CN116359013A - 基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法 - Google Patents

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CN116359013A CN202310344591.3A CN202310344591A CN116359013A CN 116359013 A CN116359013 A CN 116359013A CN 202310344591 A CN202310344591 A CN 202310344591A CN 116359013 A CN116359013 A CN 116359013A
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黄书岭
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张练
付敬
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Abstract

本发明公开了一种基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，包括如下步骤：在现场钻孔岩心取样，获得室内岩块样品，对室内岩块样品分别进行压缩试验，获得室内岩块力学参数试验值，将室内岩块力学参数试验值作为岩体力学参数的上限值或下限值；根据国家标准和相关规范找出岩体力学参数的建议值；根据经验型准则公式获得岩体力学参数的估计值；构成多数据源的待研究隧洞段岩体力学参数的取值范围；缩减力学参数取值区间；依据类似工程案例确定力学参数的最终值。本发明依据室内岩石力学试验成果以及现场勘察中获得的岩性、岩体结构、地下水等地质信息，缩减待研究隧洞段岩体力学参数取值范围，将力学参数取值分析在更小的范围内进行。

Description

基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法
技术领域
本发明涉及岩体力学技术领域，具体地指一种基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法。
背景技术
岩体力学参数是隧洞工程围岩稳定评价和支护设计的基础性资料。现场岩石力学试验能够客观反映工程岩体的实际赋存条件，是最直接且应用广泛的岩体力学参数确定方法。
然而，实际工程中经常存在设备进出场困难和作业空间受限等客观不利条件，使现场岩石力学试验的开展面临较多困难，无法进行现场力学试验，进而无法确定岩体力学参数。
现有技术中，在无法进行现场力学试验时，可以根据工程地质评价给出的围岩分类，参考相关规范的建议取值范围确定岩体力学参数，也可以根据《岩石力学参数手册》和《工程地质手册》等数据资料，采用工程类比的思路进行取值。近年来，随着数值方法和计算技术的发展，采用反演分析获得围岩力学参数的方法应用越来越多，获得的参数不仅体现了施工过程的影响，而且可以校正勘察设计阶段的力学参数取值。
但是对于参考规范和参数手册的取值方法，参数取值的合理性有赖于操作者的经验判断，人为因素大；对于反馈分析方法，则需要获得实测变形数据，无法在勘察设计阶段使用。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提出一种基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，针对缺乏现场岩石力学试验导致围岩力学参数取值困难的问题，依据室内岩石力学试验成果以及现场勘察中获得的岩性、岩体结构、地下水等地质信息，缩减待研究隧洞段岩体力学参数取值范围，将力学参数取值分析在更小的范围内进行，提出待研究隧洞段岩体力学参数的最终值，为隧洞工程的选线优化、支护设计方案论证和围岩稳定评价提供基本依据和技术支撑。
为达到上述目的，本发明所设计的一种基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
