CN111783214A - 一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法 - Google Patents

一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111783214A
CN111783214A CN202010668175.5A CN202010668175A CN111783214A CN 111783214 A CN111783214 A CN 111783214A CN 202010668175 A CN202010668175 A CN 202010668175A CN 111783214 A CN111783214 A CN 111783214A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rock
value
stratum
formula
influence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010668175.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111783214B (zh
Inventor
刘晖
张子新
马治国
黄昕
赵国军
王帅峰
王杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
PowerChina Roadbridge Group Co Ltd
Original Assignee
Tongji University
PowerChina Roadbridge Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University, PowerChina Roadbridge Group Co Ltd filed Critical Tongji University
Priority to CN202010668175.5A priority Critical patent/CN111783214B/zh
Publication of CN111783214A publication Critical patent/CN111783214A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111783214B publication Critical patent/CN111783214B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
    • G06Q10/06393—Score-carding, benchmarking or key performance indicator [KPI] analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于，基于隧道开挖和支护协同一体的理念和方法(I‑System)，分别从类岩堆体和支护结构两个方面探究确立I‑TTGS总公式；通过将Ai、Ci、Hi、Pi、Si、DFi、ETi代入I‑TTGS总公式计算，即得到结果I，按百分比即可表征和评价类岩堆体围岩的质量。根据不同的I值百分数即可定量确定类岩堆体隧道围岩的质量好坏(满分100分)。实现“岩石+土体”类岩堆体围岩的质量评价；对于类岩堆体隧道安全施工进行有效地指导管理，有利于隧道开挖管理和风险管控。

Description

一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法
技术领域
本发明涉及类岩堆体围岩中隧道结构设计和安全施工领域。
背景技术
岩体质量评价是隧道设计和施工中至关重要的环节。对隧道围岩体的精确调查和解 剖，进而进行合理的评价，是建立隧道地质模型的有效手段，广泛应用于隧道结构设计和 隧道开挖技术中。目前，对岩土体的质量评价方法仍局限于单一的针对岩体或针对土体， 并没有针对类岩堆体的质量评价方法。例如著名的RMR和Q***等方法(请参见文献R.K,Goel，等.Correlation between Barton's Q and Bieniawski's RMR—A newapproach[J]. International Journal of Rock Mechanics&Mining Sciences&Geomechanics Abstracts, 1996.)是针对岩体的质量评价方法，且RMR仅适用于地表和地下建(构)筑物围岩体， 其对水压力和节理产状的不确定性考虑存在缺陷；Q***法仅适用于岩体隧道，且考虑的 岩体参数有限；《岩土工程勘察规范，2001，2009》等对于土体的评价也仅局限于土体工 程应用范畴，并不涉及“岩石+土体”的类岩堆体。
类岩堆体隧道围岩成分一般是“岩块+土体”的混合体，自稳能力差，且容易受到地下水的影响，在我国红土高原的云南地区分布极为广泛，属于非连续岩体。类岩堆体围岩中隧道开挖其稳定性主要决定于类岩堆体岩石块体和类岩堆体围岩块体-土体二元结构不连续面，上述已有的适用于均质岩体质量评价方法显然完全不适用于类岩堆体。也因此，目前国内外目前并没有针对类岩堆体隧道围岩的质量评价方法。针对上述问题，目前国内外尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明技术方案结合了岩土体介质和隧道结构特征及开挖施工因素，研究了开挖扰动 对类岩堆体的损伤影响，研究了类岩堆体与支护结构相互作用及开挖方法因素在围岩质量 评价中的影响。本发明的目的在于首次公开一种适用于类岩堆体隧道围岩的质量评价体 系：充分考虑类岩堆体隧道围岩分区特征、地层行为、地层危害、支护体系、结构尺度、 开挖影响，建立一种适用于类岩堆体隧道围岩的质量评价方法，反应出类岩堆体围岩中隧 道设计和施工阶段开挖面围岩状态。
