一种考虑开挖扰动效应的围岩岩爆倾向性定量评价方法

1.本发明涉及一种考虑开挖扰动效应的围岩岩爆倾向性定量评价方法，属于地下工程围岩岩爆倾向性评价领域。


背景技术：

2.经济社会的快速发展使得在地下千米以深的岩体中进行资源开发和空间利用已趋于常态，随着埋深的逐渐增加，岩爆灾害在水电隧洞、交通隧洞、地下矿山、地下实验室等深部岩石工程施工过程中频繁发生，给现场人员、设备和支护体系的安全带来巨大威胁，甚至会诱发地震摧毁整个工程。鉴于岩爆的复杂性、随机性以及危害性，针对岩石材料进行岩爆倾向性的评价已成为现有预测岩爆强度的重要一环，并可为围岩的岩爆防治提供重要参考价值。
3.在这方面，众多学者从能量角度对岩石材料的岩爆倾向性开展了大量研究，常用的岩爆判据有弹性能指数w
et
、能量冲击性指数a
cf
、弹性应变势能pes和剩余弹性能指数a
ef
等。然而，在这些判据中，有的只考虑岩石应力-应变曲线峰前的能量演化特征(如a
cf
和pes)，而没有考虑到岩石的破坏是发生在峰后阶段，进而在判据中没有体现出岩石峰后的能量特征。其次，有的判据本质是量纲为一相对比值形式(如a
cf
)，与能量的单位并不一样，无法直接体现峰前峰后的能量状态。此外，w
et
、a
cf
和pes也未将岩爆倾向性结果与试样破坏特征进行对应比较。上述缺点造成了在采用w
et
、a
cf
和pes进行岩爆倾向性评价时出现较多误判。宫凤强提出的剩余弹性能指数a
ef
不仅考虑了岩石峰前峰后的能量特征，还将岩石的破坏状态与岩爆倾向性进行对照评价，大量研究表明，相对于其他岩爆倾向性判据，a
ef
对岩石岩爆倾向性评价结果的正确性最高，与岩石的实际岩爆等级完全相同，a
ef
现已得到了广大学者认可。
4.上述这些岩爆倾向性判据均需从工程现场的岩体中进行钻孔取芯后到试验室进行制备试样，然后利用压缩实试验机对试样进行单轴压缩试验获取应力-应变曲线后计算得到。然而，深部岩石工程在施工过程中，受开挖扰动(动力荷载与开挖卸荷引起的应力重分布)的影响，距围岩表面一定深度内会形成开挖损伤区，损伤区内岩体中产生大量次生裂隙，力学性质有所劣化，不同损伤程度的岩体力学性质大不相同，其对应的岩爆倾向性也可能存在差异，准确评价不同损伤程度的围岩岩爆倾向性对于岩爆的预测与防治至关重要。在这方面，最直接且准确的方法是从受损程度不同的岩体钻孔取芯制备出的岩石试样进行单轴压缩试验确定。然而，这个过程存在试样制备难且需制备的数量多、试验操作繁琐、试验周期长、经济耗费高等问题，给不同损伤程度损的围岩岩爆倾向性评价带来较大困难。因此，有必要建立一种考虑开挖扰动效应的围岩岩爆倾向性定量评价方法。


技术实现要素：

5.本发明提供一种考虑开挖扰动效应的围岩岩爆倾向性定量评价方法，旨在解决目前针对开挖扰动效应造成受损程度不同的围岩岩爆倾向性评价过程繁琐的问题，以实现围
岩岩爆倾向性的快速评价。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.一种考虑开挖扰动效应的围岩岩爆倾向性定量评价方法，具体包括以下步骤：
8.步骤s1：根据工程地质勘察资料直接获取围岩的基本质量等级、地质强度指标gsi值以及完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
；
9.步骤s2：根据步骤s1获取的数据，初步评判围岩是否具备岩爆倾向性；
10.步骤s3：判断现场围岩声波测试条件，若条件不具备，则根据hoek-brown强度准则结合现场围岩开挖后的损伤情况，确定表征围岩损伤程度的损伤因子d；
11.若条件具备，则获取围岩表面不同深度处的声波波速度，并确定损伤区以及原岩区范围；
12.步骤s4：依据步骤s3中现场围岩声波测试条件是否满足前提下，确定原岩区岩体的变形模量；
13.步骤s5：对原岩区岩体以及损伤区岩体的岩爆倾向性进行评价；
