高地應(yīng)力硬巖大型洞室群圍巖變形破壞與巖石強(qiáng)度應(yīng)力比關(guān)系研究

，，

(1.中國電建集團(tuán) 成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都 610072； 2.長江科學(xué)院 水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室，武漢 430010)

1 研究背景

近年來，在我國西部高山峽谷地區(qū)，已經(jīng)建成了諸如雅礱江錦屏一級、官地和大渡河猴子巖等水電工程。在復(fù)雜區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景下的地下洞室群施工開挖過程中，圍巖將受到高—極高的初始地應(yīng)力影響，在洞室群不同部位出現(xiàn)卸荷回彈、片幫剝落、巖體劈裂等不同類型的圍巖變形破壞現(xiàn)象，支護(hù)措施如混凝土噴層出現(xiàn)不同數(shù)量、不同規(guī)模的裂縫或脫落，這些由圍巖變形引起的破壞，都會導(dǎo)致支護(hù)工程量的增加和工期的延長，使得工程投資增加。隨著我國西部水電資源的大規(guī)模開發(fā)，位于西部高山峽谷地區(qū)高地應(yīng)力大型地下洞室群將會越來越多，由高地應(yīng)力引起的圍巖變形破壞失穩(wěn)問題也越來越凸顯，已成為當(dāng)前巖石力學(xué)研究和工程地質(zhì)勘察的重點和難點課題。

目前，有關(guān)高地應(yīng)力條件下洞室群圍巖變形破壞成果，以變形破壞機(jī)理及加固措施研究居多，如對施工期洞室群圍巖變形破壞特征[1-3]、時效變形特征及其成因機(jī)理[4-7]、加固措施的研究[8-10]。另外，也有針對圍巖卸荷松弛的聲波曲線特征、聲波曲線的時間效應(yīng)特征對圍巖變形破壞特征及機(jī)理的研究[11-12]，以及針對圍巖變形破壞類型與洞室方向的關(guān)系、卸荷松弛形成時間規(guī)律及其最佳支護(hù)時機(jī)選擇的研究[13-14]。根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范[15]，巖石強(qiáng)度應(yīng)力比作為巖體初始地應(yīng)力分級的主要依據(jù)，是工程勘察階段預(yù)測工程巖體施工開挖過程主要力學(xué)響應(yīng)的重要指標(biāo)。雖然針對高地應(yīng)力條件下地下洞室開展圍巖分類研究時，已有研究根據(jù)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比進(jìn)行初始地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)的研究進(jìn)展[16]，但均未涉及對硬巖大型洞室群圍巖變形破壞類型與巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的關(guān)系和規(guī)律的研究。

本文以具有典型高地應(yīng)力特點的錦屏一級水電站地下廠房和猴子巖水電站地下廠房2個硬巖大型洞室群為研究對象，首先系統(tǒng)梳理了這2個工程的工地地質(zhì)條件，包括圍巖巖性、巖石強(qiáng)度和初始地應(yīng)力等數(shù)據(jù)，并針對兩洞室群的施工期圍巖穩(wěn)定演化過程開展分析，詳細(xì)統(tǒng)計了施工開挖過程中的圍巖破壞類型和數(shù)量。然后，根據(jù)巖石抗壓強(qiáng)度和初始地應(yīng)力數(shù)據(jù)，繪制了典型地質(zhì)剖面的巖石抗壓強(qiáng)度、初始最大主應(yīng)力以及巖石強(qiáng)度應(yīng)力比分區(qū)圖，并進(jìn)一步結(jié)合圍巖140多個破壞現(xiàn)象與發(fā)生部位，建立了高地應(yīng)力條件下硬巖大型地下洞室群圍巖變形破壞類型與巖石強(qiáng)度應(yīng)力比之間的聯(lián)系。最后，采用基于強(qiáng)度應(yīng)力比的地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)，研究了現(xiàn)有規(guī)范分級標(biāo)準(zhǔn)[16]和根據(jù)高地應(yīng)力區(qū)特點提出的修正分級標(biāo)準(zhǔn)[17]的適用性，以及圍巖變形破壞數(shù)量和特定破壞類型與地應(yīng)力分級之間的關(guān)系。

