[发明专利]一种深埋软岩隧洞的原位测试方法和原位测试结构

说明书

技术领域

本发明涉及深埋软岩隧洞的测试技术，尤其涉及深埋软岩隧洞的尺寸效应和各向异性特征的原位测试技术。

背景技术

目前，隧洞工程己经向长大、深埋方向发展。各行各业越来越多的隧洞工程出现了因深埋地应力高、围岩软弱、节理裂隙发育等原因，局部洞段产生了持续大变形、塌方等现象。特别是水工、交通隧洞工程一般开挖断面较大，断面尺寸效应使得上述现象更加明显，给隧洞设计与施工造成了很大的困难。高地应力一旦和软弱围岩相结合，开挖后洞周围岩就会受到高地应力作用，岩体被挤压就可能产生松驰、蠕变，在断面尺寸效应下，往往断面越大越容易产生塌方、大变形。加之由于深埋软岩具有强度低、遇水软化的突出特征，在高埋深洞段的成洞问题突出，成为深埋软岩隧洞建设的关键问题之一。

国内外目前针对高埋深、大断面的软岩隧洞工程的研究仍主要集中在室内试验，但由于软岩通常各向异性特征比较明显，且由于本身强度较低，在取样、制样过程中容易受外界环境的影响造成损伤，因此软岩在现场实际所表现出来的响应特征和室内试验相比具有很大的区别，有必要开展原位试验，来掌握深埋软岩隧洞围岩的变形规律和破坏机制，但开挖与原隧洞尺寸相同的模拟试验洞，不仅造价昂贵，也难以满足工程的时间要求，而如果尺寸较小，则高应力条件下的围岩破坏现象不能充分暴露出来，无法有力支撑软岩成洞问题的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种深埋软岩隧洞的原位测试方法，该方法能够兼顾深埋软岩尺寸效应和各向异性特征。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种深埋软岩隧洞的原位测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）对前期探洞取样，进行室内岩石力学试验和地应力测试，获得地应力场分布特征；

2）计算并确定模拟试验洞参数，所述参数包括埋深、轴线方向、洞径、断面形状和洞长；

3）从前期探洞扩挖尺寸效应过渡段达到模拟试验洞的洞径尺寸；

4）计算并确定监测断面位置，所述监测断面至少选取两个；

5）布置观测支洞并利用观测支洞在监测断面上预埋监测仪器；

6）开挖模拟试验洞至设定洞长；

7）利用监测仪器定期进行观测。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

根据隧洞围岩的强度应力比确定模拟试验洞的埋深。

模拟试验洞的轴线方向采用垂直于最大主应力方向。

当软岩隧洞原始洞径大于8m时，模拟试验洞采用8m洞径，当软岩隧洞原始洞径小于8m时，模拟试验洞的采用与软岩隧洞相同的洞径。

模拟试验洞的断面形状与软岩隧洞的原始断面形状相同。

模拟试验洞的长度为监测断面之间的距离与3倍洞径之和。

所述步骤2）中的尺寸效应过渡段的挖掘深度为大于前期探洞洞径的3倍。

所述步骤3）中的监测断面布置在模拟试验洞的掘进方向上，所述监测断面至少包括1个起始断面和1个终止断面，所述起始断面与尺寸效应过渡段的距离大于模拟试验洞洞径的1倍，相邻两个监测断面之间的距离不小于1m。

所述步骤4）中观测支洞与模拟试验洞的距离大于观测支洞洞径的3倍。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种深埋软岩隧洞的原位测试结构，能够模拟出软岩隧洞的应力和尺寸条件，准确测试出软岩的各向异性和尺寸效应。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种深埋软岩隧洞的原位测试结构，所述原位测试结构包括模拟试验洞、前期探洞和观测支洞，模拟试验洞的参数可以通过上述原位测试方法计算得到，所述模拟试验洞的轴线方向垂直于深埋软岩的最大主应力方向，所述前期探洞与所述模拟试验洞之间具有尺寸效应过渡段，所述模拟试验洞的洞壁外设有至少两个监测仪器，所述两个监测仪器中靠前的一个与所述尺寸效应过渡段之间的距离大于模拟试验洞洞径的1倍，所述两个监测仪器中靠后的一个与模拟试验洞洞底之间的距离大于模拟试验洞洞径的2倍，所述前期探洞与所述观测支洞之间设有辅助洞，所述观测支洞与所述模拟试验洞平行，所述观测支洞与所述模拟试验洞之间的距离大于所述观测支洞洞径的3倍，所述观测支洞与所述模拟试验洞之间具有与所述监测仪器对应的预埋钻孔。