14.作为本发明的进一步优选，步骤s2中，初步评判围岩是否具备岩爆倾向性的方法具体为，通过对若干例不同岩石工程的岩爆工况分析统计，发生岩爆的围岩基本质量等级与完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
存在关联性，即
[0015][0016]
若围岩同时满足公式(1)中两个条件，则认定围岩具备岩爆倾向性，若不同时满足公式(1)中两个条件，则认定围岩不具备岩爆倾向性；
[0017]
作为本发明的进一步优选，步骤s3中，若判断出现场不具备围岩声波测试条件，根据hoek-brown强度准则确定围岩损伤因子d；
[0018]
若隧道围岩无损伤或隧洞底部设置临时仰拱使得围岩未产生明显挤压变形，则d＝0；
[0019]
若隧洞底部产生明显挤压变形，围岩损伤严重，则d＝0.5；
[0020]
若因爆破方案不合理，使得距离围岩表面深度2m或者3m内的岩体产生损伤，则距离围岩表面2m深度内损伤因子由d＝1线性降低为d＝0；
[0021]
其中，原岩区岩体的损伤因子d
m0
＝0；
[0022]
作为本发明的进一步优选，步骤s3中，若判断出现场具备围岩声波测试条件，根据波速法获取距离围岩表面不同深度位置的岩体声波p波速度c
p
；
[0023]
同时，声波波速度明显降低区域为围岩的损伤区范围，其余区域为原岩区；
[0024]
作为本发明的进一步优选，对原岩区的所有岩体声波p波速度数据求取平均值得到原岩区的平均波速c
p0
；
[0025]
作为本发明的进一步优选，步骤s4中，若判断出现场不具备围岩声波测试条件，根据hoek-brown强度准则确定岩体的变形模量为
[0026][0027]
公式(2)中，em为岩体的变形模量，单位为gpa，σ
ci
为完整岩石的单轴抗压强度；根据公式(2)，原岩区的岩体对应d＝0，则原岩区的变形模量e
m0
为
[0028][0029]
则通过公式(3)能够确定原岩区岩体的变形模量e
m0
；
[0030]
作为本发明的进一步优选，步骤s4中，若判断出现场具备围岩声波测试条件，根据barton-q系统
[0031][0032]
公式(4)中，v
p
为地震波p波速度，em为岩体的变形模量；
[0033]
则原岩区岩体的变形模量e
m0
为
[0034][0035]
公式(5)中，v
p0
为原岩区岩体地震波p波速度；
[0036]
岩体声波p波速度c
p
与地震波p波速度存在根据线性拟合关系
[0037]vp
＝kc
p
+b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0038]
公式(6)中，k与b均为拟合常数，c
p
为距围岩表面不同深度处的声波速度，v
p
为地震波p波速度；若缺少岩体地震波与声波的数据，则v
p
＝c
p
；
[0039]
将公式(6)代入公式(4)和公式(5)，获取采用岩体声波p波速度c
p
表示的岩体变形模量em以及原岩区岩体的变形模量e
m0
，分别为
[0040][0041][0042]cp
为岩体声波p波速度，c
p0
为原岩区的平均波速，k为拟合常数；
[0043]
作为本发明的进一步优选，步骤s5中，将岩石试样的实际破坏特征与剩余弹性能指数对比分析，能够确定不同岩爆倾向性等级，其中，岩石的剩余弹性能指数计算公式为
[0044]aef
＝u
e-uaꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0045]
公式(9)中，ue为岩石单轴压缩应力-应变曲线的峰前弹性能密度，单位为kj/m3，ua为岩石单轴压缩应力-应变曲线的峰后破坏能密度，单位为kj/m3，a
ef
为岩石的剩余弹性能指数；
[0046]
确定的不同岩爆倾向性等级对应的剩余弹性能指数为
[0047][0048]
通过拟合方式，获取岩石剩余弹性能指数与弹性模量的关系为
[0049]aef