研究成果有助于今后高地應(yīng)力條件下硬巖大型地下洞室施工期圍巖變形破壞類型預(yù)測，并為提出具有針對性的施工期圍巖穩(wěn)定控制措施提供參考。

2 典型地下洞室群工程地質(zhì)特征

2.1 錦屏一級水電站地下廠房洞室群

2.1.1 工程概況

錦屏一級水電站地下廠房布置于雅礱江右岸大壩下游山體內(nèi)，地下廠區(qū)洞室群規(guī)模巨大，主要由引水洞、地下廠房、母線洞、主變室、尾水調(diào)壓室和尾水洞等約40個洞室組成，水平埋深一般約110～300 m，廠房軸線N65°W，其中3大主洞室中的主廠房開挖尺寸為276.99 m(長度)×(28.90 m/25.60 m)(巖錨梁以上寬度/巖錨梁以下寬度)×68.8 m(高度)，主變室開挖尺寸為197.10 m(長度)×19.30 m(寬度)×32.70 m(高度)，圓筒型1#調(diào)壓室開挖尺寸為80.50 m(高度)×(41 m/38 m)(上室直徑/下室直徑)，圓筒型2#調(diào)壓室開挖尺寸為79.50 m(高度)×(37 m/35 m)(上室直徑/下室直徑)。

2.1.2 地下廠房洞室群巖性與巖石抗壓強(qiáng)度

地下廠區(qū)涉及巖層巖性包括中上三疊統(tǒng)雜谷腦組第二段第2—第4層大理巖，其中第2層既有中—厚層狀大理巖，又有薄層狀大理巖，夾順層綠片巖，中硬與堅硬巖相間分布；第3層以條紋狀大理巖、同色角礫狀大理巖為主，夾極少量薄層綠片巖，巖體多呈厚層—塊狀結(jié)構(gòu)；第4層巖性為雜色角礫狀大理巖、灰白色大理巖，零星分布透鏡狀綠片巖。巖層巖性可以劃分為7種巖石類型，巖石強(qiáng)度一般約60～75 MPa，各種巖石類型的飽和單軸抗壓強(qiáng)度見表1。

表1 錦屏一級地下洞室群巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度Table 1 Saturated uniaxial compressive strength of rock of underground caverns of Jinping Hydropower Station Stage-I

注：巖石強(qiáng)度分區(qū)和巖石強(qiáng)度應(yīng)力比分區(qū)中取范圍值；具體各變形破壞點巖石強(qiáng)度應(yīng)力比計算中取中值

根據(jù)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度和地下廠區(qū)洞室群巖層界線分區(qū)，可以得到錦屏一級地下廠區(qū)巖石強(qiáng)度分區(qū)平切面圖，見圖1。

圖1 錦屏一級地下洞室群巖石單軸抗壓強(qiáng)度分區(qū)Fig.1 Partition of surrounding rock according to uniaxial compressive strength of underground caverns of Jinping Hydropower Station Stage-I

2.1.3 地下廠房洞室群地應(yīng)力實測成果分析

錦屏一級水電站壩址區(qū)谷坡高陡，相對高差1 500～2 500 m，構(gòu)造應(yīng)力場以NW—NWW向為主壓應(yīng)力場，構(gòu)造應(yīng)力與高自重應(yīng)力疊加造成天然狀態(tài)下地應(yīng)力量值高，且分布不均一。錦屏一級地下廠區(qū)分別進(jìn)行了24組空間地應(yīng)力測試。根據(jù)地應(yīng)力實測成果對洞室群進(jìn)行最大主應(yīng)力量值分區(qū)劃分，可得到地下廠區(qū)最大主應(yīng)力σ1量值分區(qū)平切面圖，見圖2。

圖2 錦屏一級地下廠區(qū)最大主應(yīng)力σ1量值分區(qū)Fig.2 Partition of surrounding rock according to values of maximum principal stress σ1 of the underground cavern group of Jinping Hydropower Station Stage-I

由圖2可見：實測初始最大主應(yīng)力一般為20～30 MPa，最高達(dá)35.7 MPa，方向平均為N48.7°W，與廠房軸線夾角約15°～20°。

2.2 猴子巖水電站地下廠房洞室群

2.2.1 工程概況

猴子巖水電站地下廠房3大主洞室的主廠房、主變室、尾調(diào)室呈平行布置，洞軸線方向 N61°W。地下廠房洞室群水平埋深280～510 m，垂直埋深400～660 m。主廠房開挖尺寸為219.5 m×29.2 m×68.7 m(長度×寬度×高度)，主變室開挖尺寸為139.0 m×18.8 m×25.2 m(長度×寬度×高度)，長廊型尾水調(diào)壓室開挖尺寸為140.5 m×23.5 m×75.0 m(長度×寬度×高度)。

