一种围岩稳定性监测方法技术

本发明专利技术涉及一种围岩稳定性监测方法，在隧洞围岩体内利用多点位移监测设备采集测点的位移数据，利用同一径向上测线相邻两测点之间的平均体积扩容率，作为围岩体积扩容率指标：以数据采集时间为横坐标，对应的围岩体积扩容率指标值为纵坐标绘制曲线，按照下述判据判定围岩的稳定性：当曲线宏观形态趋于水平时，说明测点间的围岩基本保持稳定；当曲线宏观形态为单调增加时，说明围岩浅部测点发生局部失稳或失稳；当曲线宏观形态为单调减小时，说明测点间围岩体发生整体失稳。本发明专利技术的方法可实现围岩一定区域全局损伤情况的监测，能够在工程实践中及时监测发现洞段失稳情况，并可根据监测情况及时更新支护方案。测情况及时更新支护方案。测情况及时更新支护方案。

【技术实现步骤摘要】
一种围岩稳定性监测方法


[0001]本专利技术涉及地下工程围岩安全监测相关领域，具体涉及一种围岩稳定性监测方法。

技术介绍

[0002]地下工程建设中，围岩安全监测技术具有重要意义，旨在收集可反映施工过程中的围岩变形信息，据以判断围岩的稳定状态以及当前支护结构参数和施工的合理性。
[0003]围岩变形可以分为4个阶段，从掌子面前方开始，分别是缓慢变形、急剧变形、变形减缓与基本稳定阶段，因此，围岩稳定性可考虑为洞周变形速率呈递减趋势并逐渐趋近于零，其累积位移未超过极限位移等等。当前的围岩失稳判据其实是单点位移判据，当一点的位移没有稳定而发生突变，或者变形速率不趋于0，则围岩未稳定或发生失稳。这一判据在描述围岩损伤与失稳具有局限性，无法描述围岩区域性损伤与失稳。在很多情况下，浅部某个测点位移发生突变，并不意味着围岩一定区域内就发生失稳，此时的围岩仍然具有承载与扩容能力。随着地下工程向深部地层发展，必然伴随着更为复杂严峻的条件，同时也出现了很多超经验的现象——如深部地下工程围岩中可能出现破裂区和完整区多次交替的现象，即分区破裂现象，具体如图1所示，此时，单点位移判据就无法描述围岩一定范围内的变形情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服单点位移判据的局限性，设计一种新的围岩变形指标，用来描述两个测点之间围岩体变形情况，并基于该指标提供一种围岩稳定性监测方法，为地下工程建设围岩安全控制提供更为全面的信息。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种围岩稳定性监测方法，包括：
[0007]在隧洞围岩体内利用多点位移监测设备采集测点的位移数据；
[0008]利用下式表征同一径向测线上相邻两测点之间的平均体积扩容率v
i,i+1
，作为围岩体积扩容率指标：
[0009][0010]式中，r
i
、r
i+1
分别是测点i、i+1距离隧洞中心点的距离，u
i
、u
i+1
分别是测点i、i+1的位移距离，记录为负值；
[0011]以数据采集时间为横坐标，对应的围岩体积扩容率指标值为纵坐标绘制曲线，按照下述判据判定围岩的稳定性：
[0012]当曲线宏观形态趋于水平时，判定测点间的围岩基本保持稳定；
[0013]当曲线宏观形态为单调增加时，判定围岩浅部测点发生局部失稳或失稳；深部测
点情况根据后序测点间的围岩体积扩容率指标曲线确定；
[0014]当曲线宏观形态为单调减小时，判定测点间围岩体发生整体失稳。
[0015]作为一种优选的实施方式，在隧洞围岩体的洞顶、边墙处各布设至少1条测线，用于采集位移数据。
[0016]作为一种优选的实施方式，在每条径向测线上布设不少于3个测点。
[0017]作为一种优选的实施方式，测线长度大于1倍洞径，或根据实际工程规模情况确定。
[0018]作为一种优选的实施方式，相邻测点等间距布设。
[0019]作为一种优选的实施方式，同一测线上相邻测点间距≥0.5m。通常设置为1m。
[0020]作为一种优选的实施方式，位移数据采集时间间隔为20
‑
40min。
[0021]作为一种优选的实施方式，径向测线上第一个用于计算的测点埋深≤0.5m。
[0022]作为一种优选的实施方式，围岩体测点间发生整体失稳时，可通过浅部测点和更深部测点之间的围岩体积扩容率指标，判断整体失稳的具体范围。