＝47.76+6.97erꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0050]
公式(11)中，a
ef
为岩石的剩余弹性能指数，er为岩石的弹性模量；
[0051]
根据mitri和polemis的研究，岩体的变形模量与岩石的弹性模量之间关系为
[0052][0053]
公式(12)中，em为岩体的变形模量，er为岩石的弹性模量，rmr
76
为bieniawski于1976年提出岩体地质力学分级指标；
[0054]
根据hoek的研究，当rmr
76
》18时，rmr
76
与gsi相等，故式(12)可写为
[0055][0056]
结合公式(11)和公式(13)求得围岩剩余弹性能指数与其变形模量em之间的定量关系为
[0057][0058]
作为本发明的进一步优选，若判断出现场不具备围岩声波测试条件，则根据确定的围岩损伤因子d确定围岩岩爆倾向性的步骤为：
[0059]
步骤s511：根据公式(2)和公式(3)得到岩体的变形模量em为
[0060][0061]
公式(15)中，e
m0
为原岩区岩体的变形模量，em为岩体的变形模量；
[0062]
根据公式(14)和公式(15)求得围岩剩余弹性能指数与围岩损伤因子d之间的定量关系：
[0063][0064]
步骤s512：根据步骤s1获取的完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
与地质强度指标gsi值代入公式(3)求得原岩区岩体的变形模量e
m0
，令d
m0
＝0并将e
m0
代入公式(16)获取原岩区岩体的剩余弹性能指数根据公式(10)评价原岩区岩体的岩爆倾向性；
[0065]
步骤s513：将步骤s3获取的围岩损伤因子d以及步骤s512中获取的原岩区岩体的变形模量e
m0
代入公式(16)获取围岩损伤区的剩余弹性能指数根据公式(10)评价原岩
区岩体的岩爆倾向性；
[0066]
作为本发明的进一步优选，若判断出现场具备围岩声波测试条件，根据规范获取距离围岩表面不同深度位置的岩体声波p波速度c
p
，确定围岩岩爆倾向性的步骤为：
[0067]
步骤s521：结合公式(7)和公式(8)，获取岩体的变形模量
[0068][0069]
公式(17)中，e
m0
为原岩区或者未损伤的岩体的变形模量，em为岩体的变形模量，k为拟合常数，c
p
为距围岩表面不同深度处的声波速度，c
p0
为原岩区的平均波速；
[0070]
公式(14)和公式(17)结合获取围岩剩余弹性能指数与声波p波速度c
p
之间的定量关系为
[0071][0072]
步骤s522：根据步骤s3中原岩区岩体的平均波速c
p0
代入公式(8)获取原岩区岩体的变形模量e
m0
，令c
p
＝c
p0
代入公式(18)即可求得原岩区岩体的剩余弹性能指数根据公式(10)评价原岩区岩体的岩爆倾向性；
[0073]
步骤s523：根据步骤s3获取的围岩损伤区不同深度处岩体的声波p波速度c
p
代入公式(18)获取不同深度围岩的剩余弹性能指数并根据公式(10)评价损伤区围岩的岩爆倾向性。
[0074]
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0075]
1、本发明提供的围岩岩爆倾向性定量评价方法，考虑了开挖扰动对围岩的损伤效应，与实际围岩的开挖情况较为符合，具有实际的应用价值；
[0076]
2、本发明提供的围岩岩爆倾向性定量评价方法，不仅可通过对现场围岩损伤情况定性描述确定围岩岩爆倾向性，也可对围岩进行声波速度测试后对围岩岩爆倾向性进行更为精确地估算；
[0077]
3、本发明提供的围岩岩爆倾向性定量评价方法，无需对现场围岩进行取样并试验后才能确定岩爆倾向性，极大优化了常规评价流程，具有较高的经济效益；
[0078]