2.2.2 地下廠房洞室群巖性與巖石抗壓強(qiáng)度

猴子巖地下廠區(qū)涉及巖層巖性包括志留系上統(tǒng)(S3)—泥盆系下統(tǒng)(D1)變質(zhì)碳酸鹽巖、絹云石英白云片巖、泥質(zhì)結(jié)晶白云巖等，總體上為中厚層—厚層—巨厚層狀，局部夾薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，少量夾薄層狀含絹云母變質(zhì)灰?guī)r。巖層巖性可以劃分為6種巖石類型，巖石強(qiáng)度一般約80～100 MPa，各種巖石類型的飽和單軸抗壓強(qiáng)度見表2。

表2 猴子巖地下洞室群巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度Table 2 Saturated uniaxial compressive strength of rock of underground caverns of Houziyan Hydropower Station

注：抗壓強(qiáng)度取值原則同表1

根據(jù)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度和地下廠區(qū)洞室群巖層界線分區(qū)，可以得到猴子巖單軸抗壓水電站地下廠區(qū)巖石單軸抗壓強(qiáng)度分區(qū)平切面圖，見圖3。

圖3 猴子巖地下洞室群巖石單軸抗壓強(qiáng)度分區(qū)Fig.3 Partition of surrounding rock according to uniaxial compressive strength of underground caverns of Houziyan Hydropower Station

2.2.3 地下廠房洞室群地應(yīng)力實測成果分析

猴子巖水電站地處深山峽谷區(qū)，新構(gòu)造運動總體特點以整體間歇性強(qiáng)烈抬升為主，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力最大主應(yīng)力方向表現(xiàn)為近EW向或NWW—SEE向。巖體以堅硬較完整變質(zhì)灰?guī)r為主，易于蓄集較高的應(yīng)變能，地應(yīng)力值相對較高。猴子巖地下廠區(qū)進(jìn)行了9組空間地應(yīng)力測試。根據(jù)地應(yīng)力實測成果對洞室群進(jìn)行最大主應(yīng)力量值分區(qū)劃分，可得到最大主應(yīng)力σ1量值分區(qū)平切面圖，圖4為猴子巖地下廠區(qū)最大主應(yīng)力σ1量值分區(qū)平切面圖。

圖4 猴子巖地下廠區(qū)最大主應(yīng)力σ1量值分區(qū)Fig.4 Partition of surrounding rock according to values of maximum principal stress σ1 of the underground cavern group of Houziyan Hydropower Station

由圖4可見：實測初始最大主應(yīng)力多在 20～30 MPa范圍內(nèi)，最大36.43 MPa，方向一般N41°～75°W，與廠房軸線夾角約14°～20°。

3 洞室群圍巖變形破壞與巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的關(guān)系

3.1 洞室群施工期圍巖變形破壞類型和部位分析

錦屏一級地下廠房受高—極高地應(yīng)力、相對較低的巖石強(qiáng)度和大規(guī)模洞室群復(fù)雜的洞室結(jié)構(gòu)等諸多因素的綜合影響，施工開挖過程中洞室群不同部位圍巖發(fā)生了較大范圍的變形破壞，從洞室淺表部到深部均有發(fā)生、發(fā)展。在洞室群開挖完成后，調(diào)查、統(tǒng)計表明共有變形破壞60點，歸納、分類可以劃分為片幫剝落、卸荷回彈、巖體劈裂、擠壓片狀碎裂、巖層彎折內(nèi)鼓、環(huán)向卸荷拉裂、巖層錯動7種類型。

猴子巖地下廠房洞室群在施工過程中發(fā)生了同樣的大范圍變形破壞，較明顯、較強(qiáng)烈的區(qū)域主要是主廠房上下游拱座下方至巖錨梁之間。調(diào)查、統(tǒng)計表明共有81點，歸納、分類可以劃分為片幫剝落、卸荷回彈、擠壓片狀碎裂、巖體劈裂、環(huán)向卸荷拉裂、巖體鼓脹6種類型。

