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复杂条件下围岩分类研究

作　者: 王广德
导　师: 刘汉超
学　校: 成都理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 工程地质学围岩分类高地应力高外水压力 JPF体系
分类号: TV223.3
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第1章引言  9-21
  1.1 工程概况  9
  1.2 研究目的、意义  9-10
  1.3 地下洞室围岩分类研究现状  10-18
    1.3.1 地下洞室围岩分类概述  10-12
    1.3.2 围岩分类方法  12-18
    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  18
  1.4 主要研究内容、研究方法及技术路线  18-20
    1.4.1 主要研究内容  18-19
    1.4.2 研究方法及技术路线  19-20
  1.5 论文主要章节的安排  20-21
第2章引水隧洞线路区工程地质条件  21-37
  2.1 地形地貌  21
  2.2 地层岩性  21-22
  2.3 地质构造  22-23
  2.4 岩溶水文地质条件  23-28
  2.5 工程区地应力场  28-30
  2.6 岩石物理力学性质  30-31
  2.7 岩爆及预测  31-37
第3章常用围岩分类方法在长探洞适用性分析  37-108
  3.1 长探洞的基本地质条件  37-49
  3.2 长探洞围岩分类  49-77
    3.2.1 围岩分类结果正确性的判定方法  49-57
    3.2.2 长探洞围岩定量分类  57-77
  3.3 分类结果及分析  77-106
    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  78-81
    3.3.2 分类结果的相关性分析  81-88
    3.3.3 分类结果的一致性分析  88-104
    3.3.4 分类结果的适用性分析  104-106
  3.4 小结  106-108
第4章高地应力条件下的围岩分类  108-135
  4.1 高地应力的判别标准  108-111
    4.1.1 国内外对地应力状态的划分方法  108-110
    4.1.2 本文采用的地应力状态划分方法  110-111
  4.2 高地应力条件下围岩变形、破坏特征  111-114
    4.2.1 高地应力下脆性完整硬质岩体中的岩爆  112
    4.2.2 高地应力下裂隙发育的硬质岩中的结构性流变  112-113
    4.2.3 高地应力下软岩的塑性流动  113-114
    4.2.4 小结  114
  4.3 三种常用围岩分类方法对高地应力的考虑  114-115
  4.4 高地应力条件下围岩分类方法的建立  115-130
    4.4.1 岩爆区围岩类别的定位  116-117
    4.4.2 WQ系统  117-122
    4.4.3 WRMR分类的建立  122-125
    4.4.4 WHC分类的建立  125-130
  4.5 分类结果对比  130-134
    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  131-132
    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  132-133
    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  133-134
  4.6 小结  134-135
第5章高外水压力条件下的围岩分类  135-149
  5.1 高外水压力的判别标准  135
  5.2 高外水压力条件下围岩变形、破坏特征  135-139
    5.2.1 岩体的抗剪强度降低  135-136
    5.2.2 水力劈裂作用对围岩稳定性的影响  136-137
    5.2.3 突水及其影响因素  137-139
  5.3 常用围岩分类方法对外水压力的考虑  139-140
  5.4 高外水压力条件下围岩分类方法的建立  140-142
  5.5 高外水压力段分类结果对比  142-148
  5.6 小结  148-149
第6章锦屏深埋隧洞围岩分类(JPF)体系  149-173
  6.1 锦屏深埋隧洞围岩分类(JPF)体系  149-158
    6.1.1 JPHC分类及其参数取值  149-151
    6.1.2 JPQ系统及其参数取值  151-154
    6.1.3 JPRMR分类及其参数取值  154-155
    6.1.4 综合围岩类别的定量确定方法  155-157
    6.1.5 JPF体系的适用条件  157-158
  6.2 JPF体系在长探洞的围岩分类结果分析  158-165
    6.2.1 JPF体系在长探洞的围岩分类结果  158
    6.2.2 相关性对比  158-163
    6.2.3 一致性对比  163-164
    6.2.4 适用性对比  164-165
  6.3 围岩分类参数分析  165-171
  6.4 小结  171-173
第7章围岩支护体系  173-179
  7.1 支护原则  173
  7.2 非岩爆段支护  173-175
  7.3 岩爆段支护  175-179
第8章 JPF体系在辅助洞的应用及验证  179-191
  8.1 辅助洞工程地质条件  179-185
    8.1.1 岩性特征  179-181
    8.1.2 构造特征  181-182
    8.1.3 岩溶水文地质特征  182-183
    8.1.4 岩体结构特征  183
    8.1.5 地应力及岩爆  183-185
  8.2 JPF体系在辅助洞的围岩分类结果及分析  185-190
    8.2.1 分类结果  185-187
    8.2.2 相关性分析  187-188
    8.2.3 一致性分析  188
    8.2.4 适用性分析  188-190
  8.3 小结  190-191
结论  191-193
致谢  193-195
攻读博士期间发表的论文及科研成果  195-197
  1 个人简况  195
  2 攻读博士期间参加科研项目  195
  3 攻读博士期间发表论文  195-197
参考文献  197-204
附录1 锦屏二级水电站深埋隧洞平面位置示意图  204-205
附录2 锦屏二级水电站引水隧洞剖面图  205-206
附录3 符号说明  206

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