4、本发明提供的围岩岩爆倾向性定量评价方法，适用于工程现场对不同损伤程度的围岩进行大范围的岩爆倾向性评价，适用范围广。
附图说明
[0079]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0080]
图1是本发明提供的围岩岩爆倾向性定量评价方法的流程图；
[0081]
图2是本发明提供的与表1所述围岩损伤情况匹配的实际工况图；
[0082]
图3是本发明提供的不同岩石的弹性模量与其剩余弹性能指数关系图；
[0083]
图4是本发明提供的损伤因子与深度之间的线性表达示意图；
[0084]
图5是本发明提供的不同深度围岩的声波p波速度数据示意图；
[0085]
图6是本发明提供的不同深度的围岩岩爆倾向性示意图。
具体实施方式
[0086]
如背景技术中阐述的，目前针对围岩岩爆倾向性定量评价方法的指标造成较多的误判，因此本技术在经过多年研究的基础上，细化了采用剩余弹性性能指数a
ef
进行评价的方法，同时无需对现场围岩进行直接的采样试验，即可实现相关评价。
[0087]
如图1所示，是本技术提供的考虑开挖扰动效应的围岩岩爆倾向性定量评价方法的流程图，具体包括以下步骤：
[0088]
步骤s1：根据工程地质勘察资料直接获取围岩的基本质量等级、地质强度指标gsi值以及完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
；
[0089]
步骤s2：根据步骤s1获取的数据，初步评判围岩是否具备岩爆倾向性；
[0090]
步骤s3：判断现场围岩声波测试条件，若条件不具备，则根据hoek-brown强度准则结合现场围岩开挖后的损伤情况，确定表征围岩损伤程度的损伤因子d；
[0091]
若条件具备，则获取围岩表面不同深度处的声波波速度，并确定损伤区以及原岩区范围；
[0092]
步骤s4：依据步骤s3中现场围岩声波测试条件是否满足前提下，确定原岩区岩体的变形模量；
[0093]
步骤s5：对原岩区岩体以及损伤区岩体的岩爆倾向性进行评价。
[0094]
在步骤s2中，初步评判围岩是否具备岩爆倾向性的方法具体为，通过对数千例来自不同岩石工程的岩爆案例的统计分析，发生岩爆的围岩基本质量等级与完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
存在关联性，即满足以下两个条件
[0095][0096]
在公式(1)中，围岩的基本质量等级的划分标准可以参考国标《工程岩体分级标准》(gb/t 50218—2014)。当围岩满足公式(1)的两个标准时可初步认定围岩可能具备岩爆倾向性，若不满足，则认定此围岩不具备岩爆倾向性。
[0097]
步骤s3中，若判断出现场不具备围岩声波测试条件(这里的不具备如缺乏相关测试设备、工期限制支护紧跟开挖而造成的现场无法对岩体进行钻孔等)，根据hoek-brown强度准则给出如表1所示的经验方法并根据围岩实际损伤情况确定围岩损伤因子d；hoek和brown结合大量室内岩石试验和现场试验数据提出了h-b准则，被广泛应用在岩体力学参数估算领域，该准则在2002版首次引入了损伤因子d以表征开挖扰动效应对围岩造成的损伤，并在2018版进行了补充描述，该版本有关地下岩石工程开挖过程中围岩损伤因子d的建议如表1所示。损伤因子d的取值范围为0～1，d＝0表示围岩无损伤，d＝1表示围岩完全损伤，d越大表示围岩受开挖扰动损伤越严重。
[0098]
表1 h-b准则中针对地下岩石工程开挖过程围岩损伤因子d的建议取值
[0099]
[0100][0101]
本技术还提供了如图2所示的与围岩损伤情况相关描述匹配的实际工况图，将围岩实际损伤情况与表1进行对照，得出围岩损伤区的损伤因子d
medz
。原岩区岩体由于未损伤，则损伤因子d
m0
始终为0。
[0102]
若判断出现场具备围岩声波测试条件，则通过波速法考察围岩的损伤情况，并获取距离围岩表面不同深度位置的岩体声波p波速度c