本发明一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，简称I-TTGS，该方法是专门针对类岩 堆体隧道围岩“岩块+土体”的混合体，自稳能力差，且容易受到地下水的影响，在我国红土高原的云南地区分布极为广泛，属于非连续岩体。类岩堆体围岩中隧道开挖其稳定性主要决定于类岩堆体岩石块体和类岩堆体围岩块体-土体二元结构不连续面，完全不能采用已有岩体质量和土体质量评价方法进行单一评价，为此本发明需要建立针对“岩块+土体”类岩堆体的新的评价方法。为实施评价类岩堆体隧道围岩的质量，建立以类岩堆体围岩的分区特征、地层行为、地层危害、支护体系、结构尺度、开挖因素六个特征量作为评价的 指标体系，并形成类岩堆体隧道围岩指标评价的定量方法，从而确定类岩堆体隧道围岩质量。
一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于，基于隧道开挖和支护协同一体的 理念和方法(I-System)，包括类岩堆体评价步骤和支护结构评价步骤。
所述类岩堆体评价步骤包括：类岩堆体分区特征评价步骤(Talus-type GroundDivision，TGZTGD)、类岩堆体地层行为评价步骤(Talus-type Ground Behaviour，TGB)、类岩堆体地层危害评价步骤(Talus-type Ground Hazards，TGH)。
所述支护结构评价步骤包括：类岩堆体支护体系评价步骤(Support Systems，SS)、 类岩堆体结构尺度评价步骤(Structural Dimension，SD)、类岩堆体结构开挖评价步骤 (Excavation Verifications，EV)。
综合以上步骤确立类岩堆体围岩质量评价模型；
现场应用时，按百分比可表征类岩堆体围岩的质量评价值，从而指导工程应用。
所述类岩堆体分区特征评价步骤内容在于对围岩进行合理分区。用户根据地质勘察报 告提供的信息，对围岩进行合理分区；根据类岩堆体大试样试验结果的破坏模式或含水率 估算将类岩堆体分为偏土类岩堆体和偏岩类岩堆体。
对于类岩堆体，在实验室中分析其颗粒级配情况，如果大尺径块石占比超过50％，Cu大于等于5，则判定为偏岩结构；如果粒径不超过60mm的颗粒占比超过50％，Cu小 于等于5，则判定为偏土结构。
所述类岩堆体地层行为评价步骤，其评价参数为表征地层骨架参数Ai；获取和表征 地层骨架参数Ai值计算公式见公式一；Ai占I-TTGS评价体系百分制中的20分；
Ai＝(adn+ads+adi)×ada×add×adp×adr (公式一)
公式一中：
adn为dn对Ai的影响因子得分，dn为基于1米扫描线(扫描线可以是水平、垂直或者倾斜)的结构面数量；adn值可根据dn值查表1得到；
ads为ds对Ai的影响因子得分，ds为结构面组数；ads值可根据ds值查表1得到；
adi为di对Ai的影响因子得分，di为基于最不利结构面(相对于隧道走向而言)的倾角；adi值可根据di值查表1得到；
ada为da对Ai的影响因子得分，da为基于开口结构面的张开程度；ada值可根据da值查表1得到；
add为dd对Ai的影响因子得分，dd为基于风化和表面蚀变的结构面分解程度；add值可 根据dd值查表1得到；
adp为dp对Ai的影响因子得分，dp为结构面贯通性；adp值可根据dp值查表1得到；
adf为df对Ai的影响因子得分，df为结构面摩擦程度；adf值可根据df值查表1得到；
表1地层骨架指标(Ai)：adn、ads、adi、ada、add、adf和adp
Figure BDA0002581281360000031
所述类岩堆体地层危害评价步骤，其参数为表征地层组构参数Ci，Ci是反映岩土体 重要地质构造特征的地层组构指标，为获取表征地层组构参数Ci值。现场调查得到不良组构pc值(如破碎带、断层、褶皱、岩爆等)和结构形式sc值(如层状、密实结构、松 散结构等)，Ci计算公式如下：
Ci＝cpc×csc (公式二)
公式二中，cpc为Ci中与pc有关的表示地层构造状态的影响因素，pc为不良组构；cpc值可根据pc值查表2得到；
csc为sc对Ci的影响作用得分，sc为结构形式；csc值可根据sc值查表2得到；
Ci占I-TTGS评价体系百分制中的20分。
表2地层组构指标(Ci)：cpc和csc
Figure BDA0002581281360000041
所述类岩堆体支护评价步骤，其参数为表征地层水力参数Hi，Hi是水对地层力学性 能和水力相关特性影响的水力指标，获取表征地层水力参数Hi，Hi计算公式如下：
Hi＝hgc×hgs (公式三)
公式三中，hgc为gc对Hi的影响评分，gc为岩土水力传导性；hgc值可根据gc值查 表3得到。
hgs为gs对Hi的影响评分，gs为基于莫氏硬度考虑水的软化作用对介质/填充材料的 影响；hgs值可根据gs值查表3得到。
Hi占I-TTGS评价体系百分制中的20分。
表3水力指标(Hi)：hgc和hgs
Figure BDA0002581281360000051
GCD岩土水力传导标示作为衡量地面水力传导性的标准。
所述类岩堆体结构尺度评价步骤，其参数为表征地层抗剪参数Pi和地层强度参数Si， Pi是根据土体质地、组构、形状、大小和体波速的函数定义的地面剪切特性的性质指数， Si是围压条件下地层强度行为的强度指标。Pi和Si的计算公式分别为公式四和公式五：
Pi＝[pcc+pdc+(pps×ppm)]×pbw (公式四)
公式四中，pcc为cc对Pi的影响评分，cc体现土体剪切特性的内聚性；pcc值可根据cc值查表4得到。
pdc为dc对Pi的影响评分，dc体现土体剪切特性的摩擦性；pdc值可根据dc值查表4得到。
pps为ps对Pi的影响评分，ps为基于颗粒大小的土壤颗粒尺寸的函数；pps值可根据ps值查表4得到。