可見，上述這2個高地應(yīng)力區(qū)地下廠房在施工過程中發(fā)生圍巖變形破壞分類都與已有研究成果[17]的劃分略有所不同。另外，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，這類高地應(yīng)力區(qū)硬巖大型地下洞室群圍巖破壞的部位主要發(fā)生在順河向洞室下游側(cè)拱座、上下游拱座至巖錨梁高程、上游邊墻等部位，而順河向的洞室圍巖破壞發(fā)生的工程部位可能主要發(fā)生在外側(cè)頂拱及內(nèi)側(cè)邊墻下部，或發(fā)生在頂拱及外側(cè)邊墻；不論在垂河向洞室還是順河向洞室，其洞壁淺表部圍巖變形破壞現(xiàn)象主要表現(xiàn)為受開挖影響更明顯的巖體劈裂、片幫剝落、卸荷回彈等，新生裂隙裂面一般陡傾角傾向洞內(nèi)，反映了開挖后卸荷強(qiáng)烈作用。

表3進(jìn)一步給出了2個典型工程各種圍巖變形破壞類型的發(fā)生總數(shù)以及占比，對于錦屏一級地下廠房，片幫剝落最多，有21點、占35%；其次是卸荷回彈，有15點、占25%；最少是巖層錯動和擠壓片狀碎裂，分別都只有2點、占3%。對于猴子巖地下廠房，巖體劈裂最多，有48點、占59.3%，其次是片幫剝落，有25點、占30.9%，最少是擠壓片狀碎裂，只有1點、占1.2%。

表3 硬巖大型地下洞室群圍巖破壞數(shù)量統(tǒng)計Table 3 Statistics on the number of surrounding rock failures of large underground caverns in hard rock

3.2 地下洞室群區(qū)域巖石強(qiáng)度應(yīng)力比分區(qū)特征

上述3.1節(jié)中給出了高地應(yīng)力硬巖大型洞室群施工期圍巖變形破壞類型和發(fā)生部位的復(fù)雜性特征，體現(xiàn)的是洞室群不同部位的巖性、巖石強(qiáng)度以及初始地應(yīng)力等影響因素的差異性。所以，采用一個既能反映巖石強(qiáng)度特性又能反映初始地應(yīng)力特征的相對指標(biāo)，用于梳理洞室群圍巖變形破壞的規(guī)律是必要的。

對于賦存于一定地應(yīng)力環(huán)境的巖石，強(qiáng)度應(yīng)力比指標(biāo)應(yīng)是一個客觀存在的屬性。綜合上述給出的地下廠區(qū)巖石強(qiáng)度分區(qū)和最大主應(yīng)力量值分區(qū)平切圖，可將兩分區(qū)圖合并，得到巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的分區(qū)特征圖， 見圖5。巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的分區(qū)圖綜合了巖石強(qiáng)度分區(qū)和最大主應(yīng)力分區(qū)的主要特征，在總體上呈現(xiàn)出越靠近山內(nèi)側(cè)，強(qiáng)度應(yīng)力比指標(biāo)越低的分布趨勢；在局部則受到不連續(xù)地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)度低的影響，使得強(qiáng)度應(yīng)力比在局部出現(xiàn)陡降。總體來看，巖石強(qiáng)度應(yīng)力比量值較低的區(qū)域，正是地下廠房洞室群施工開挖過程中易發(fā)圍巖變形破壞的區(qū)域。圖5綜合地質(zhì)勘察和實測地應(yīng)力成果，直觀展示了工程巖體在施工開挖過程中更易發(fā)生問題，由此更應(yīng)予以關(guān)注的部位，這為后續(xù)的地下廠房開挖支護(hù)設(shè)計和施工期圍巖穩(wěn)定控制提供了依據(jù)。

3.3 不同地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)下圍巖破壞分布特征

表4給出了基于現(xiàn)行規(guī)范[16]和修正的初始地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)[17]。其中，修正的初始地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)[17]是在廣泛搜集、整理目前大型水電工程地應(yīng)力狀況資料(尤其是高地應(yīng)力區(qū)大型地下廠房)的基礎(chǔ)上，對地應(yīng)力分類評價指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)提出的新建議，是反映我國水電工程實踐的最新研究成果。