步骤一，确定待研究隧洞段岩体位置，在现场钻孔岩心取样，获得室内岩块样品，室内岩块样品的岩性与待研究隧洞段岩体的岩性相同或相近，室内岩块样品的岩体结构与待研究隧洞段岩体结构相同或相近，室内岩块样品的埋藏深度与待研究隧洞段岩体的埋藏深度相接近；对室内岩块样品分别进行单轴压缩试验和三轴压缩试验，获得室内岩块力学参数试验值，若室内岩块样品为硬质岩，则将室内岩块力学参数试验值作为待研究隧洞段岩体力学参数的上限值；若室内岩块样品为软质岩，则将室内岩块力学参数试验值作为待研究隧洞段岩体力学参数的下限值；
确定待研究隧洞段岩体的质量级别，根据国家标准和相关规范针对不同质量级别岩体建议的岩体力学参数取值区间，找出待研究隧洞段岩体力学参数的建议值；
确定待研究隧洞段岩体的岩性、岩体结构和隧洞的爆破程度，根据经验型准则公式，获得待研究隧洞段岩体力学参数的估计值；
所述待研究隧洞段岩体力学参数的上限值或下限值、建议值、以及估计值构成多数据源的待研究隧洞段岩体力学参数的取值范围；
步骤二，针对多数据源的待研究隧洞段岩体力学参数取值范围，制定多组力学参数取值方案，对每组力学参数取值方案进行围岩稳定性分析，并比较在不同力学参数条件下围岩稳定性的变化趋势，将围岩稳定性变化较大区间作为敏感性较强的力学参数取值区间，将围岩稳定性变化较小区间作为敏感性较弱的力学参数取值区间，保留敏感性较强的力学参数取值区间，去除敏感性较弱的力学参数取值区间；
步骤三，找出与待研究隧洞工程相类似的工程案例，依据类似工程案例的现场岩体力学试验成果，在敏感性较强的力学参数取值区间内，确定待研究隧洞段岩体力学参数的最终值。
进一步地，所述力学参数包括通过单轴压缩试验获得的抗压强度、弹性模量和泊松比，还包括通过三轴压缩试验获得的抗剪强度、凝聚力和摩擦角。
更进一步地，步骤一中，所述经验型准则为Hoek-Brown经验型准则，所述Hoek-Brown经验型准则公式为
Figure BDA0004159174590000031
Figure BDA0004159174590000032
Figure BDA0004159174590000033
式中，
mi表示岩性材质指标，可采用室内岩石试验数据计算获得，或按照不同成岩类型及其岩性分类试验成果推荐的经验统计取值，
GSI表示地质强度指标，
D表示扰动因子，
mb表示岩体材质指标，
s表示岩体破碎程度，
a表示修正系数。
更进一步地，步骤一中，所述待研究隧洞段岩体力学参数的估计值为
Figure BDA0004159174590000041
Figure BDA0004159174590000042
Figure BDA0004159174590000043
式中，
GSI表示地质强度指标，
Rc表示岩石的单轴抗压强度，
D表示扰动因子，
Em表示岩体变形模量，
mb表示岩体材质指标，
a表示修正系数，
s表示岩体破碎程度，
σ3n表示考虑围压条件对等效强度参数的影响参数，
φ’表示等效内摩擦角，
σci表示完整岩石的抗压强度。
进一步地，步骤一中，所述国家标准包括工程岩体分级标准GB/T50218，所述相关规范包括水利水电工程地质勘查规范GB50487、岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范GB50086、公路隧道设计细则JTG/T D70、以及铁路隧道设计规范TB10003。
更进一步地，步骤一中，找出待研究隧洞段岩体力学参数的建议值还可以基于现场力学试验统计数据。
进一步地，步骤二中，所述多组力学参数取值方案的制定方法为：在待研究隧洞段岩体力学参数取值范围内，将力学参数值按照由小到大、或由大到小的等差序列进行排序，每组等差序列的力学参数值作为一种力学参数取值方案。
更进一步地，步骤二中，所述围岩稳定性分析包括洞周塑性区深度值分析和洞周围岩变形值分析，比较不同力学参数条件下洞周塑性区深度值和洞周围岩变形值的变化趋势，将洞周塑性区深度值和洞周围岩变形值的变化较大区间作为敏感性较强的力学参数取值区间，将洞周塑性区深度值和洞周围岩变形值的变化较小区间作为敏感性较弱的力学参数取值区间。
更进一步地，步骤二中，分别在隧洞围岩的顶拱部位、边墙部位、以及底板部位对每组力学参数取值方案进行围岩稳定性分析。
本发明的优点在于：
1、本发明根据室内和现场岩石力学试验条件的差异，合理地确定室内岩石力学试验成果的应用条件和使用方法，建立岩石和岩体力学参数的初步联系，提出室内岩石力学试验成果的3项选用原则：