p
；这里参考《水利水电工程岩石试验规程》(slt 264-2020)中的建议测得距围岩表面不同深度处岩体声波p波速度c
p
；
[0103]
由于围岩损伤越严重，岩体的力学性质越差，声波p波速度就越低。故相对于未损伤的原岩区岩体，损伤区的岩体的声波速度明显较低，以此确定围岩的损伤区范围(声波p波速度的明显降低区)，损伤区之外为原岩区(声波p波相对稳定区)。对原岩区的所有p波速度数据求取平均值得到原岩区的平均波速c
p0
。
[0104]
步骤s4中，若判断出现场不具备围岩声波测试条件，根据hoek-brown强度准则确定岩体的变形模量为
[0105][0106]
公式(2)中，em为岩体的变形模量，单位为gpa，σ
ci
为完整岩石的单轴抗压强度；
[0107]
根据公式(2)，原岩区的岩体(或未损伤岩体)对应d＝0，则原岩区的变形模量e
m0
为
[0108][0109]
则通过公式(3)能够确定原岩区岩体的变形模量e
m0
。
[0110]
若判断出现场具备围岩声波测试条件，则可以根据barton-q系统确定岩体的变形模量，根据barton的研究，岩体变形模量em和地震波速度v
p
之间的关系为
[0111][0112]
公式(4)中，v
p
为地震波p波速度，em为岩体的变形模量；
[0113]
则原岩区岩体的变形模量e
m0
为
[0114][0115]
公式(5)中，v
p0
为原岩区岩体地震波p波速度；
[0116]
地震波p波速度v
p
一般比声波p波速度c
p
略小，根据地质勘察资料可以确定岩体声波p波速度c
p
与地震波p波速度存在根据线性拟合关系
[0117]vp
＝kc
p
+b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0118]
公式(6)中，k与b均为拟合常数，c
p
为距围岩表面不同深度处的声波速度，v
p
为地震波p波速度；若地质勘察资料中缺少岩体地震波与声波数据，则可视v
p
＝c
p
；
[0119]
将公式(6)代入公式(4)和公式(5)，获取采用岩体声波p波速度c
p
表示的岩体变形模量em以及原岩区岩体的变形模量e
m0
，分别为
[0120][0121][0122]cp
为岩体声波p波速度，c
p0
为原岩区的平均波速，k为拟合常数。则原岩区岩体的变形模量e
m0
可根据公式(8)确定。
[0123]
步骤s5中，将岩石试样的实际破坏特征与剩余弹性能指数对比分析，能够确定不同岩爆倾向性等级，其中，岩石的剩余弹性能指数计算公式为
[0124]aef
＝u
e-uaꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0125]
公式(9)中，ue为岩石单轴压缩应力-应变曲线的峰前弹性能密度，单位为kj/m3，ua为岩石单轴压缩应力-应变曲线的峰后破坏能密度，单位为kj/m3，a
ef
为岩石的剩余弹性能指数；公式(9)的提供是基于论文“基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性判断”，从而引入了岩石的剩余弹性能指数a
ef
这样的概念。
[0126]
然后确定的不同岩爆倾向性等级对应的剩余弹性能指数为
[0127][0128]
通过大量室内试验结果的数据统计，这里如图3所示，获取岩石剩余弹性能指数a
ef
与弹性模量er(gpa)的关系为
[0129]aef
＝47.76+6.97erꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0130]
公式(11)中，a
ef
为岩石的剩余弹性能指数，er为岩石的弹性模量；
[0131]
根据mitri和polemis的研究，岩体的变形模量em与岩石的弹性模量er之间关系为
[0132][0133]