ppm为pm对Pi的影响评分，pm为基于颗粒形态的土壤形态的函数；ppm值可根据 pm值查表4得到。
pbw为bw对Pi的影响评分，bw为体波速度；pbw值可根据bw值查表4得到。
Pi是I-TTGS综合适用性重要的组成部分，对类岩堆体介质的重要地质特性进行建模。 Pi占百分制中的20分，表4定义了Pi的参数。
表4剪切性能指标(Pi)：pcc，pdc，pps，ppm，和pbw
Figure BDA0002581281360000061
Figure BDA0002581281360000062
Vp 纵波(P波)波速(米/分)；
Vs 横波(S波)波速(米/分)。
Si＝scs×sse (公式五)
公式五中，sse为se对Si的影响评分，se为尺寸效应；sse值可根据se值查表5得到；
scs为cs对Si的影响评分，cs为地层单轴抗压强度；scs值可根据cs值查表5得到；
Si是I-System中地层结构分类的一个重要指标，Si占百分制中的20分，表5定义了Si的参数。
表5强度指标(Si)：scs和sse
Figure BDA0002581281360000063
Figure BDA0002581281360000071
B/H 地面结构形状/比例系数，表示斜坡或沟槽的宽度与高度之比；
cs 地层单轴抗压强度；
D/H 为地下洞口的宽度或水平跨度与洞口高度之比；
scs 与Si相关的cs得分；
se 尺寸效应；
sse 与Si相关的se得分；
UCS 单轴抗压强度；
σh 结构布置位置或深度处水平应力；
σv 结构布置位置或深度处垂直应力。
所述岩堆体结构开挖评价步骤，其参数包括动力影响系数DFi、开挖技术影响系数ETi。
DFi体现动力对地面结构的影响，用地震影响函数来表示，影响DFi值的因素包括地震动峰值加速度(PGASD)、地震危险区域(ERZ)、MSK地震烈度的函数。
其中PGASD＝f(PGA,GS,ρ,d) (公式六)
公式六中，PGASD＝MSF×PGAD，当震级比例因子≤1.8时，MSF＝6.9×exp[-M/4]-0.058，M是震级，PGAD为设计地震动峰值加速度，GS为剪切模量，ρ是地层单位质量， d是结构所处深度；将计算得到的PGASD，对照表6中PGASD的6个范围，选取正确的 DFi。表6定义了DFi的参数。
表6动力影响(DFi)
Figure BDA0002581281360000072
ETi是开挖技术对地层结构的影响，代表开挖过程对结构的振动影响，影响ETi值的参数包括开挖技术(ET)、质点峰值振动速度(PPV)，根据ET或PPV值查表7可获取ETi值。ETi的范围是1.00-0.50，表7定义了ETi的参数。
表7开挖技术影响(ETi)
Figure BDA0002581281360000081
I-TTGS评价模型总计算公式为：(I)＝(Ai+Ci+Hi+Pi+Si)×DFi×ETi (公式七)，根据公式七，将Ai、Ci、Hi、Pi、Si、DFi、ETi代入计算，即得到结果I，按百分比即可 输出评价类岩堆体围岩的质量。根据不同的I值百分数即可定量确定类岩堆体隧道围岩的 质量好坏(满分100分)。I-TTGS输出值范围在100-0之间，并将地层结构划分为10个 类：(I)-01到(I)-10，从最好到最差的级别。
所述的类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其步骤如下：
S1：用户可先根据地质勘察报告提供的信息，对现场围岩进行分区；
S2：获取现场类岩堆体地层行为的表征地层骨架参数Ai；
S3：在步骤S1和S2基础上，获取现场的类岩堆体地层危害表征地层组构参数Ci；
S4：为现场确定类岩堆体支护的表征地层水力参数Hi；
S5：为现场确定类岩堆体结构尺度的表征地层抗剪参数Pi和地层强度参数Si；
S6：为现场确定类岩堆体结构开挖的表征参数动力影响系数DFi和开挖技术影响系数 ETi；
S7：将步骤S1～S6中的参数代入公式七(I)＝(Ai+Ci+Hi+Pi+Si)×DFi×ETi得到 I-TTGS评价模型计算结果I，用于指导现场安全施工。
根据上述技术方案，本发明具有以下优点：
基于一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，将类岩堆体隧道围岩分区特征、地层行为、 地层危害、支护体系、结构尺度和开挖影响等信息全部集成于围岩评价方法模型中，实现 整个设计和施工过程的可知、可控。
本发明通过一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法的建立，可实现“岩石+土体”类岩堆 体围岩的质量评价；对于类岩堆体隧道安全施工进行有效地指导管理；信息化模型也有利 于隧道开挖管理和风险管控。
附图说明
图1为本发明的评价方法组成图
图2为本发明的类岩堆体隧道围岩分区图
图3为本发明的I-TTGS信息建模及输出实现流程图
图4为本发明I-TTGS得分图
具体实施方式
本发明类岩堆体隧道围岩质量评价方法主要面对的用户是业主单位、设计单位和施工 单位的技术和管理人员，用于准确了解类岩堆体隧道围岩所处的工程和水文地质情况、支 护结构状态和变形等信息，及时指导并管理现场工作人员作业，进而优化衬砌结构设计和 开挖方法，用于评估隧道围岩级别和支护结构的合理性及开挖面稳定情况，形成的数据档 案全部存储于指标体系模型中，用于数据积累及后期设计、施工和科研工作。
一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法-I-TTGS。在I-TTGS模型中，具体技术实现方案如下：
一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于，包括类岩堆体评价步骤和支护结 构评价步骤。