(1)岩性相近原则：在现场钻孔岩心取样时，选用与待研究隧洞段岩体的岩性相同或相近的岩石进行室内岩石力学试验，岩性是构成岩体的物质基础，也是决定岩石力学参数差异的核心因素；
(2)岩体结构相近原则：在现场钻孔岩心取样时，选用与待研究隧洞段岩体的岩体结构相同或相近的岩石进行室内岩石力学试验，
(3)埋深相近原则：在现场钻孔岩心取样时，选用与待研究隧洞段岩体的埋藏深度相近区域的岩石进行室内岩石力学试验，埋藏深度相近不仅保证应力水平大致相当，而且保证具有类似的卸荷风化程度；
2、本发明在满足了相近的岩性、岩体结构和埋深条件的基础上，考虑到室内获得的岩石力学参数与表征现场围岩特性的岩体力学参数仍存在的差异，立足实际情况确定室内获得的岩石与待研究隧洞段岩体力学参数的相互关系：对于硬质岩，取样的完整性较好，其室内岩石力学参数试验值一般高于待研究隧洞段岩体力学参数，可作为岩体力学参数取值的上限值；对于软质岩，取样已被显著扰动，其室内岩石力学参数试验值一般低于待研究隧洞段岩体力学参数，可作为岩体力学参数取值的下限值；
3、本发明依据规范建议和现场试验统计，提出基于质量分级的岩体力学参数的建议值，并结合基于经验型准则的岩体力学参数的估计值，形成多数据源的待研究隧洞段岩体力学参数的取值范围；
4、本发明根据岩体力学参数取值范围，制定多组力学参数取值方案，采用数值分析方法，对每组力学参数取值方案进行敏感性分析，获取不同围岩力学参数取值条件下的洞周塑性区深度和洞周围岩变形的量化规律，缩减围岩力学参数的取值范围，提高参数取值的效率；
本发明基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，针对缺乏现场岩石力学试验导致围岩力学参数取值困难的问题，依据室内岩石力学试验成果以及现场勘察中获得的岩性、岩体结构、地下水等地质信息，缩减待研究隧洞段岩体力学参数取值范围，将力学参数取值分析在更小的范围内进行，提出待研究隧洞段岩体力学参数的最终值，为隧洞工程的选线优化、支护设计方案论证和围岩稳定评价提供基本依据和技术支撑。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为不同围岩力学参数取值条件下的洞周塑性区深度对比柱状图；
图3为不同围岩力学参数取值条件下的洞周围岩变形对比柱状图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
以拉洛水利枢纽德罗引水隧洞为例，对本发明进行说明。
拉洛水利枢纽德罗引水隧洞，其基岩为：侏罗系下统日当组(J1r)：黑色页岩、灰色钙质页岩为主，局部含灰色细砂岩、硅质、泥质条带、燧石结核和灰岩团块，主要分布在出洞口一带；侏罗系中-上统遮拉组(J2-3Z)：主要为深灰色、灰色砂岩与页岩互层，局部夹玄武岩及安山岩，含硅质结核和泥质、炭质结核等，是隧洞所经过的主要地层。
隧洞折线方案的洞段最大埋藏深度为213m，计算最大水平地应力为9.1MPa，最大水平主应力方向与洞轴线夹角约56°。
按照RQD(Rock Quality Designation，岩石质量指标)的划分标准，围岩质量级别为I级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级、Ⅵ级。该拉洛水利枢纽德罗引水隧洞IV1类围岩洞段长2292m，占30.41％，IV2类围岩洞段长3655m，占48.50％；V类围岩洞段长1589.16m，占21.09％。
如图1所示，本发明基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，包括如下步骤：
步骤一，首先确定待研究隧洞段岩体位置，在现场钻孔岩心取样，获得室内岩块样品，室内岩块样品的岩性与待研究隧洞段岩体的岩性相同或相近，室内岩块样品的岩体结构与待研究隧洞段岩体结构相同或相近，室内岩块样品的埋藏深度与待研究隧洞段岩体的埋藏深度相接近；对室内岩块样品分别进行单轴压缩试验和三轴压缩试验，获得室内岩块力学参数试验值，若室内岩块样品为硬质岩，则将室内岩块力学参数试验值作为待研究隧洞段岩体力学参数的上限值；若室内岩块样品为软质岩，则将室内岩块力学参数试验值作为待研究隧洞段岩体力学参数的下限值。
所述力学参数包括通过单轴压缩试验获得的抗压强度、弹性模量和泊松比，还包括通过三轴压缩试验获得的抗剪强度、凝聚力和摩擦角。
