巖體性能指標(biāo)和超大斷面及洞群地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究.pdf

1、本文以新建京張城際鐵路八達(dá)嶺地下車站為依托，首先針對(duì)大規(guī)模、大范圍的巖體工程巖體性能指標(biāo)的獲取進(jìn)行了研究;然后，通過(guò)比較選取了合適的基于巖體性能指標(biāo)的巖體力學(xué)參數(shù)公式;最后，在獲取巖體力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)超大斷面地下結(jié)構(gòu)的兩種形式:超大斷面單拱大跨和超大斷面洞群，進(jìn)行了地下結(jié)構(gòu)的圍巖穩(wěn)定性研究。主要研究?jī)?nèi)容及方法如下:
　　(1)基于空間插值法的RQD預(yù)測(cè)
　　巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)是工程中評(píng)價(jià)巖體性質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。但RQ

2、D是通過(guò)地質(zhì)鉆探獲取的，因此不能夠很到位的表達(dá)整個(gè)工程空間內(nèi)實(shí)際的巖石質(zhì)量。為了彌補(bǔ)此方面的不足，首先引入主要黑塞方向(principal Hessian direction)，對(duì)地質(zhì)屬性較強(qiáng)即空間中存在著各向異性的RQD值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后采用克里金（Kriging）插值法構(gòu)建變異函數(shù)(variation function)對(duì)整個(gè)空間的RQD值進(jìn)行估算，最后利用R語(yǔ)言進(jìn)行編程將該方法應(yīng)用于八達(dá)嶺地下車站工程。
　　(2)混合效

3、應(yīng)模型在GSI指標(biāo)的量化中的應(yīng)用
　　與RMR值及Q值相比地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI能夠很好的引入到Hoek-Brown準(zhǔn)則中，這對(duì)巖體工程設(shè)計(jì)研究提供了很大的便捷。由于其在最早提出時(shí)，給出的取值方法為選定圖表中區(qū)域范圍，該方法缺乏可以量化的典型參數(shù)，因而其人為的經(jīng)驗(yàn)判斷使其含有很強(qiáng)的主觀性。針對(duì)這方面的不足，E.Hoek于2013年提出的一種GSI量化方法，是由RQD值和結(jié)構(gòu)面條件決定，該方法在操作中簡(jiǎn)單易行。但是，其中的包含有6個(gè)條件

4、因素，往往在實(shí)際的工程中無(wú)法將它們?nèi)揩@取。為了彌補(bǔ)這方面的不足，本文將統(tǒng)計(jì)學(xué)中包含有固定參數(shù)與隨機(jī)參數(shù)的混合效應(yīng)模型（Mixed Effects Models），應(yīng)用于GSI的量化公式中，通過(guò)與工程實(shí)例的對(duì)比，驗(yàn)證了其可行性。最后編寫可視化的R語(yǔ)言程序，并將其應(yīng)用于八達(dá)嶺地下車站工程。
　　(3)通過(guò)巖體性能指標(biāo)獲取巖體力學(xué)參數(shù)的方法選擇
　　Hoek-Brown準(zhǔn)則是目前在巖土工程中應(yīng)用較為廣泛的巖石及巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則。在八

5、達(dá)嶺采集樣本的力學(xué)試驗(yàn)（單軸壓縮、三軸壓縮及劈裂試驗(yàn)）的研究分析基礎(chǔ)上，結(jié)合之前巖體性能指標(biāo)的獲取結(jié)果，通過(guò)比選，明確了巖體的單軸抗壓強(qiáng)度、單軸抗拉強(qiáng)度、變形模量以及Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則中相關(guān)參數(shù)的獲取公式或方法。最后將比選后的公式進(jìn)行匯總，并利用R語(yǔ)言編程將這些工程設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬所需參數(shù)的計(jì)算結(jié)果輸出到交互式界面，以方便使用。
　　(4)超大斷面單拱大跨地下結(jié)構(gòu)的圍巖壓力計(jì)算
　　依托新京張城際鐵路八達(dá)嶺地下車站的

6、單拱大跨側(cè)式站臺(tái)方案，分析了多種傳統(tǒng)圍巖壓力計(jì)算方法在超大斷面單拱大跨地下結(jié)構(gòu)中的適用性，然后對(duì)不同地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)(GSI)及跨度下的單拱地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬并進(jìn)行比較分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Q系統(tǒng)中計(jì)算圍巖壓力的方法，提出了基于地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)(GSI)的能夠快速估算超大跨度深埋地下結(jié)構(gòu)圍巖壓力的估算方法。最后收集在國(guó)內(nèi)外50多工程中采集的圍巖壓力，與新的估算方法獲取的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出該方法不僅可以為工程設(shè)計(jì)人員及現(xiàn)場(chǎng)工作人員提供設(shè)計(jì)

7、計(jì)算依據(jù)，還可為相關(guān)研究人員提供理論參考。
　　(5)超大斷面洞群地下結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定性模型試驗(yàn)研究
　　依托新京張城際鐵路八達(dá)嶺地下車站的四洞側(cè)式站臺(tái)方案，對(duì)洞群的開(kāi)挖進(jìn)行了模型試驗(yàn)，采集了開(kāi)挖時(shí)周邊的圍巖壓力變化數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。然后針對(duì)不同情況下（開(kāi)挖洞室的大小、洞室的開(kāi)挖間距）地下洞室結(jié)構(gòu)間開(kāi)挖的相互影響進(jìn)行了研究。最后，綜合群洞效應(yīng)對(duì)地下結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定性的影響因素，提出了一套可以評(píng)價(jià)巖體地下群洞開(kāi)挖風(fēng)