所述类岩堆体评价步骤包括：类岩堆体分区特征评价步骤(Talus-type GroundDivision，TGZTGD)、类岩堆体地层行为评价步骤(Talus-type Ground Behaviour，TGB)、类岩堆体地层危害评价步骤(Talus-type Ground Hazards，TGH)。
所述支护结构评价步骤包括：类岩堆体支护体系评价步骤(Support Systems，SS)、 类岩堆体结构尺度评价步骤(Structural Dimension，SD)、类岩堆体结构开挖评价步骤 (Excavation Verifications，EV)。
综合以上步骤确立类岩堆体围岩质量评价模型；
现场应用时，按百分比可表征类岩堆体围岩的质量评价值，从而指导工程应用。
所述类岩堆体分区特征评价步骤内容在于对围岩进行合理分区。用户根据地质勘察报 告提供的信息，对围岩进行合理分区；根据类岩堆体大试样试验结果的破坏模式或含水率 估算将类岩堆体分为偏土类岩堆体和偏岩类岩堆体。具体如下：
对于类岩堆体，在实验室中分析其颗粒级配情况，如果大尺径块石占比超过50％，Cu大于等于5，则判定为偏岩结构；如果粒径不超过60mm的颗粒占比超过50％，Cu小 于等于5，则判定为偏土结构，将其当做土体来评分，
然后基于类岩堆体的分布特征，例如土体的分层特征、块体的分布特征和几何特征等， 利用现有的Auto CAD等软件，如图2所示，完成隧道围岩地质模型的建模。
所述类岩堆体地层行为评价步骤，其评价参数为表征地层骨架参数Ai；获取和表征 地层骨架参数Ai值计算公式见公式一；Ai占I-TTGS评价体系百分制中的20分。
Ai＝(adn+ads+adi)×ada×add×adp×adr (公式一)
公式一中：
adn为dn对Ai的影响因子得分，dn为基于1米扫描线(扫描线可以是水平、垂直或者倾斜)的结构面数量；adn值可根据dn值查表1得到；
ads为ds对Ai的影响因子得分，ds为结构面组数；ads值可根据ds值查表1得到；
adi为di对Ai的影响因子得分，di为基于最不利结构面(相对于隧道走向而言)的倾角；adi值可根据di值查表1得到；
ada为da对Ai的影响因子得分，da为基于开口结构面的张开程度；ada值可根据da值查表1得到；
add为dd对Ai的影响因子得分，dd为基于风化和表面蚀变的结构面分解程度；add值可 根据dd值查表1得到；
adp为dp对Ai的影响因子得分，dp为结构面贯通性；adp值可根据dp值查表1得到；
adf为df对Ai的影响因子得分，df为结构面摩擦程度；adf值可根据df值查表1得到；
调查其不连续面情况，将其当做岩石来评分，通过调查得到1米扫描线内的结构面数 量(dn)、结构面组数(ds)、最不利结构面的倾角(di)、开口结构面的张开程度(da)、结构面风化程度(dd)、结构面摩擦程度(df)、结构面贯通性(dp)，前三个为定量参数，后四 个为定性参数，根据表1给各参数打分，Ai计算公式如公式一所示。如果不属于上述情 况，则根据现场和室内试验对Ai这一指标打分。
表1地层骨架指标(Ai)：adn、ads、adi、ada、add、adf和adp
Figure BDA0002581281360000111
所述类岩堆体地层危害评价步骤，其参数为表征地层组构参数Ci，Ci是反映岩土体 重要地质构造特征的地层组构指标；现场调查得到不良组构pc值(如破碎带、断层、褶皱、岩爆等)和结构形式sc值(如层状、密实结构、松散结构等)，根据表2给这两项打 分，Ci计算公式如下：
Ci＝cpc×csc (公式二)
公式二中，cpc为Ci中与pc有关的表示地层构造状态的影响因素，pc为不良组构；cpc值可根据pc值查表2得到；
csc为sc对Ci的影响作用得分，sc为结构形式；csc值可根据sc值查表2得到；
Ci是反映岩土体重要地质构造特征的地层组构指标，Ci占I-TTGS评价体系百分制中的20分，表2定义了Ci的参数。
表2地层组构指标(Ci)：cpc和csc
Figure BDA0002581281360000121
所述类岩堆体支护评价步骤，其参数为表征地层水力参数Hi，Hi是水对地层力学性 能和水力相关特性影响的水力指标；获取表征地层水力参数Hi，Hi计算公式如下：
Hi＝hgc×hgs (公式三)
公式三中，hgc为gc对Hi的影响评分，gc为岩土水力传导性；hgc值可根据gc值查 表3得到；
hgs为gs对Hi的影响评分，gs为基于莫氏硬度考虑水的软化作用对介质/填充材料的 影响；hgs值可根据gs值查表3得到；
Hi是水对地层力学性能和水力相关特性影响的水力指标，考虑到GCD或湿度条件以 及由于水的存在而导致的柔软度(用莫氏硬度衡量)。Hi占I-TTGS评价体系百分制中的20分，表3定义了Hi的参数。
表3水力指标(Hi)：hgc和hgs
Figure BDA0002581281360000131
GCD岩土水力传导标示作为衡量地面水力传导性的标准。
所述类岩堆体结构尺度评价步骤，其参数为表征地层抗剪参数Pi和地层强度参数Si， Pi是根据土体质地、组构、形状、大小和体波速的函数定义的地面剪切特性的性质指数， Si是围压条件下地层强度行为的强度指标；Pi和Si的计算公式分别为公式四和公式五：
Pi＝[pcc+pdc+(pps×ppm)]×pbw (公式四)
公式四中，pcc为cc对Pi的影响评分，cc体现土体剪切特性的内聚性；pcc值可根据cc值查表4得到；
pdc为dc对Pi的影响评分，dc体现土体剪切特性的摩擦性；pdc值可根据dc值查表4得到；
pps为ps对Pi的影响评分，ps为基于颗粒大小的土壤颗粒尺寸的函数；pps值可根据ps值查表4得到；
ppm为pm对Pi的影响评分，pm为基于颗粒形态的土壤形态的函数；ppm值可根据 pm值查表4得到；
pbw为bw对Pi的影响评分，bw为体波速度；pbw值可根据bw值查表4得到；
Pi是根据土体质地、组构、形状、大小和体波速的函数定义的地面剪切特性的性质指数。Pi是I-TTGS综合适用性重要的组成部分，对类岩堆体介质的重要地质特性进行建模。Pi占百分制中的20分，表4定义了Pi的参数。