公式(12)中，em为岩体的变形模量，er为岩石的弹性模量，rmr
76
为bieniawski于1976年提出岩体地质力学分级指标，由岩块强度和节理各类特征和地下水状态等六种因素的分值组成，是应用最广泛的岩体分级方法之一；
[0134]
根据hoek的研究，当rmr
76
》18时，rmr
76
与gsi相等，故公式(12)写为
[0135][0136]
结合公式(11)和公式(13)求得围岩剩余弹性能指数与其变形模量em之间的定量关系为
[0137][0138]
若判断出现场不具备围岩声波测试条件，则根据确定的围岩损伤因子d确定围岩岩爆倾向性的步骤为：
[0139]
步骤s511：根据公式(2)和公式(3)得到岩体的变形模量em为
[0140][0141]
公式(15)中，e
m0
为原岩区岩体的变形模量，em为岩体的变形模量；
[0142]
根据公式(14)和公式(15)求得围岩剩余弹性能指数与围岩损伤因子d之间的定量关系：
[0143][0144]
步骤s512：根据步骤s1获取的完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
与地质强度指标gsi值代入公式(3)求得原岩区岩体的变形模量e
m0
，令d
m0
＝0并将e
m0
代入公式(16)获取原岩区岩体的剩余弹性能指数根据公式(10)评价原岩区岩体的岩爆倾向性；
[0145]
步骤s513：将步骤s3获取的围岩损伤因子d以及步骤s512中获取的原岩区岩体的变形模量e
m0
代入公式(16)获取围岩损伤区的剩余弹性能指数根据公式(10)评价原岩区岩体的岩爆倾向性。
[0146]
若判断出现场具备围岩声波测试条件，根据规范获取距离围岩表面不同深度位置的岩体声波p波速度c
p
，确定围岩岩爆倾向性的步骤为：
[0147]
步骤s521：结合公式(7)和公式(8)，获取岩体的变形模量
[0148][0149]
公式(17)中，e
m0
为原岩区或者未损伤的岩体的变形模量，em为岩体的变形模量，k为拟合常数，c
p
为距围岩表面不同深度处的声波速度，c
p0
为原岩区的平均波速；
[0150]
公式(14)和公式(17)结合获取围岩剩余弹性能指数与声波p波速度c
p
之间的定量关系为
[0151][0152]
步骤s522：根据步骤s3中原岩区岩体的平均波速c
p0
代入公式(8)获取原岩区岩体
的变形模量e
m0
，令c
p
＝c
p0
代入公式(18)即可求得原岩区岩体的剩余弹性能指数根据公式(10)评价原岩区岩体的岩爆倾向性；
[0153]
步骤s523：根据步骤s3获取的围岩损伤区不同深度处岩体的声波p波速度c
p
代入公式(18)获取不同深度围岩的剩余弹性能指数并根据公式(10)评价损伤区围岩的岩爆倾向性。
[0154]
为了更加直观的体现本技术的优越性，本技术提供了多个实施例进行阐述。实施例1是以我国西南地区某水电站埋深为1500～2500m的1号引水隧洞考察段围岩、实施例2是2号引水隧洞考察段围岩、实施例3是施工辅助洞考察段围岩开挖后的岩爆倾向性评价为例。
[0155]
实施例1：
[0156]
基于围岩岩爆倾向性定量评价方法，步骤s1：根据工程地质勘察资料，1号引水隧洞考察段围岩的基本质量等级为ii级，gsi＝61，完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
＝110mpa。
[0157]
步骤s2：由步骤s1的结果，结合公式(1)可知：围岩的基本质量等级在iii～i级内，σ
ci
》60mpa。则初步判断1号引水隧洞考察段围岩可能具有岩爆倾向性，故可以进一步开展具体岩爆倾向性的评价。
[0158]
步骤s3：由于工期要求，支护施工紧跟开挖进行，现场不具备声波测试的条件，故可利用h-b准则对围岩的损伤程度进行估算。根据现场围岩的损伤情况(1号引水隧洞采用隧道掘进机tbm开挖，由于工程所在区的地应力水平较高，受地应力挤压作用，隧洞底部产生了显著的挤压变形)，结合表1可确定围岩损伤因子d
