[发明专利]高地应力地区近水平岩层岩爆的综合预报方法

摘要

本发明属于地下工程技术领域，特别涉及一种岩爆预报方法。高地应力地区近水平岩层岩爆的综合预报方法，包括以下步骤：A.进行岩石力学试验，初步预判工程区岩爆烈度；B.测量工程区的三维地应力，预判工程区的岩爆烈度；C.综合地质素描、工程物探、超前钻孔等成果，建立工程区的三维地质模型，结合步骤A和B，初步实现工程区岩爆的宏观分区预测；D.建立工程区的三维数值计算模型，进行数值计算，预测工程区可能发生岩爆的具体部位；E.综合评价，预报工程区可能发生岩爆的部位和烈度。本发明基于岩石力学试验、现场地质情况和计算机模拟对深埋近水平岩层地区的地下工程岩爆进行多因素综合预报，经实际应用表明，具有原理科学、预测准确的特点。

主权项

一种高地应力地区近水平岩层岩爆的综合预报方法，它包括以下步骤：A.进行岩石力学试验，初步预判工程区岩爆烈度取工程区不同区段的典型岩样做室内岩石力学试验，测定岩石单轴抗压强度σc；取工程区不同区段的典型岩样做岩爆倾向性试验，根据室内试验得到的岩石力学参数，以A.Kidybinski提出的岩爆倾向性指标，判断岩爆倾向性指数；具体方法为：在进行单轴抗压强度试验时先将岩石试件加载到0.7σc～0.8σc，σc为岩石单轴抗压强度，然后再卸载到0.05σc，定义卸载所释放的弹性应变能φsp与耗损的弹性应变能φst之比值Wet＝φsp/φst为岩爆倾向性指数；根据波兰国家标准：Wet≥5.0，将发生严重岩爆倾向；Wet＝3.5～5.0，将发生中等烈度岩爆倾向；Wet＝2.0～3.5，将发生轻微烈度岩爆倾向；Wet＜2.0，不会发生岩爆倾向；B.测量工程区的三维地应力，预判工程区的岩爆烈度根据工程规模和地质构造的复杂程度，确定不少于4个的测点，采用应力解除法、水压致裂法测定工程区三维地应力；利用最大主应力σ1的大小和岩石单轴抗压强度σc的比值判断可能的岩爆烈度；具体判据为：σc/σ1＜2.5将发生严重岩爆；σc/σ1＝2.5～5.5，将发生中等烈度岩爆；σc/σ1＝5.5～14.5，将发生轻微烈度岩爆；σc/σ1≥14.5，无岩爆发生；C.综合地质素描、工程物探、超前钻孔等成果，建立工程区的三维地质模型，结合步骤A和B，初步实现工程区岩爆的宏观分区预测根据掌子面开挖揭露的地层岩性，进行现场地质素描；根据工程规模和地质建模的需要，在典型断面进行超前钻孔和洞内钻探，记录地层岩性和钻孔中其他的地质现象；综合地质素描和钻孔记录的结果，建立工程区三维地质模型；根据步骤A和B中岩爆预报的判断指标，初步实现工程区的岩爆宏观分区预测；D.建立工程区的三维数值计算模型，进行数值计算，预测工程区可能发生岩爆的具体部位根据步骤B的地应力测量结果进行地应力场模拟，施加边界条件，使地应力场应力值接近实测地应力值，满足三维仿真计算要求；根据步骤C建立的工程区三维地质模型，进行隧洞开挖模拟，分析开挖后的隧洞变形及受力情况；再进行衬砌和喷锚支护模拟， 施加锚杆支护，分析衬砌及喷锚支护效果及锚杆受力情况，计算出隧道围岩的三维应力分布，找出隧道围岩各个部位的最大切向应力；采用Russense岩爆判别法预测工程区可能发生岩爆的具体部位：模拟计算出的隧道围岩各个部位最大切应力σθ和最大主应力σc的比值，即σθ/σc≥0.55，将具有严重岩爆倾向；σθ/σc＝0.35～0.55，将具有中等烈度岩爆倾向；σθ/σc＝0.2～0.35，将具有轻微烈度岩爆倾向；σθ/σc＜0.2，不会发生岩爆；E.综合评价，预报工程区可能发生岩爆的部位和烈度根据步骤A、B和D中所列判据，结合步骤C中的地质情况，对工程区围岩进行岩爆预报的综合评价，预报可能发生岩爆的部位和烈度。