巖體性能指標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嶺地下車站為依托，首先針對大規(guī)模、大范圍的巖體工程巖體性能指標的獲取進行了研究;然后，通過比較選取了合適的基于巖體性能指標的巖體力學參數(shù)公式;最后，在獲取巖體力學參數(shù)的基礎(chǔ)上，對超大斷面地下結(jié)構(gòu)的兩種形式:超大斷面單拱大跨和超大斷面洞群，進行了地下結(jié)構(gòu)的圍巖穩(wěn)定性研究。主要研究內(nèi)容及方法如下:
　　(1)基于空間插值法的RQD預(yù)測
　　巖石質(zhì)量指標(RQD)是工程中評價巖體性質(zhì)的一項重要指標。但RQ

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

3、應(yīng)模型在GSI指標的量化中的應(yīng)用
　　與RMR值及Q值相比地質(zhì)強度指標GSI能夠很好的引入到Hoek-Brown準則中，這對巖體工程設(shè)計研究提供了很大的便捷。由于其在最早提出時，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)驗判斷使其含有很強的主觀性。針對這方面的不足，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，該方法在操作中簡單易行。但是，其中的包含有6個條件

4、因素，往往在實際的工程中無法將它們?nèi)揩@取。為了彌補這方面的不足，本文將統(tǒng)計學中包含有固定參數(shù)與隨機參數(shù)的混合效應(yīng)模型（Mixed Effects Models），應(yīng)用于GSI的量化公式中，通過與工程實例的對比，驗證了其可行性。最后編寫可視化的R語言程序，并將其應(yīng)用于八達嶺地下車站工程。
　　(3)通過巖體性能指標獲取巖體力學參數(shù)的方法選擇
　　Hoek-Brown準則是目前在巖土工程中應(yīng)用較為廣泛的巖石及巖體強度準則。在八

5、達嶺采集樣本的力學試驗（單軸壓縮、三軸壓縮及劈裂試驗）的研究分析基礎(chǔ)上，結(jié)合之前巖體性能指標的獲取結(jié)果，通過比選，明確了巖體的單軸抗壓強度、單軸抗拉強度、變形模量以及Hoek-Brown強度準則中相關(guān)參數(shù)的獲取公式或方法。最后將比選后的公式進行匯總，并利用R語言編程將這些工程設(shè)計及數(shù)值模擬所需參數(shù)的計算結(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)的圍巖壓力計算
　　依托新京張城際鐵路八達嶺地下車站的

6、單拱大跨側(cè)式站臺方案，分析了多種傳統(tǒng)圍巖壓力計算方法在超大斷面單拱大跨地下結(jié)構(gòu)中的適用性，然后對不同地質(zhì)強度指標(GSI)及跨度下的單拱地下結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值模擬并進行比較分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Q系統(tǒng)中計算圍巖壓力的方法，提出了基于地質(zhì)強度指標(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)果進行對比分析，得出該方法不僅可以為工程設(shè)計人員及現(xiàn)場工作人員提供設(shè)計

7、計算依據(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)定性模型試驗研究
　　依托新京張城際鐵路八達嶺地下車站的四洞側(cè)式站臺方案，對洞群的開挖進行了模型試驗，采集了開挖時周邊的圍巖壓力變化數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析。然后針對不同情況下（開挖洞室的大小、洞室的開挖間距）地下洞室結(jié)構(gòu)間開挖的相互影響進行了研究。最后，綜合群洞效應(yīng)對地下結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定性的影響因素，提出了一套可以評價巖體地下群洞開挖風