medz
＝0.5，原岩区默认损伤因子d
m0
＝0。
[0159]
步骤s4：根据步骤s1获取的完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
＝110mpa与地质强度指标gsi＝61代入公式(3)即可求得d＝0的原岩区岩体的变形模量e
m0
＝18.84gpa。
[0160]
步骤s5：对原岩区以及损伤区围岩的岩爆倾向性进行评价。
[0161]
首先，将步骤s3获取的原岩区损伤因子d
m0
＝0以及e
m0
＝18.84gpa、gsi＝61代入到公式(16)中即可获取原岩区岩体的岩爆倾向性根据公式(10)可判断原岩区岩体的岩爆倾向性为强岩爆倾向；其次，将步骤s3获取的损伤区围岩损伤因子d
medz
＝0.5以及e
m0
＝18.84gpa、gsi＝61代入到公式(16)中，可求得损伤区围岩的剩余弹性能指数a
ef
＝194.97kj/m3，根据公式(10)可判断损伤区围岩的岩爆倾向性为中岩爆倾向。
[0162]
至此，实现了实施例1中1号引水隧洞考察段围岩开挖后的岩爆倾向性快速定量评价。评价结果为：考察段围岩具有中岩爆倾向和强岩爆倾向，具体为围岩损伤区具有中岩爆倾向，原岩区具有强岩爆倾向。
[0163]
实施例2：
[0164]
步骤s1：根据工程地质勘察资料，2号引水隧洞考察段围岩的基本质量等级同样为iii级，gsi＝55，完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
＝105mpa。
[0165]
步骤s2：由步骤s1的结果，结合公式(1)可知：围岩的基本质量等级在iii～i级内，σ
ci
》60mpa。则初步判断施工排水洞考察段围岩可能具有岩爆倾向性，故可以进一步开展具体岩爆倾向性的评价。
[0166]
步骤s3：由于现场不具备声波测试的条件，故利用h-b准则对围岩的损伤程度进行
估算。根据现场围岩的损伤情况(2号引水隧洞隧洞采用钻爆法开挖，因爆破方案不合理，造成硬岩隧洞围岩的爆破效果很差，则距围岩表面深度为2m内岩体产生严重损伤)，结合表1可确定损伤区内由围岩表面dm＝1线性降低为dm＝0，原岩区默认损伤因子d
m0
＝0。
[0167]
步骤s4：根据步骤s1获取的完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
＝105mpa与地质强度指标gsi＝55代入公式(3)即可求得d＝0的原岩区岩体的变形模量e
m0
＝13.34gpa。
[0168]
步骤s5：对原岩区以及损伤区围岩的岩爆倾向性进行评价。
[0169]
具体地，首先，将步骤s3获取的原岩区损伤因子d
m0
＝0以及e
m0
＝13.34gpa、gsi＝55代入到公式(16)中即可获取原岩区岩体的岩爆倾向性根据公式(10)可判断原岩区岩体的岩爆倾向性为强岩爆倾向；其次，将步骤s3获取的距围岩深度2m内的围岩损伤因子由dm＝1线性降低为dm＝0，可求得损伤因子dm与深度d之间的线性表达式如图4所示，即dm＝1-0.5d。结合前面获取的e
m0
＝18.84gpa、gsi＝61代入到公式(16)中，可求得损伤区围岩的剩余弹性能指数与深度d之间的关系如图6所示，即结合公式(10)即可确定损伤区内不同深度围岩岩爆倾向性，即损伤区内随着距围岩表面深度增加，岩爆倾向性逐渐增强，并依次经历了轻岩爆倾向(d≤0.54m)、中岩爆倾向(0.54m《d≤1.78m)、强岩爆倾向(1.78m《d≤2m)。
[0170]
至此，实现了实施例2中2号引水隧洞考察段围岩开挖后的岩爆倾向性快速定量评价评价结果为：随距围岩表面深度增加，岩爆倾向性逐渐增强，并依次经历了轻岩爆倾向(d≤0.54m)、中岩爆倾向(0.54m《d≤1.78m)、强岩爆倾向(1.78m《d)。
