基于统计岩体力学的岩体质量分级方法研究及应用

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已有的岩体分类或分级方法都是基于围岩稳定性,以开挖支护设计为目标,即根据影响岩体质量和稳定性的各种地质条件与岩石物理力学特性,将隧道围岩分成质量和稳定性不同的若干级别,作为评价岩体稳定的依据。但是,现有围岩分级中,对各级围岩的岩土体特性及结构面已有相应描述,但对于开挖揭露出的不同结构面参数及其影响,围岩所表现出来的各向异性和变形破坏特征则没有进一步的量化方法,这就导致围岩的变形破坏与预测评估结果存在差异,围岩质量分级调整存在困难。因此,本文基于统计岩体力学的岩体质量分级理论为基础,结合数值模拟分析,开发了不同岩体质量分级程序以及岩体参数对质量分级的影响。以两水隧道为依据进行案例分析并提出了相应的支护建议。主要的研究内容及结果有:(1)比较各分级与岩体参数的之间关系,提出了基于BQ指标的岩体变形模量估算方法,应用于三峡工程某坝址区岩体力学参数的估算,所得结果与现场力学试验数据比较吻合,为通过BQ指标估算岩体变形模量提供一条合理的量化途径。(2)基于统计岩体力学理论与前人的理论基础上,提出了一种适用于隧道施工阶段的围岩分级方法。利用C#语言编制了RMR分级法、BQ分级法、Q系统分级法、Z系统分级法以及SMRM(Statistical mechanics of rock Mass)岩体质量分级法的计算程序,展示了岩体全方位的质量级别及各向异性特征,以某水电站岩体承压板试验数据为依据,验证了该质量分级计算方法的准确性,并探讨了基于统计岩体力学岩体结构面参数对岩体质量分值的影响规律。(3)以兰渝铁路的两水隧道工程为依据,将统计岩体力学质量分级程序应用于该工程中,并基于FLAC3D为技术平台,将统计岩体力学质量分级本构模型对兰渝铁路两水隧道进行数值模拟,与现场实测数据对比分析,针对现场围岩的各向异性结构对分级方法进行修正,以满足隧道不同施工阶段的工程需要。(4)在开发质量分级程序的基础上,以兰渝铁路某隧道为应用实例,对岩体进行RMR、BQ、SMRM质量分级,验证分级计算程序的适用性和精度及该程序的实用性,同时根据上述分级结果对不同分级方法结果进行对比。
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