本发明根据室内和现场岩石力学试验条件的差异，合理地确定室内岩石力学试验成果的应用条件和使用方法，建立岩石和岩体力学参数的初步联系，提出室内岩石力学试验成果的3项选用原则：
(1)岩性相近原则：在现场钻孔岩心取样时，选用与待研究隧洞段岩体的岩性相同或相近的岩石进行室内岩石力学试验，岩性是构成岩体的物质基础，也是决定岩石力学参数差异的核心因素；
(2)岩体结构相近原则：在现场钻孔岩心取样时，选用与待研究隧洞段岩体的岩体结构相同或相近的岩石进行室内岩石力学试验，
(3)埋深相近原则：在现场钻孔岩心取样时，选用与待研究隧洞段岩体的埋藏深度相近区域的岩石进行室内岩石力学试验，埋藏深度相近不仅保证应力水平大致相当，而且保证具有类似的卸荷风化程度。
受前期勘测条件等多方面原因所限，德罗隧洞工程区域仅进行了钻孔取芯及相应的室内岩石力学试验工作，未在隧洞工程现场开展原位力学试验，这使得围岩力学参数取值缺少来自现场的直接依据。
根据室内岩石力学试验成果，在页岩J2Z地层中，共有三个取样点，分别为DL09、DL6和ZKK20，下表1给出了DL09、DL6和ZKK20取样点的室内岩石单轴压缩试验结果。
表1室内岩石单轴压缩试验结果
Figure BDA0004159174590000081
Figure BDA0004159174590000091
从上表1可以看出，钻孔岩样的取样深度越大，测得单轴抗压强度和变形模量在总体上表现出增加趋势。根据室内岩石力学试验成果的选用原则，以岩性和埋深相近为依据，选取DL09钻孔取样埋深最接近隧洞埋深的120m区间，进一步分析相关的强度参数试验成果，如下表2所示，下表2给出了DL09取样点的室内岩石三轴压缩试验结果。
表2室内岩石三轴压缩试验结果(DL09钻孔)
Figure BDA0004159174590000092
表2为DL09钻孔在120.4m～123.3m取样深度的室内岩石三轴试验成果。从室内试验的岩样来看，其完整性较好，因此室内试验获得的力学参数值，可作为岩体力学参数的上限值，即：把室内岩石力学试验获得的变形模量4.34GPa、粘聚力1.40MPa和内摩擦角51°(内摩擦系数1.24)作为岩体力学参数的上限值。
本发明在满足了相近的岩性、岩体结构和埋深条件的基础上，考虑到室内获得的岩石力学参数与表征现场围岩特性的岩体力学参数仍存在的差异，立足实际情况确定室内获得的岩石与待研究隧洞段岩体力学参数的相互关系：对于硬质岩，取样的完整性较好，其室内岩石力学参数试验值一般高于待研究隧洞段岩体力学参数，可作为岩体力学参数取值的上限值；对于软质岩，取样已被显著扰动，其室内岩石力学参数试验值一般低于待研究隧洞段岩体力学参数，可作为岩体力学参数取值的下限值。
其次，确定待研究隧洞段岩体的质量级别，根据国家标准和相关规范针对不同质量级别岩体建议的岩体力学参数取值区间，找出待研究隧洞段岩体力学参数的建议值。
具体地，所述国家标准包括工程岩体分级标准GB/T50218，所述相关规范包括水利水电工程地质勘查规范GB50487、岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范GB50086、公路隧道设计细则JTG/TD70、以及铁路隧道设计规范TB10003等。
下表3为相关规范建议的岩体力学参数取值区间。
表3相关规范建议的岩体力学参数取值区间
Figure BDA0004159174590000101
下表4为公路隧道设计细则建议的岩体力学参数取值区间。
表4公路隧道设计细则(JTG/TD70)力学参数建议值
Figure BDA0004159174590000102
Figure BDA0004159174590000111
下表5为铁路隧道设计规范建议的岩体力学参数取值区间。
表5铁路隧道设计规范(TB 10003)力学参数建议值
Figure BDA0004159174590000112
具体地，找出待研究隧洞段岩体力学参数的建议值还可以基于现场力学试验统计数据。
下表6为现场力学试验统计数据建议的岩体力学参数取值区间。
表6基于现场力学试验统计数据的力学参数建议值
围岩级别 内摩擦角(°) 粘聚力C(MPa) 变形模量(GPa)
I >55 >2.0 >20
II 55～50 2.0～1.5 20～10
III 50～42 1.5～0.7 10～5
IV 42～30 0.7～0.3 5～1.5
V <30 <0.3 <1.5