表4剪切性能指标(Pi)：pcc，pdc，pps，ppm，和pbw
Figure RE-GDA0002618509780000141
Vp 纵波(P波)波速(米/分)；
Vs 横波(S波)波速(米/分)。
Si＝scs×sse (公式五)
公式五中，sse为se对Si的影响评分，se为尺寸效应；sse值可根据se值查表5得到；
scs为cs对Si的影响评分，cs为地层单轴抗压强度；scs值可根据cs值查表5得到；
Si是围压条件下地层强度行为的强度指标。它是I-System中地层结构分类的一个重 要指标，因此不论介质类型如何，都要考虑地层和结构的重要影响参数来确定该指标。在 Si的定义中，重点考虑了地层的无侧限抗压强度、结构的规模效应和/或形状因子，以及结构布置位置/深度处的垂直和水平初始地应力的应力比。Si占百分制中的20分，表5定 义了Si的参数。
表5强度指标(Si)：scs和sse
Figure BDA0002581281360000151
B/H 地面结构形状/比例系数，表示斜坡或沟槽的宽度与高度之比；
cs 地层单轴抗压强度；
D/H 为地下洞口的宽度或水平跨度与洞口高度之比；
scs 与Si相关的cs得分；
se 尺寸效应；
sse 与Si相关的se得分；
UCS 单轴抗压强度；
σh 结构布置位置或深度处水平应力；
σv 结构布置位置或深度处垂直应力。
所述岩堆体结构开挖评价步骤，表征参数包括动力影响系数DFi、开挖技术影响系数 ETi。DFi体现动力对地面结构的影响，用地震影响函数来表示，影响DFi值的因素包括 地震动峰值加速度(PGASD)、地震危险区域(ERZ)、MSK地震烈度的函数。
其中PGASD＝f(PGA,GS,ρ,d) (公式六)
公式六中，PGASD＝MSF×PGAD，当震级比例因子≤1.8时，MSF＝6.9×exp[-M/4]-0.058，M是震级，PGAD为设计地震动峰值加速度，GS为剪切模量，ρ是地层单位质量， d是结构所处深度；建议将计算得到的PGASD，对照表6中PGASD的6个范围，选取正 确的DFi。PGASD是反映地震效应对结构影响的一个指标，即确定DFi的方法之一。然而， 如果使用ERZ或MSK，则应从项目区域可用的参考资料中选择基于这些标准之一的地震 分区，然后将表6用于选取相关的DFi。应当指出，ERZ按表6所示分为7类地震损害风 险区；EH(极高；MSK XI-XII)，VH(非常高；MSK IX-X)，H(高；MSK VII-VIII)，M(中 等；MSK V-VI)，L(低；MSK IV)，VL(非常低；III)和EL(极低；MSK I-II)。DFi的范围 是1.00-0.75，表6定义了DFi的参数。
表6动力影响(DFi)
Figure BDA0002581281360000161
ETi是开挖技术对地层结构的影响，代表开挖过程对结构的振动影响，影响ETi值的参数包括开挖技术(ET)、质点峰值振动速度(PPV)，根据ET或PPV值查表7可获取ETi值。如果选择PPV作为ETi的评分标准，则建议采用***振动测量仪进行测量；否则， ET类型是为ETi选取适当分数的标准。ETi的范围是1.00-0.50，表7定义了ETi的参数。
表7开挖技术影响(ETi)
Figure BDA0002581281360000162
I-TTGS评价模型总计算公式为：(I)＝(Ai+Ci+Hi+Pi+Si)×DFi×ETi (公式七)，根据公式七，将Ai、Ci、Hi、Pi、Si、DFi、ETi代入计算，即得到结果I，按百分比即可 输出评价类岩堆体围岩的质量。根据不同的I值百分数即可定量确定类岩堆体隧道围岩的 质量好坏(满分100分)，进而指导设计和施工。I-TTGS输出值范围在100-0之间，并将 地层结构划分为10个类：(I)-01到(I)-10，从最好到最差的级别。便于设计和施工全过程 进行统计及评估，形成报告，积累经验。
上述参数的确定及其在类岩堆体质量中的应用是简单和无混淆的。这使得判别方法在 选择输入数据时更加准确，从而产生可信的输出。如图4所示，Ai、Ci、Hi、Pi和Si的指 数分别在总分100分中占有20％的份额。DFi和ETi分别是范围在1-0.75和1-0.50之间影 响指数总和的因子。图4中Ai,Ci,Hi,Pi,Si反映了地层的固有特性，而ETi、DFi反映了开 挖扰动、地震扰动对地层的影响程度，对同一级别的围岩，在不同程度的扰动下，围岩的 稳定情况也不一样，故作为影响因子来修正岩体质量评分。
所述的类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其步骤如下：
S1：用户可先根据地质勘察报告提供的信息，对现场围岩进行分区；
S2：获取现场类岩堆体地层行为的表征地层骨架参数Ai；
S3：在步骤S1和S2基础上，获取现场的类岩堆体地层危害表征地层组构参数Ci；
S4：为现场确定类岩堆体支护的表征地层水力参数Hi；
S5：为现场确定类岩堆体结构尺度的表征地层抗剪参数Pi和地层强度参数Si；
S6：为现场确定类岩堆体结构开挖的表征参数动力影响系数DFi和开挖技术影响系数 ETi；
S7：将步骤S1～S6中的参数代入公式七(I)＝(Ai+Ci+Hi+Pi+Si)×DFi×ETi得到 I-TTGS评价模型计算结果I，用于指导现场安全施工。
实施例1：
云南建水(个旧)至元阳高速公路某类岩堆体隧道收裂隙岩体切割，含有多组结构面， 通过发明的类岩堆体隧道围岩可以分别确定其地层骨架参数Ai值为5.48；因是分层类岩 堆体围岩，其地层组构参数Ci为9.00；围岩含水率一般，连通性一般，可确定其水力系数Hi为12.00；类岩堆体围岩有一定粘聚力，抗剪性参数Pi为16.00；该段隧道围岩的硬 度尚可，其强度指标系数Si为12.6；采用光面***的方法开挖，其动力系数DFi为0.85； 开挖技术影响系数ETi为0.99.
