[发明专利]一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法

权利要求书

1.一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1：对工程区域进行原位地应力测试；

步骤2：在地应力测试部位钻取岩芯，对岩芯进行岩石饱和单轴压缩试验；

步骤3：判别洞室为硬岩、大跨度且浅埋的大型地下洞室则前往步骤4，否则流程结束；

步骤4：考虑工程区域内岩体主要结构面走向与主体洞室轴线呈较大角度相交，夹角不小于45°；

步骤5：通过三维数值方法计算地下洞室开挖后的应力场和围岩扰动强度应力比，首先通过围岩扰动强度应力比判断地下洞室成洞条件，当围岩扰动强度应力比DSSR≥2.0时，洞室成洞条件好；当DSSR2.0时，洞室成洞条件差，需要调整最大水平主应力方向与主洞室轴线夹角不大于35°；

步骤6：采用强度折减法计算开挖完成后地下洞室大跨度顶拱到地表之间的上覆岩体整体稳定性安全系数K₁，接着采用地下洞室大跨度顶拱上覆岩体整体稳定性安全系数判断地下洞室成洞条件；当地下洞室大跨度顶拱上覆岩体整体稳定性安全系数K₁不小于2.0时，地下洞室成洞条件好；否则，当K₁小于2.0时，洞室成洞条件较差，需要增大地下洞室埋深；

步骤7：采用基于全空间赤平投影的块体稳定性分析方法计算地下洞室超万m³的大型关键块体安全系数，最后采用地下洞室超万m³的大型关键块体安全系数判断地下洞室成洞条件；当洞室顶拱大型块体安全系数K₂不小于2.0，且边墙大型块体安全系数K₃不小于1.5时，地下洞室成洞条件好；否则，地下洞室成洞条件差，需对安全系数不满足要求的块体计算所需支护力。

2.根据权利要求1所述的一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法，其特征在于：所述步骤3中判别洞室为硬岩、大跨度且浅埋的大型地下洞室，其判别标准为岩石饱和单轴抗压强度大于60MPa、主洞室开挖跨度大于20m且最大跨度主洞室顶拱上覆岩体厚度小于洞室上覆岩体自重和重度比值的2～2.5倍。

3.根据权利要求1所述的一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法，其特征在于：所述步骤5中采用有限元或有限差分法计算洞室开挖后的应力分布，由公式得到围岩扰动强度应力比的大小及分布情况，式中，σ_c为单轴抗压强度，σ₁为围岩扰动第1主应力，σ₃为围岩扰动第3主应力。

4.根据权利要求1所述的一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法，其特征在于：所述步骤7中采用块体稳定性分析方法计算地下洞室超万m³的大型关键块体安全系数，所采用的块体稳定性分析方法为基于全空间赤平投影的块体稳定性分析方法，地下洞室大型滑移运动的关键块体安全系数K₂和K₃的计算公式为式中的n代表块体沿结构面滑动的个数，对于单一结构面滑动模式，n＝1；对于双结构面滑动模式，n＝2；N_i表示为块体所受合力在第i个结构面法向上的分量，T表示为块体所受合力在滑动方向上的分量，S_i为块体第i个滑动结构面的面积；f_i和c_i分别表示为块体第i个滑动结构面的摩擦系数和粘聚力。