根据工程地质资料，对于侏罗系中-上统遮拉组(J2-3Z)，弱风化带为V类围岩、微新地层为IV1和IV2类围岩。因室内力学试验岩样均取自弱风化地层，故此处考虑V类围岩的力学参数取值问题。
根据上表3～6，综合相关规范建议取值范围和已有现场力学试验统计数据，对V类围岩的力学参数取值的建议值为：变形模量0.2～2GPa，粘聚力0.05～0.30MPa，内摩擦系数0.36～0.55。
最后，确定待研究隧洞段岩体的岩性、岩体结构和隧洞的爆破程度，根据经验型准则公式，获得待研究隧洞段岩体力学参数的估计值。
所述经验型准则为Hoek-Brown经验型准则，所述Hoek-Brown经验型准则公式为
Figure BDA0004159174590000121
Figure BDA0004159174590000122
Figure BDA0004159174590000123
式中
mi表示岩性材质指标，可采用室内岩石试验数据计算获得，或按照不同成岩类型及其岩性分类试验成果推荐的经验统计取值，
GSI表示地质强度指标，
D表示扰动因子，
mb表示岩体材质指标，
s表示岩体破碎程度，
a表示修正系数。
所述待研究隧洞段岩体力学参数的估计值为
Figure BDA0004159174590000124
Figure BDA0004159174590000125
Figure BDA0004159174590000131
式中，
GSI表示地质强度指标，
Rc表示岩石的单轴抗压强度，
D表示扰动因子，
Em表示岩体变形模量，
mb表示岩体材质指标，
a表示修正系数，
s表示岩体破碎程度，
σ3n表示考虑围压条件对等效强度参数的影响参数，
φ’表示等效内摩擦角，
σci表示完整岩石的抗压强度。
根据文献资料，页岩的mi参数可取为4～8，根据埋深相近原则，取岩石的单轴抗压强度为15.1MPa，根据地质资料和钻孔信息，取GSI为50，对于钻爆法开挖隧洞，取D为0.5。将上述指标代入公式1～6，可得到岩体力学参数取值范围的估计值为：变形模量2.91GPa，粘聚力0.34～0.43MPa，内摩擦系数0.40～0.52。
所述待研究隧洞段岩体力学参数的上限值或下限值、建议值、以及估计值构成多数据源的待研究隧洞段岩体力学参数的取值范围。
将上述对待研究隧洞段岩体力学参数的建议值和估算值列入下表7。
表7多数据源获得的岩体力学参数的取值范围
Figure BDA0004159174590000132
从上表7可以看出，不同方法给出的变形模量参数取值范围基本接近，但室内岩石力学试验获得的粘聚力和内摩擦系数取值显著高于其他方法获得的力学参数取值。
步骤二，针对多数据源的待研究隧洞段岩体力学参数取值范围，制定多组力学参数取值方案，对每组力学参数取值方案进行围岩稳定性分析，具体地，分别在隧洞围岩的顶拱部位、边墙部位、以及底板部位对每组力学参数取值方案进行围岩稳定性分析；并比较在不同力学参数条件下围岩稳定性的变化趋势，将围岩稳定性变化较大区间作为敏感性较强的力学参数取值区间，将围岩稳定性变化较小区间作为敏感性较弱的力学参数取值区间，保留敏感性较强的力学参数取值区间，去除敏感性较弱的力学参数取值区间。
具体地，所述多组力学参数取值方案的制定方法为：在待研究隧洞段岩体力学参数取值范围内，将力学参数值按照由小到大、或由大到小的等差序列进行排序，每组等差序列的力学参数值作为一种力学参数取值方案。
所述围岩稳定性分析包括洞周塑性区深度值分析和洞周围岩变形值分析，比较不同力学参数条件下洞周塑性区深度值和洞周围岩变形值的变化趋势，将洞周塑性区深度值和洞周围岩变形值的变化较大区间作为敏感性较强的力学参数取值区间，将洞周塑性区深度值和洞周围岩变形值的变化较小区间作为敏感性较弱的力学参数取值区间。
所述洞周塑性区深度值越大，则围岩稳定性越差；所述洞周围岩变形值越大，则围岩稳定性越差。
本实施例中，根据岩体力学参数的取值范围，制定A、B、C、D、E五组用于数值分析的力学参数取值方案，其中变形模量采用不同方法估算结果的均值取整思路确定，见下表8。
表8用于数值分析的多组力学参数取值方案
Figure BDA0004159174590000141
Figure BDA0004159174590000151