基于I-TTGS评价指标量值公式七：
(I)＝(Ai+Ci+Hi+Pi+Si)×DFi×ETi计算可得：I-TTGS＝46.3％。属于质量中等类岩堆体围岩，其对应的围岩级别可判断为III级，支护结构可采用锚喷支护。技术措施上 可不必采用超前探测，但在设计上应注意楔形块体或随机块体的掉落可能。

Claims (9)

1.一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于，设计包括类岩堆体评价步骤和支护结构评价步骤，此两大步骤；
其中：
所述类岩堆体评价步骤设计包括：类岩堆体分区特征评价步骤(Talus-type GroundDivision，TGZTGD)、类岩堆体地层行为评价步骤(Talus-type Ground Behaviour，TGB)、类岩堆体地层危害评价步骤(Talus-type Ground Hazards，TGH)；
所述支护结构评价步骤设计包括：类岩堆体支护评价步骤(Support Systems，SS)、类岩堆体结构尺度评价步骤(Structural Dimension，SD)、类岩堆体结构开挖评价步骤(Excavation Verifications，EV)；
综合以上步骤确立类岩堆体围岩质量评价模型；
现场应用时，按百分比表征类岩堆体围岩的质量评价值，用于指导工程应用。
2.如权利要求1一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于：所述类岩堆体分区特征评价步骤，完成对围岩进行分区；
具体为，用户根据地质勘察报告提供的信息对围岩进行分区；并根据类岩堆体大试样试验结果的破坏模式或含水率估算将类岩堆体分为偏土类岩堆体和偏岩类岩堆体。
3.如权利要求1一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于：
所述类岩堆体地层行为评价步骤，其评价参数为表征地层骨架参数Ai；获取和表征地层骨架参数Ai值计算公式见公式一；Ai占I-TTGS评价体系百分制中的20分；Ai＝(adn+ads+adi)×ada×add×adp×adr (公式一)
公式一中：
adn为dn对Ai的影响因子得分，dn为基于1米扫描线(扫描线可以是水平、垂直或者倾斜)的结构面数量；adn值根据dn值查表1得到；
ads为ds对Ai的影响因子得分，ds为结构面组数；ads值可根据ds值查表1得到；
adi为di对Ai的影响因子得分，di为基于最不利结构面(相对于隧道走向而言)的倾角；adi值根据di值查表1得到；
ada为da对Ai的影响因子得分，da为基于开口结构面的张开程度；ada值根据da值查表1得到；
add为dd对Ai的影响因子得分，dd为基于风化和表面蚀变的结构面分解程度；add值根据dd值查表1得到；
adp为dp对Ai的影响因子得分，dp为结构面贯通性；adp值根据dp值查表1得到；
adf为df对Ai的影响因子得分，df为结构面摩擦程度；adf值根据df值查表1得到；
表1地层骨架指标(Ai)：adn、ads、adi、ada、add、adf和adp
Figure FDA0002581281350000021
4.如权利要求1一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于：
所述类岩堆体地层危害评价步骤，其参数为表征地层组构参数Ci，Ci是反映岩土体重要地质构造特征的地层组构指标；
获取表征地层组构参数Ci值：现场调查得到不良组构pc值(如破碎带、断层、褶皱、岩爆等)和结构形式sc值(如层状、密实结构、松散结构等)，给出Ci计算公式如下：
Ci＝cpc×csc (公式二)
公式二中，cpc为Ci中与pc有关的表示地层构造状态的影响因素，pc为不良组构；cpc值可根据pc值查表2得到；
csc为sc对Ci的影响作用得分，sc为结构形式；csc值可根据sc值查表2得到；
Ci占I-TTGS评价体系百分制中的20分；
表2地层组构指标(Ci)：cpc和csc
Figure FDA0002581281350000022
Figure FDA0002581281350000031
5.如权利要求1一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于：
所述类岩堆体支护评价步骤，其参数为表征地层水力参数Hi，Hi是水对地层力学性能和水力相关特性影响的水力指标；获取表征地层水力参数Hi，Hi计算公式如下：
Hi＝hgc×hgs (公式三)
公式三中，hgc为gc对Hi的影响评分，gc为岩土水力传导性；hgc值根据gc值查表3得到；
hgs为gs对Hi的影响评分，gs为基于莫氏硬度考虑水的软化作用对介质/填充材料的影响；hgs值可根据gs值查表3得到；
Hi占I-TTGS评价体系百分制中的20分；
表3水力指标(Hi)：hgc和hgs
Figure FDA0002581281350000041
GCD 岩土水力传导标示作为衡量地面水力传导性的标准。
6.如权利要求1一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于：所述类岩堆体结构尺度评价步骤，其参数为表征地层抗剪参数Pi和地层强度参数Si，Pi是根据土体质地、组构、形状、大小和体波速的函数定义的地面剪切特性的性质指数，Si是围压条件下地层强度行为的强度指标；Pi和Si的计算公式分别为公式四和公式五：
Pi＝[pcc+pdc+(pps×ppm)]×pbw (公式四)
公式四中，pcc为cc对Pi的影响评分，cc体现土体剪切特性的内聚性；pcc值根据cc值查表4得到；
pdc为dc对Pi的影响评分，dc体现土体剪切特性的摩擦性；pdc值根据dc值查表4得到；
pps为ps对Pi的影响评分，ps为基于颗粒大小的土壤颗粒尺寸的函数；pps值根据ps值查表4得到；
ppm为pm对Pi的影响评分，pm为基于颗粒形态的土壤形态的函数；ppm值根据pm值查表4得到；
pbw为bw对Pi的影响评分，bw为体波速度；pbw值可根据bw值查表4得到；
Pi是I-TTGS综合适用性重要的组成部分，对类岩堆体介质的重要地质特性进行建模；Pi占百分制中的20分，表4定义了Pi的参数；
表4剪切性能指标(Pi)：pcc，pdc，pps，ppm，和pbw
Figure FDA0002581281350000051
Figure FDA0002581281350000052
表4中：
Vp 纵波(P波)波速(米/分)；
Vs 横波(S波)波速(米/分)；
Si＝scs×sse (公式五)
公式五中，sse为se对Si的影响评分，se为尺寸效应；sse值根据se值查表5得到；
scs为cs对Si的影响评分，cs为地层单轴抗压强度；scs值根据cs值查表5得到；
Si是I-System中地层结构分类的一个重要指标，Si占百分制中的20分，表5定义了Si的参数；
表5强度指标(Si)：scs和sse
Figure FDA0002581281350000061
B/H 地面结构形状/比例系数，表示斜坡或沟槽的宽度与高度之比；
cs 地层单轴抗压强度；
D/H 为地下洞口的宽度或水平跨度与洞口高度之比；
scs 与Si相关的cs得分；
se 尺寸效应；