[0171]
实施例3：
[0172]
步骤s1：根据工程地质勘察资料，施工辅助洞考察段围岩的基本质量等级为ii级，地质强度指标gsi＝65，完整岩石的单轴抗压强度σ
ci
＝120mpa。
[0173]
步骤s2：由步骤s1的结果，结合公式(1)可知：围岩的基本质量等级在iii～i级内，σ
ci
》60mpa。则初步判断施工辅助洞考察段围岩可能具有岩爆倾向性，故可以进一步开展具体岩爆倾向性的评价。
[0174]
步骤s3：由于施工辅助洞现场具备声波测试的条件，故首先参考《水利水电工程岩石试验规程》(slt 264-2020)中的建议测得距围岩表面不同深度处岩体声波p波速度c
p
，实施例3施工辅助洞考察段围岩开挖后，现场在围岩表面垂直钻1个深8m的声波测试孔进行单孔声波测试，声波收发换能器从孔底向孔口移动，移动间隔为0.2m，得到了考察段围岩不同深度的声波p波速度如图5所示。根据岩体力学性质越差，声波p波速度越低，围岩损伤越严重，判断声波速明显降低段为损伤区范围，损伤区之外为原岩区，根据图5可知，距围岩表面2m内的声波速度明显较低，故认定d≤3m范围的岩体为损伤区，d》3m的岩体为原岩区，对原岩区的所有声波速度数据取平均值得到平均波速c
p0
＝5.89km/s。
[0175]
步骤s4：首先由地质勘察资料可以得到工程所在范围岩体的地震波p波速度v
p
与声波p波速度c
p
之间的线性拟合关系为：v
p
＝0.85c
p
+0.04，其中拟合常数k＝0.85，b＝0.04。则根据拟合常数k和b和步骤s3获取的原岩区平均波速c
p0
＝5.88km/s代入公式(8)中求得原岩区岩体的变形模量e
m0
＝32.62gpa。
[0176]
步骤s5：对原岩区以及损伤区围岩的岩爆倾向性进行评价。
[0177]
首先，由前述步骤获取的gsi＝65，e
m0
＝32.62gpa，令c
p
＝c
p0
代入公式(18)即可求
得原岩区岩体的剩余弹性能指数根据公式(10)可得原岩区的岩爆倾向性为强岩爆倾向；其次，由e
m0
＝32.62gpa、gsi＝65以及损伤区的声波速度c
p
，根据公式(18)求得损伤区围岩随深度变化的岩爆倾向性如图6所示，并根据公式(10)对损伤区的岩爆倾向性进行评价，从图6中可以看出损伤区内围岩岩爆倾向性由表及里分别为轻岩爆倾向、中岩爆倾向、强岩爆倾向。为了获取各等级岩爆倾向的具体范围，对图6中的数据进行最优函数拟合，实施例3采用二次多项式进行拟合，得到损伤区内围岩岩爆倾向性与深度d之间的拟合关系为：并分别将和代入求得，距围岩表面d≤1.03m范围具有轻岩爆倾向；距围岩表面1.03m《d≤1.69m范围具有中岩爆倾向；距围岩表面1.69m《d≤3.00m范围具有强岩爆倾向。
[0178]
至此，实现了实施例3中施工辅助洞考察段围岩受开挖扰动影响的围岩岩爆倾向性快速定量评价，评价结果为：围岩由表及里分别具有轻岩爆倾向(d≤1.03m)、中岩爆倾向(1.03m《d≤1.69m)和强岩爆倾向(1.69m《d)。
[0179]
综上可知，本技术结合h-b强度准则与岩爆案例数据分析法建立了考虑开挖扰动效应的围岩岩爆倾向性快速定性定量综合评价方法，极大简化了常规的岩爆倾向性需要现场大量取样、制备以及室内试验的繁琐过程。
[0180]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0181]
本技术中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
[0182]
本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
[0183]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。