
，倾角β
s
，那么测线的方向余弦可表示为：
[0025]n
s1
＝cosα
s
cosβ
s
[0026]n
s2
＝
‑
sinα
s
cosβ
s
[0027]n
s3
＝sinβ
s
[0028]上述中，RQD表示岩芯质量指标；RMR是岩体力学中的岩石分类方法，即岩体地质力学分类。
[0029]与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的应用统计岩体力学方法反演围岩分级，所得到的围岩分级与施工开挖阶段现场揭露的情况基本一致，故施工阶段调整后的围岩分级具有合理性。
附图说明
[0030]图1是本专利技术的J1优势结构面法线与荷载方向的夹角关系图；
[0031]图2是本专利技术的J2优势结构面法线与荷载方向的夹角关系图；
[0032]图3是本专利技术的J3优势结构面法线与荷载方向的夹角关系图；
[0033]图4是结构面组合J1+J2各荷载方向的Em/E；
[0034]图5是结构面组合J1+J3各荷载方向的Em/E；
[0035]图6是结构面组合J2+J3各荷载方向的Em/E；
[0036]图7是结构面组合J1+J2+J3各荷载方向的Em/E。
具体实施方式
[0037]现结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0038]对于围岩分级的反演，是指根据施工阶段可能出现的围岩特性变化，采用施工阶段参数对围岩进行分级反演，如果能够根据现有的工程经验，反演出施工阶段的围岩参数，在设计阶段就考虑有关因素的影响，给出围岩的分级，就会在设计阶段采用相应围岩级别下的支护参数进行隧道设计，降低施工危险性。
[0039]本专利技术提供围岩分级反演步骤如下：S1、由于开挖扰动的影响，岩石坚硬程度及岩体完整性都会降低，根据在施工现场对开挖揭露的围岩露头的结构进行测量，可以确定结构发育面的组数、岩体的结构面特征，进而可定性地对岩体完整性进行分类，从某种程度上来说，岩体中地质结构面构成的网络实际上是一种随机网络，这种岩体结构的随机性决定了岩体的力学、水力学等多方面的工程性质必然具有随机性，因此，岩体力学应该是一种统计力学，另一方面，岩体中结构面大多是具有有限尺度的不连续面，对外力作用的力学响应规律服从断裂力学理论，因此，岩体的力学性质从本质上是一种裂纹群体的统计断裂力学行为。
[0040]讨论岩体结构特征，其最基本的一点便是岩体的结构面特征，岩体结构面的性质是岩体的基本性质，从结构面入手，从现场获得的岩体的结构面特征包含且不限于岩体结构面的产状、形状、迹长、间距分布、线密度、隙宽、粗糙度在内的实测资料；分析各组结构面产状的分布规律、均值与众数表示法及差别，结构面线密度与面密度、体积密度三者之间的关系，结构面迹长与半径及直径的关系，测线密度与求取方向RQD值。
[0041]S2、基于S1的实测资料，应用岩体本构理论及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.围岩分级的反演方法，其特征在于，S1、在施工现场对开挖揭露的围岩露头的结构进行测量，确定结构发育面的组数、岩体的结构面特征，从现场获得的岩体的结构面特征包含且不限于岩体结构面的产状、形状、迹长、间距分布、线密度、隙宽、粗糙度在内的实测资料；分析各组结构面产状的分布规律、均值与众数表示法及差别，结构面线密度与面密度、体积密度三者之间的关系，结构面迹长与半径及直径的关系，测线密度与方向RQD值求取方法；S2、基于S1的数据，应用岩体本构理论及强度理论与结构面基本参数的关系，由此从结构面参数获得岩体分级参数：在不计裂隙水压力的情况下，岩体弹性模量比的统计岩体力学计算公式是：式中：E(MPa)和ν分别是岩块的弹性模量和泊松比，m为结构面组数，E
m
为有某组结构面存在下的岩体弹性模量值，λ(1/m)、为该组结构面的法线密度和结构面半径，δ为结构面法线与荷载方向夹角，k和h分别为结构面应力状态因子和结构面剩余剪应力系数，表达式如下：其中，t为结构面上的剪应力，C
j
、φ
j
为结构面抗剪强度参数；由于在结构面受压时k＝0，而在结构面受拉张开时k＝h＝1，因此有：S3、建立岩体弹性模量与RMR和Q岩体质量分级之间的关联性：通过计算获取岩体的弹性模量E
m
，即可由上两式求出相应的RMR评分值，然后再由RMR＝9ln(Q)+44，有：即可得到相应的Q评分值；S4、利用开挖后实测的优势结构面各向参数，计算开挖面附近围岩在空间各个方向的弹性模量比值得到相应的RMR值，最终进行围岩质量等级的调整。
2.根据权利要求1所述的围岩分级的反演方法，其特征在于：S1中...

【专利技术属性】
技术研发人员：关喜彬，陶琦，冯研，高焱，周烨，安文杰，韩希平，王奇，黄宜爱，张敏，牛承志，陈鹤，马英杰，
申请(专利权)人：中铁十九局集团有限公司淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：