將錦屏一級和猴子巖2個硬巖大型地下廠房洞室群的圍巖破壞部位與其所在部位的巖石強(qiáng)度應(yīng)力比值相聯(lián)系，分別采用現(xiàn)行規(guī)范和修正的巖體初始地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)，可以得到不同分級標(biāo)準(zhǔn)下的圍巖變形破壞數(shù)量分布特征。基于現(xiàn)行規(guī)范的地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)，2個水電站地下廠房中僅有8處圍巖變形破壞歸入極高地應(yīng)力范疇，占5.6%，絕大多數(shù)圍巖變形破壞屬于高地應(yīng)力范疇，共128點，占90.8%，另有3.5%的圍巖變形破壞屬于中等地應(yīng)力范疇，見圖6?；谛拚牡貞?yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)，則有73.0%的圍巖變形破壞屬于極高地應(yīng)力破壞，26.2%的圍巖變形破壞屬于高地應(yīng)力破壞，0.7%的圍巖變形破壞屬于中等應(yīng)力破壞。

結(jié)合已建水電工程所獲得的地下洞室圍巖變形破壞特征和相應(yīng)的地應(yīng)力特點等經(jīng)驗，可知錦屏一級和猴子巖水電站的2個地下廠房所發(fā)生的圍巖變形破壞程度、破壞范圍均具有顯著的與極高地應(yīng)力條件所對應(yīng)的特點。因此，對于圖6(a)和圖6(b)，可知基于修正的地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)更符合高地應(yīng)力條件下地下廠房圍巖變形破壞特點。

圖5 大型地下洞室群巖石強(qiáng)度應(yīng)力比分區(qū)Fig.5 Zoning of surrounding rock according to strength-to-stress ratio of large-scale underground cavern group

3.4 圍巖變形破壞與巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的關(guān)系

采用修正的巖體初始地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)，研究了錦屏一級地下廠房和猴子巖2個硬巖大型地下廠房洞室群的圍巖破壞類型與巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的關(guān)系。

(1)當(dāng)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比<3時，2個地下廠房出現(xiàn)次數(shù)最多的圍巖變形破壞類型為巖體劈裂、片幫剝落和卸荷回彈，為40次、34次、14次，分別占比39.6%,33.7%和13.9%，見圖7(a)。

(2)當(dāng)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比介于3～6時，2個地下廠房出現(xiàn)次數(shù)最多的圍巖變形破壞類型為巖體劈裂和片幫剝落，為16次和11次，分別占比43.2%和29.7%，見圖7(b)。

表4 基于巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的初始地應(yīng)力不同分級標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Different grading standards for initial geostress based on rock’s strength-to-stress ratio

圖6 2種分級標(biāo)準(zhǔn)下圍巖破壞數(shù)量統(tǒng)計特征Fig.6 Statistical quantities of failures of surrounding rock under two grading standards

圖7 基于巖石強(qiáng)度應(yīng)力比修正分級標(biāo)準(zhǔn)的圍巖破壞 類型和數(shù)量的統(tǒng)計分布特征Fig.7 Statistical distribution characteristics of surrounding rock failure types and quantities based on grading standards modified according to rock’s strength-to-stress ratio

由上可見，巖體劈裂和片幫剝落在極高地應(yīng)力和高地應(yīng)力條件下，均是出現(xiàn)較多的圍巖變形破壞類型，卸荷回彈破壞則在極高地應(yīng)力條件下出現(xiàn)較多。其他變形破壞類型，包括巖層彎折內(nèi)鼓、環(huán)向卸荷拉裂、巖體鼓脹、巖層錯動和擠壓片狀碎裂，出現(xiàn)次數(shù)相對較少，規(guī)律性不明顯。

從上述統(tǒng)計分析可知，巖體劈裂、片幫剝落和卸荷回彈是高地應(yīng)力區(qū)硬巖大型地下廠房洞室群圍巖變形破壞的主要類型，其形成機(jī)制主要體現(xiàn)的是應(yīng)力誘導(dǎo)型破壞機(jī)制[10,13,18]。進(jìn)一步研究這3種圍巖變形破壞與出現(xiàn)區(qū)域巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的關(guān)系，見圖8。

圖8 圍巖應(yīng)力誘導(dǎo)破壞類型統(tǒng)計分布隨巖石強(qiáng)度 應(yīng)力比的變化規(guī)律Fig.8 Variation of the statistical distribution of stress-induced failure types of surrounding rock against the strength-to-stress ratio of rock