本实施例中，对五组力学参数取值方案进行围岩稳定性分析，如图2所示，给出了不同围岩力学参数取值条件下的洞周塑性区深度对比柱状图。从图2可以看出，在围岩力学参数取值方案A条件下，洞周围岩的塑性区深度达4.7m～8.8m，显著大于隧洞尺寸和锚杆支护长度，围岩稳定性很差。不同围岩力学参数取值方案条件下，随着粘聚力和内摩擦角参数的逐渐提高，围岩塑性区深度逐渐减小。各种围岩力学参数取值方案条件下，均是底板的塑性区深度最大，边墙部位的塑性区深度次之，顶拱部位的塑性区深度最小。
如图3所示，给出了不同围岩力学参数取值条件下的洞周围岩变形对比柱状图。从图3可以看出，在围岩力学参数取值方案A条件下，洞周围岩变形量值很大，拱顶部位围岩变形为30.1mm，边墙中部围岩变形为62.7mm，底板中部围岩变形为96.1mm。不同围岩力学参数取值方案条件下，随着粘聚力和内摩擦角参数的逐渐提高，围岩变形量值逐渐减小。总体而言，顶拱部位的围岩变形量值相对较小，边墙和底板部位的围岩变形量值相对较大。
五组不同围岩力学参数取值方案的计算结果对比表明，当变形参数(变形模量和泊松比)相同时，强度参数(粘聚力和内摩擦角)对围岩稳定性具有显著影响。具体而言：
(1)在取值方案A、B条件下，围岩塑性区和变形均显著大于其他取值方案，且从取值方案B到A，塑性区和围岩变形均有显著增长。这表明此区间内的力学参数敏感性强，对围岩稳定性的影响程度显著。因此是需要重点关注的参数取值区间。
(2)在取值方案C、D、E条件下，围岩塑性区和变形均较小，围岩稳定性差异不大，这表明此区间内的力学参数敏感性不强，则可将取值方案C作为这3个方案的代表方案，即舍去参数取值相对较高的D、E方案。这样处理的实质，是在不显著改变围岩稳定评价结论的前提下，除去力学取值范围内的中高值参数，实现围岩力学参数取值范围的缩减，从而使力学参数取值分析在更小的区间内进行，以提高取值效率。
步骤三，找出与待研究隧洞工程相类似的工程案例，依据类似工程案例的现场岩体力学试验成果，在敏感性较强的力学参数取值区间内，确定待研究隧洞段岩体力学参数的最终值。
本实施例中，根据德罗隧洞的岩性特征和岩体结构条件，搜集开展了现场岩体力学试验的类似工程案例，详见下表9。
表9类似工程案例的现场力学试验值
Figure BDA0004159174590000161
从上表9可以看出，页岩的岩体力学参数与加载方向和地层风化程度等因素均相关，相比于上表8，用于力学参数敏感性分析的取值方案A和B更加接近类似工程案例的现场岩体力学试验参数值。
由此，提出本工程隧洞围岩的力学参数的最终值为：变形模量3GPa，粘聚力0.3～0.5MPa，内摩擦系数0.5～0.7，由此即完成隧洞围岩力学参数的取值。
本发明基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，针对缺乏现场岩石力学试验导致围岩力学参数取值困难的问题，依据室内岩石力学试验成果以及现场勘察中获得的岩性、岩体结构、地下水等地质信息，缩减待研究隧洞段岩体力学参数取值范围，将力学参数取值分析在更小的范围内进行，提出待研究隧洞段岩体力学参数的最终值，为隧洞工程的选线优化、支护设计方案论证和围岩稳定评价提供基本依据和技术支撑。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，确定待研究隧洞段岩体位置，在现场钻孔岩心取样，获得室内岩块样品，室内岩块样品的岩性与待研究隧洞段岩体的岩性相同或相近，室内岩块样品的岩体结构与待研究隧洞段岩体结构相同或相近，室内岩块样品的埋藏深度与待研究隧洞段岩体的埋藏深度相接近；对室内岩块样品分别进行单轴压缩试验和三轴压缩试验，获得室内岩块力学参数试验值，若室内岩块样品为硬质岩，则将室内岩块力学参数试验值作为待研究隧洞段岩体力学参数的上限值；若室内岩块样品为软质岩，则将室内岩块力学参数试验值作为待研究隧洞段岩体力学参数的下限值；
确定待研究隧洞段岩体的质量级别，根据国家标准和相关规范针对不同质量级别岩体建议的岩体力学参数取值区间，找出待研究隧洞段岩体力学参数的建议值；
确定待研究隧洞段岩体的岩性、岩体结构和隧洞的爆破程度，根据经验型准则公式，获得待研究隧洞段岩体力学参数的估计值；
所述待研究隧洞段岩体力学参数的上限值或下限值、建议值、以及估计值构成多数据源的待研究隧洞段岩体力学参数的取值范围；