sse 与Si相关的se得分；
UCS 单轴抗压强度；
σh 结构布置位置或深度处水平应力；
σv 结构布置位置或深度处垂直应力。
7.如权利要求1一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于：
所述岩堆体结构开挖评价步骤，表征参数包括动力影响系数DFi、开挖技术影响系数ETi；
DFi体现动力对地面结构的影响，用地震影响函数来表示，影响DFi值的动力影响因素为地震动峰值加速度(PGASD)、地震危险区域(ERZ)或者MSK地震烈度的函数；
其中PGASD＝f(PGA,GS,ρ,d) (公式六)
公式六中，PGASD＝MSF×PGAD，当震级比例因子≤1.8时，MSF＝6.9×exp[-M/4]-0.058，M是震级，PGAD为设计地震动峰值加速度，GS为剪切模量，ρ是地层单位质量，d是结构所处深度；将计算得到的PGASD或[ERZ]或{MSK}，对照表6中PGASD的6个范围，选取DFi；表6定义了DFi的参数；
表6动力影响(DFi)
Figure FDA0002581281350000071
ETi是开挖技术对地层结构的影响，代表开挖过程对结构的振动影响，影响ETi值的参数包括开挖技术(ET)、质点峰值振动速度(PPV)，根据ET或PPV值查表7可获取ETi值；ETi的范围是1.00-0.50，表7定义了ETi的参数；
表7开挖技术影响(ETi)
Figure FDA0002581281350000072
8.如权利要求1一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于：
I-TTGS评价模型总计算公式为：(I)＝(Ai+Ci+Hi+Pi+Si)×DFi×ETi (公式七)，根据公式七，将Ai、Ci、Hi、Pi、Si、DFi、ETi代入计算，即得到结果I，按百分比即可输出评价类岩堆体围岩的质量；根据不同的I值百分数即可定量确定类岩堆体隧道围岩的质量好坏(满分100分)；I-TTGS输出值范围在100-0之间，并将地层结构划分为10个类：(I)-01到(I)-10，从最好到最差的级别。
9.如权利要求1一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法，其特征在于：
实施评价步骤如下：
S1：用户可先根据地质勘察报告提供的信息，对现场围岩进行分区；
S2：获取现场类岩堆体地层行为的表征地层骨架参数Ai；
S3：在步骤S1和S2基础上，获取现场的类岩堆体地层危害表征地层组构参数Ci；
S4：为现场确定类岩堆体支护的表征地层水力参数Hi；
S5：为现场确定类岩堆体结构尺度的表征地层抗剪参数Pi和地层强度参数Si；
S6：为现场确定类岩堆体结构开挖的表征参数动力影响系数DFi和开挖技术影响系数ETi；
S7：将步骤S1～S6中的参数代入公式七(I)＝(Ai+Ci+Hi+Pi+Si)×DFi×ETi得到I-TTGS评价模型计算结果I，用于指导现场安全施工。
CN202010668175.5A 2020-07-13 2020-07-13 一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法 Active CN111783214B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010668175.5A CN111783214B (zh) 2020-07-13 2020-07-13 一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010668175.5A CN111783214B (zh) 2020-07-13 2020-07-13 一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111783214A true CN111783214A (zh) 2020-10-16
CN111783214B CN111783214B (zh) 2023-09-22

Family

ID=72767487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010668175.5A Active CN111783214B (zh) 2020-07-13 2020-07-13 一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111783214B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101538861A (zh) * 2009-04-21 2009-09-23 中国科学院武汉岩土力学研究所 公路边坡稳定性分级评估方法
CN103244101A (zh) * 2013-04-27 2013-08-14 中国矿业大学 随钻进的岩层质量评价方法
JP2018205062A (ja) * 2017-06-01 2018-12-27 鹿島建設株式会社 評価方法及び評価システム
WO2019042483A2 (zh) * 2017-08-30 2019-03-07 中铁工程装备集团有限公司 一种tbm在掘岩体状态实时感知***和方法
CN110346213A (zh) * 2019-08-07 2019-10-18 安徽建筑大学 一种隧道下穿采空区围岩稳定性评价方法
WO2020125668A1 (zh) * 2018-12-18 2020-06-25 中国铁建重工集团股份有限公司 一种应用随钻参数来自动识别围岩级别的方法和***

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101538861A (zh) * 2009-04-21 2009-09-23 中国科学院武汉岩土力学研究所 公路边坡稳定性分级评估方法
CN103244101A (zh) * 2013-04-27 2013-08-14 中国矿业大学 随钻进的岩层质量评价方法
JP2018205062A (ja) * 2017-06-01 2018-12-27 鹿島建設株式会社 評価方法及び評価システム
WO2019042483A2 (zh) * 2017-08-30 2019-03-07 中铁工程装备集团有限公司 一种tbm在掘岩体状态实时感知***和方法
WO2020125668A1 (zh) * 2018-12-18 2020-06-25 中国铁建重工集团股份有限公司 一种应用随钻参数来自动识别围岩级别的方法和***
CN110346213A (zh) * 2019-08-07 2019-10-18 安徽建筑大学 一种隧道下穿采空区围岩稳定性评价方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WANG BO ET AL.,: "Discussion on the application of yielding supporting technology for large deformation of soft rock tunnel", 《 JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT》, vol. 9, no. 3, pages 69 - 77 *