由圖8可知，巖石強(qiáng)度應(yīng)力比越低，這3種圍巖變形破壞類型出現(xiàn)的次數(shù)就越多，巖石強(qiáng)度應(yīng)力比越高，這些變形破壞類型出現(xiàn)的次數(shù)就越少。這一規(guī)律表明了高地應(yīng)力條件下，巖石強(qiáng)度應(yīng)力比是高地應(yīng)力條件下硬巖大型地下廠房洞室群產(chǎn)生應(yīng)力誘導(dǎo)型圍巖變形破壞的主要控制性因素之一，同時也表明，應(yīng)力誘導(dǎo)型破壞機(jī)制是高地應(yīng)力—極高地應(yīng)力區(qū)硬巖大型地下廠房洞室群圍巖破壞的主要成因機(jī)制。

4 結(jié) 論

本文以具有典型高地應(yīng)力特點的錦屏一級水電站地下廠房和猴子巖水電站地下廠房2個硬巖大型洞室群為研究對象，對施工期發(fā)生的圍巖變形破壞進(jìn)行了詳細(xì)梳理，并結(jié)合兩水電站地下廠房的工程地質(zhì)特征，分析了高地應(yīng)力硬巖大型地下洞室群圍巖變形破壞與巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的關(guān)系，主要結(jié)論為：

(1)錦屏一級和猴子巖水電站地下廠房施工開挖過程中，洞室群圍巖變形破壞類型眾多；通過對2個硬巖大型洞室群圍巖140多個破壞現(xiàn)象進(jìn)行統(tǒng)計，破壞類型可分為片幫剝落、卸荷回彈、巖體劈裂、擠壓片狀碎裂、巖層彎折內(nèi)鼓、環(huán)向卸荷拉裂、巖層錯動(巖體鼓脹)等7類，呈現(xiàn)出更為復(fù)雜的破壞機(jī)理和表現(xiàn)形式。

(2)將基于現(xiàn)行規(guī)范和修正的巖體初始地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)分別應(yīng)用于錦屏一級和猴子巖2個高地應(yīng)力區(qū)硬巖大型地下廠房洞室群中，發(fā)現(xiàn)修正的地應(yīng)力分級標(biāo)準(zhǔn)更符合高地應(yīng)力條件下硬巖大型地下廠房洞室群圍巖破壞特點。

(3)繪制了硬巖大型地下洞室群巖石抗壓強(qiáng)度、初始最大主應(yīng)力以及巖石強(qiáng)度應(yīng)力比分區(qū)圖，并結(jié)合圍巖140多個破壞現(xiàn)象和發(fā)生部位的統(tǒng)計，建立了高地應(yīng)力條件下硬巖大型洞室群圍巖變形破壞與巖石強(qiáng)度應(yīng)力比之間的關(guān)系。結(jié)果表明，巖體劈裂、片幫剝落和卸荷回彈是高地應(yīng)力條件下硬巖大型地下廠房洞室群最為常見的幾種圍巖變形破壞類型，其形成機(jī)制為應(yīng)力誘導(dǎo)型破壞機(jī)制；巖石強(qiáng)度應(yīng)力比越低，這些應(yīng)力誘導(dǎo)型圍巖破壞類型出現(xiàn)的次數(shù)就越多，反之越少，表明巖石強(qiáng)度應(yīng)力比是硬巖大型地下廠房洞室群產(chǎn)生應(yīng)力誘導(dǎo)型圍巖破壞的一個主控因素。

(4)對于高地應(yīng)力條件下大型地下洞室群開挖后圍巖所呈現(xiàn)出的不同類型的變形破壞，設(shè)計和施工人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)其變形破壞機(jī)制、形式，以及可能失穩(wěn)模式，選擇合適的開挖加固方法和適宜的支護(hù)強(qiáng)度，從而抑制或避免高地應(yīng)力開挖卸荷帶來的圍巖變形失穩(wěn)，保證施工期和運行期安全。

最后需要說明的是，本文依據(jù)的錦屏一級、猴子巖2個水電站大型地下洞室群巖層均以淺變質(zhì)的碎屑巖為主，巖體硬、脆特點突出，完整巖體儲能性能好，洞室群部位巖體初始地應(yīng)力普遍在20～30 MPa，最大都在35 MPa以上[18]。其他工程可能與錦屏一級、猴子巖有相似之處，但各個工程都會因地層巖性及巖石強(qiáng)度、地應(yīng)力環(huán)境和洞室群規(guī)模、結(jié)構(gòu)、開挖支護(hù)方案等方面的差異，施工開挖后出現(xiàn)圍巖變形破壞的類型和規(guī)律會有所不同。另外，由于本文的統(tǒng)計樣本有限，上述結(jié)論尚需要更多資料的驗證。