步骤二，针对多数据源的待研究隧洞段岩体力学参数取值范围，制定多组力学参数取值方案，对每组力学参数取值方案进行围岩稳定性分析，并比较在不同力学参数条件下围岩稳定性的变化趋势，将围岩稳定性变化较大区间作为敏感性较强的力学参数取值区间，将围岩稳定性变化较小区间作为敏感性较弱的力学参数取值区间，保留敏感性较强的力学参数取值区间，去除敏感性较弱的力学参数取值区间；
步骤三，找出与待研究隧洞工程相类似的工程案例，依据类似工程案例的现场岩体力学试验成果，在敏感性较强的力学参数取值区间内，确定待研究隧洞段岩体力学参数的最终值。
2.根据权利要求1所述的基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特征在于：所述力学参数包括通过单轴压缩试验获得的抗压强度、弹性模量和泊松比，还包括通过三轴压缩试验获得的抗剪强度、凝聚力和摩擦角。
3.根据权利要求2所述的基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特征在于：步骤一中，所述经验型准则为Hoek-Brown经验型准则，所述Hoek-Brown经验型准则公式为
Figure FDA0004159174580000021
Figure FDA0004159174580000022
Figure FDA0004159174580000023
式中，
mi表示岩性材质指标，
GSI表示地质强度指标，
D表示扰动因子，
mb表示岩体材质指标，
s表示岩体破碎程度，
a表示修正系数。
4.根据权利要求3所述的基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特征在于：步骤一中，所述待研究隧洞段岩体力学参数的估计值为
Figure FDA0004159174580000024
Figure FDA0004159174580000031
Figure FDA0004159174580000032
式中，
GSI表示地质强度指标，
Rc表示岩石的单轴抗压强度，
D表示扰动因子，
Em表示岩体变形模量，
mb表示岩体材质指标，
a表示修正系数，
s表示岩体破碎程度，
σ3n表示考虑围压条件对等效强度参数的影响参数，
φ’表示等效内摩擦角，
σci表示完整岩石的抗压强度。
5.根据权利要求1所述的基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特征在于：步骤一中，所述国家标准包括工程岩体分级标准GB/T50218，所述相关规范包括水利水电工程地质勘查规范GB50487、岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范GB50086、公路隧道设计细则JTG/T D70、以及铁路隧道设计规范TB10003。
6.根据权利要求5所述的基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特征在于：步骤一中，找出待研究隧洞段岩体力学参数的建议值还可以基于现场力学试验统计数据。
7.根据权利要求1所述的基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特征在于，步骤二中，所述多组力学参数取值方案的制定方法为：在待研究隧洞段岩体力学参数取值范围内，将力学参数值按照由小到大、或由大到小的等差序列进行排序，每组等差序列的力学参数值作为一种力学参数取值方案。
8.根据权利要求7所述的基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特征在于，步骤二中，所述围岩稳定性分析包括洞周塑性区深度值分析和洞周围岩变形值分析，比较不同力学参数条件下洞周塑性区深度值和洞周围岩变形值的变化趋势，将洞周塑性区深度值和洞周围岩变形值的变化较大区间作为敏感性较强的力学参数取值区间，将洞周塑性区深度值和洞周围岩变形值的变化较小区间作为敏感性较弱的力学参数取值区间。
9.根据权利要求8所述的基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值方法，其特征在于，步骤二中，分别在隧洞围岩的顶拱部位、边墙部位、以及底板部位对每组力学参数取值方案进行围岩稳定性分析。
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