朱正国等: "公路隧道围岩地质条件评价方法及其富溪隧道应用研究", 工程地质学报, no. 06, pages 789 - 795 *
梁军平等: "岩溶地区隧道施工对水环境影响评价指标体系的建立", 《环境工程》, vol. 35, no. 04, pages 129 - 133 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111783214B (zh) 2023-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Barton Some new Q-value correlations to assist in site characterisation and tunnel design
Ramamurthy A geo-engineering classification for rocks and rock masses
Wu et al. Experimental study of dynamic mechanical response and energy dissipation of rock having a circular opening under impact loading
Zhou et al. Study of the fracture behavior of mode I and mixed mode I/II cracks in tunnel under impact loads
Chen et al. Numerical study on spalling failure of rock surrounding deep buried tunnel based on DEM
Rahimi et al. A comprehensive underground excavation design (CUED) methodology for geotechnical engineering design of deep underground mining and tunneling
Bahrani et al. Influence of degree of interlock on confined strength of jointed hard rock masses
Liu et al. Size dependences of the mechanical behaviors of basalt rock blocks with hidden joints analyzed using a hybrid DFN–FDEM model
Han et al. A new predictive method for the shear strength of interlayer shear weakness zone at field scales
Coşar Application of rock mass classification systems for future support design of the Dim Tunnel near Alanya
Wang et al. Study on the creep properties and crack propagation behavior of single-fissure sandstone based on the damage bond model
Liu et al. Experimental and numerical investigation on failure characteristics and mechanism of coal with different water contents
Narimani et al. Simple and non-linear regression techniques used in sandy-clayey soils to predict the pressuremeter modulus and limit pressure: A case study of Tabriz subway
Mazraehli et al. An application of uncertainty analysis to rock mass properties characterization at porphyry copper mines
CN111798155B (zh) 一种类岩堆体隧道围岩质量评价和监测开挖管理***
Ma et al. Real-time estimating method on rock strength via MWD of roofbolter and its application to in-situ grouting quality evaluation
Cheng et al. Micro-cracking morphology and dynamic fracturing mechanism of natural brittle sandstone containing layer structure under compression
CN111783214A (zh) 一种类岩堆体隧道围岩质量评价方法
Baczynski Hoek–Brown rock mass: Adjusting geological strength index for Directional Strength
Wang et al. Numerical modeling of cracking behaviors for the rock-inclusion composite under dynamic tensile loading
Özsan et al. Preliminary support design for Ankara subway extension tunnel
Menéndez et al. Rock mass classification schemes in volcanic rocks
Chen et al. Effects of normal stress and joint inclination angle on rock failure characteristics under compression–shear conditions
Munir Development of correlation between rock classification system and modulus of deformation
Price Implications of groundwater behaviour on the geomechanics of rock slope stability

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant