水利水电地下洞室围岩分类论文
摘要:地下洞室围岩分类是评价地下洞室围岩稳定性的基础,也是地下工程规划选点、可行性评估、加固设计、工程造价、定额预算及工程施工的重要依据。本文介绍了我国水利水电地下洞室围岩分类的常用方法、分类目的、分类特点,以及水利水电地下洞室围岩分类存在的主要问题及发展方向。
关键词:岩石学;围岩分类;岩体质量类别
0、引言
地下洞室围岩分类是评价地下洞室围岩稳定性的基础,也是地下工程规划选点、可行性评估、加固设计、工程造价、定额预算及工程施工的重要依据。这种分类是以工程地质条件为基础与岩石力学建立了一定关系并同支护设计相结合的一种分类,它既能客观反映各类围岩的稳定性差别,又能满足支护设计的要求。它考虑了围岩二次应力场的变化,但一般没有包含工程因素、施工因素的影响。
1、地下洞石围岩分类目的及特点
1.1 地下洞石围岩分类目的 地下洞室围岩分类的主要目的是对地下洞室围岩稳定性进行分级,另外还有一些目的:①地下洞室规划选点、可行性评估;②地下洞室岩土体加固设计;③地下洞室工程造价定额预算;④地下洞室工程施工。当然不同的分类目的,要求的分类精度不同,采用的分类方法也不同。为规划选点、可行性评估服务的围岩分类,要求工作范围大,因此分类方案比较粗糙。为设计、定额预算服务的围岩分类,应能反映岩体的基本特征、开挖后的稳定性、围岩与支护系统的相互作用等,因而应比较细致。为施工服务的围岩分类则要考虑开挖的难易程度,具体的支护方案,因此要求分类方案更加细致、准确。可见,一种符合客观实际、正确的围岩分类是对岩体基本特性的客观反映和正确认识的结果,也是进行隧洞设计、施工的重要依据。[1]
1.2 地下洞石围岩分类特点 水电工程围岩分类体系有以下两个特点:①采用因素综合判别法,力求选取的分类因素信息量大,能包括主要工程地质问题;②每一个工程都会针对该工程的具体工程地质条件制定一套专用于该工程的岩体质量分类方法。
2、地下洞石围岩分类的方法
2.1 水电围岩分类HC法 HC法以岩石强度、岩体完整程度及结构面状态为基本因素,以地下水及主要结构面产状为修正因素,以基本因素和修正因素的累计得分为基本判据、以围岩强度应力比为限定判据进行围岩类别划分。该方法在考虑高地应力对围岩类别的影响时,简单地采取降级的处理方法,影响围岩分类的精度。如某深埋隧洞围岩分类结果表明,HC分类在高地应力、硬质岩地区的分类结果与实际围岩类别的吻合率只有32%,适用性差。该方法没有考虑高外水压力对围岩类别的影响。因此,HC法在应用到深埋隧洞围岩分类时尚需修正。[2]
2.2 国标BQ方法 BQ法采用定量分析的时候,主要考虑岩石的强度和岩体的结构特征两个方面,而对于岩体所处的地应力环境,地下水状态以及结构面的方位等只是作为定量结果的一种修正,就是说,这种方法认为这三个方面对围岩稳定性的影响是次要的,但在高地应力、高外水压力条件下显然不对。某深埋隧洞围岩分类结果表明,BQ法在高地应力、硬质岩地区的分类结果与实际围岩类别的吻合率只有25%,适用性差。该方法也没有考虑高外水压力对围岩类别的影响。因此,BQ法在应用到深埋隧洞围岩分类时也尚需修正。[3]
2.3 RMR分类 RMR分类,即“岩体评分”,又称地质力学系统,是1973年由比尼奥斯基提出的,早期主要用于隧洞等地下洞室围岩分类,目前也逐渐广泛地运用于边坡、坝基等工程的岩体分类,在国内、外有广泛的应用。RMR分类通过岩石的单轴抗压强度、岩石质量指标、结构面间距、结构面状况、地下水状况、结构面方位等对岩体质量进行评分,最终把岩体质量分为五级,即I极好岩体;II好岩体;Ⅲ一般岩体;Ⅳ不良岩体;V极不良岩体。RMR分类方法的缺点是没有考虑高地应力、高外水压力对围岩类别的影响。
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
3.1 地下洞室围岩分类存在的主要问题 目前,水利水电地下洞室围岩分类存在的主要问题分述如下。①没有直接考虑洞室几何形状、洞室跨度,这些因素是影响围岩应力分布的重要因素,因而也是围岩分类的主要参数。围岩分类中要考虑这些因素,还有赖于洞室围岩应力计算方法的改进,特别是对节理切割的围岩应力计算方法的改进。②没有直接考虑结构面的`组合,虽然考虑了最不利于稳定的结构面状况,但结构面的组合显然比某单一结构面对围岩稳定的影响大。通过引入块体分析方法考虑结构面的组合关系,提高围岩分类的可靠度,是未来发展的方向。③目前的围岩分类多是在一维、二维内进行的,很少能扩展到三维空间。实现三维空间的围岩分类还受到CAD技术发展的制约,现有CAD软件绘制的立体展示图不够直观,开发专用的展示隧道结构面组合关系的三维CAD绘图软件,将使围岩分类变得更加准确、直观。[4]
3.2 地下洞室围岩分类的发展方向 地下洞室围岩分类将向以下方向发展:①建立岩爆烈度与围岩类别的关系,确定高地应力、高外水压力对围岩类别的影响判别指标,是目前水电围岩分类急需解决的问题;②采用多因素综合指标分类,考虑更多的影响围岩稳定性的主要因素,定量与定性描述相结合,定量描述的比重越来越大;③许多新理论、新方法、将在围岩分类中得到更广泛的应用和发展;④运用现代CAD绘图技术实现地下洞室结构面三维仿真,将使围岩分类变得更为直观、形象。需要说明的是,上述目标的实现,需要更多的工程实例予以支持、验证。
参考文献:
[1]王兰生.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,2008:383-428.
[2]刘汉超.常用围岩分类方法在某深埋隧洞适用性分析[J].中国地质灾害与防治学报,2006(2):20-22.
[3]王明华.水利水电地下洞室围岩分类研究[R].成都:成都理工大学工程地质研究所,2007:50-60.
[4]张倬元.西南某水电站坝肩岩体质量分级方法选取探讨[J].成都理工学院学报,2008,26(1):82-85.
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