[0023]作为一种优选的实施方式，当曲线宏观形态不符合稳定形式时，应立即对已开挖围岩体采取处置措施，并且在后续洞段中更新支护方案或调整工程规模等。
[0024]本专利技术的方法可实现围岩一定区域全局损伤情况的监测，能够在工程实践中及时监测发现洞段失稳情况，并可根据不同形式的失稳情况及时采取维护措施，包括在后续洞段中更新支护方案或调整工程规模等处置措施。
附图说明
[0025]图1是深部地下工程分区破裂现象示意图。
[0026]图2是围岩体积扩容率计算示意图。
[0027]图3是围岩体积扩容率指标曲线特征及其含义示意图(位移数据记录为负数)；若位移数据记录为正数，则图中箭头方向相反。
[0028]图4是地应力设置示意图(单位：m)。
[0029]图5是位移监测点布置情况示意图。
[0030]图6是位移监测和声发射结果示意图；其中(1)工况1；(2)工况2；(3)工况3。
[0031]图7是围岩体积扩容率指标曲线；其中(1)工况1；(2)工况2；(3)工况3。
具体实施方式
[0032]实施例1
[0033]本实施例具体说明本专利技术方法的指标判定原理。
[0034]在同一时刻，硐室围岩的浅部测点变形一定大于深部测点变形，这就导致围岩径向一定距离的两个监测点的变形存在协调与不协调的差异。岩体被开挖后，在围岩从应力重分配到稳定的过程中，径向具有一定距离的两个测点之间的变形是从不协调到逐渐协调一致的过程。
[0035]利用下式表征同一径向上测线相邻两测点之间的平均体积扩容率v
i,i+1
，作为围岩体积扩容率指标((下文简写为VER指标，计算原理如图2)：
[0036][0037]式中，r
i
、r
i+1
分别是测点i、i+1距离隧洞中心点的距离，u
i
、u
i+1
分别是测点i、i+1的位移距离，本例中记录为负值。
[0038]将公式(1)化简后，得到决定其正负号的因式为：
[0039]u
i2
‑
u
i+12
+2r
i+1
u
i+1
‑
2r
i
u
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0040]i+1为远离隧洞中心点的测点，i为靠近隧洞中心点的测点。可以轻易地判断出：u
i
>u
i+1
，r
i+1
>r
i
(浅部测点位移一定大于深部测点位移)。式(2)中，前两式恒为正，后两式的正负需要分开讨论：
[0041]①
在围岩变形的最初始阶段，u
i
和u
i+1
值较为接近，所以位移具有主导优势，即由“2r
i
+1u
i
+1”决定因式的正负号，显然其为负号；
[0042]②
随着围岩逐渐变形，u
i
和u
i+1
差值越来越大，所以u
i2
‑
u
i+12
和
‑
2r
i
u
i
具有主导优势，显然u
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种围岩稳定性监测方法，其特征在于，包括：在隧洞围岩体内利用多点位移监测设备采集测点的位移数据；利用下式表征同一径向测线上相邻两测点之间的平均体积扩容率v
i,i+1
，作为围岩体积扩容率指标：式中，r
i
、r
i+1
分别是测点i、i+1距离隧洞中心点的距离，u
i
、u
i+1
分别是测点i、i+1的位移距离，记录为负值；以数据采集时间为横坐标，对应的围岩体积扩容率指标值为纵坐标绘制曲线，按照下述判据判定围岩的稳定性：当曲线宏观形态趋于水平时，判定测点间的围岩基本保持稳定；当曲线宏观形态为单调增加时，判定围岩浅部测点发生局部失稳或失稳；深部测点情况根据后序测点间的围岩体积扩容率指标曲线确定；当曲线宏观形态为单调减小时，判定测点间围岩体发生整体失稳。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在隧洞围岩体的洞顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤雷，温嘉琦，张盛行，贾宇，占其兵，王宇琨，王玉磊，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：