高地应力条件下大型洞室轴线选择方法与流程

技术特征：

1.高地应力条件下大型洞室轴线选择方法，其特征是，包括以下步骤：

A、根据需要开挖地下洞室的规模进行工程地质勘察，获取洞室区地应力实测资料和岩体主要结构面特性；

B、按照地应力大小将岩体分为三个等级，分别为低地应力、中地应力和高地应力；

C、在低地应力条件下，根据岩体结构面来确定洞室轴线；中地应力条件下，以岩体结构面为主，地应力为辅来确定洞室轴线；高地应力条件下，以地应力为主，岩体结构面为辅确定洞室轴线；

D、在高地应力条件下，以最大水平应力作为洞室轴线选择的参照标准，使洞室轴线与最大水平应力方向呈小角度布置。

2.如权利要求1所述的高地应力条件下大型洞室轴线选择方法，其特征是：步骤A中所勘察的岩体结构面特性包括断层产状、优势节理裂隙产状情况。

3.如权利要求1所述的高地应力条件下大型洞室轴线选择方法，其特征是：对工程区进行地应力水平分级时采用岩石强度应力比来划分，参照GB 50287-2006《水力发电工程地质勘察规范》中岩体初始地应力分级方式，岩石强度应力比小于4考虑为高地应力。

4.如权利要求1所述的高地应力条件下大型洞室轴线选择方法，其特征是：步骤C中在高地应力条件下辅助考虑岩体结构面时，主要考虑地质断层和优势节理裂隙，原则上以洞室轴线与断层走向呈大角度，与优势节理裂隙走向呈大角度布置。

5.如权利要求1所述的高地应力条件下大型洞室轴线选择方法，其特征是，步骤D中的最大水平应力通过以下步骤进行计算：

假设正应力以压为正、拉为负，剪应力以顺时针旋转为正、逆时针为负，局部坐标系定义为：X轴正方向为厂房轴线方向，Y轴正方向垂直于X向并指向上游，Z轴正方向竖直向上，定义洞室的三个典型剖面：横剖面(YOZ平面)、纵剖面(ZOX平面)、平剖面(XOY平面)，典型剖面上的最大、最小应力可以由三个主应力及主应力方向换算得到，换算过程如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_x=l_1^2{\mathrm{\σ}}_1+m_1^2{\mathrm{\σ}}_2+n_1^2{\mathrm{\σ}}_3\\ {\mathrm{\σ}}_y=l_2^2{\mathrm{\σ}}_1+m_2^2{\mathrm{\σ}}_2+n_2^2{\mathrm{\σ}}_3\\ {\mathrm{\σ}}_z=l_3^2{\mathrm{\σ}}_1+m_3^2{\mathrm{\σ}}_2+n_3^2{\mathrm{\σ}}_3\\ {\mathrm{\τ}}_{xy}=l_1{l}_2{\mathrm{\σ}}_1+m_1{m}_2{\mathrm{\σ}}_2+n_1{n}_2{\mathrm{\σ}}_3\\ {\mathrm{\τ}}_{xz}=l_1{l}_3{\mathrm{\σ}}_1+m_1{m}_3{\mathrm{\σ}}_2+n_1{n}_3{\mathrm{\σ}}_3\\ {\mathrm{\τ}}_{yz}=l_3{l}_2{\mathrm{\σ}}_1+m_3{m}_2{\mathrm{\σ}}_2+n_3{n}_2{\mathrm{\σ}}_3\end{array}\right.;$

其中σ₁、σ₂、σ₃分别为第一主应力、第二主应力和第三主应力，l_i、m_i、n_i(i＝1,2,3)为主应力方向与OXYZ坐标系各轴夹角的三角函数，以l_i为例：

$\left\{\begin{array}{c}{l}_1=cos(\mathrm{\α}-\mathrm{\δ})cos\mathrm{\β}\\ l_2=sin(\mathrm{\α}-\mathrm{\δ})cos\mathrm{\β}\\ l_3=sin\mathrm{\β}\end{array}\right.;$

其中α为σ₁的走向，δ为NOE平面(即XOY平面)上N向顺时针转向Y轴正向的角度，β为σ₁的倾角(定义仰角为正)，m_i、n_i的表达式与l_i相同，各角度的含义对应各主应力的方位；

在平剖面上(XOY平面)，最大水平应力σ_H和最小水平应力σ_h的表达式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_H=\frac{{\mathrm{\σ}}_x+{\mathrm{\σ}}_y}{2}+\sqrt{{\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_x-{\mathrm{\σ}}_y}{2}\right)}^2+{{\mathrm{\τ}}_{xy}}^2}\\ {\mathrm{\σ}}_h=\frac{{\mathrm{\σ}}_x+{\mathrm{\σ}}_y}{2}-\sqrt{{\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_x-{\mathrm{\σ}}_y}{2}\right)}^2+{{\mathrm{\τ}}_{xy}}^2}\end{array}\right.;$

X轴顺时针转到最大水平应力σ_H的角度θ按下式计算：

按上述步骤确定最大水平应力，高地应力条件下洞室轴线与最大水平应力方向呈小角度。