基于多數(shù)據(jù)源分析的隧洞圍巖力學(xué)參數(shù)取值研究

張雨霆 黃書嶺 丁秀麗 熊澤斌 陳銳

摘要：

針對缺乏現(xiàn)場巖石力學(xué)試驗(yàn)時(shí)的隧洞圍巖力學(xué)參數(shù)取值問題，提出了基于多源數(shù)據(jù)分析的隧洞圍巖力學(xué)取值方法。首先，提出用室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果推演巖體力學(xué)參數(shù)的使用原則，建立了巖石和巖體力學(xué)參數(shù)的初步聯(lián)系；依據(jù)規(guī)范建議和現(xiàn)場試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，提出基于質(zhì)量分級的巖體力學(xué)參數(shù)界限，并結(jié)合基于經(jīng)驗(yàn)型準(zhǔn)則的巖體力學(xué)參數(shù)估計(jì)值，形成了基于多源數(shù)據(jù)的圍巖力學(xué)參數(shù)的建議取值范圍；采用數(shù)值分析方法，對建議取值范圍內(nèi)的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，獲取了不同圍巖力學(xué)參數(shù)取值方案條件下的塑性區(qū)深度和圍巖變形的量化規(guī)律，并依據(jù)工程計(jì)算經(jīng)驗(yàn)縮減了巖體力學(xué)參數(shù)范圍；最后，進(jìn)一步結(jié)合類似工程案例的現(xiàn)場力學(xué)試驗(yàn)成果，提出了圍巖力學(xué)參數(shù)的取值方案。工程應(yīng)用表明，該方法有效解決了缺乏現(xiàn)場巖體力學(xué)試驗(yàn)條件下的隧洞圍巖力學(xué)取值問題，可為具有類似情形的隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)和圍巖穩(wěn)定評價(jià)提供參考。

關(guān) 鍵 詞：

隧洞圍巖； 力學(xué)參數(shù)； 多源數(shù)據(jù)； 工程類比； 數(shù)值模擬

中圖法分類號： TV91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.05.030

0 引 言

巖體力學(xué)參數(shù)是隧洞工程圍巖穩(wěn)定評價(jià)和支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性資料?，F(xiàn)場巖石力學(xué)試驗(yàn)?zāi)軌蚩陀^反映工程巖體的實(shí)際賦存條件，是最直接且應(yīng)用廣泛的巖體力學(xué)參數(shù)確定方法［1］。然而，實(shí)際工程中經(jīng)常存在設(shè)備進(jìn)出場困難和作業(yè)空間受限等客觀不利條件，使現(xiàn)場巖石力學(xué)試驗(yàn)的開展面臨較多困難。在缺乏現(xiàn)場力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)工程地質(zhì)評價(jià)給出的圍巖分類，參考GB/T 50218-2014《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》［2］等規(guī)范的建議取值范圍確定巖體力學(xué)參數(shù)［3］，也可根據(jù)《巖石力學(xué)參數(shù)手冊》［4］ 和《工程地質(zhì)手冊》［5］等資料，采用工程類比的思路進(jìn)行取值。國際上多采用RMR和Q系統(tǒng)對巖體進(jìn)行分級，通過基于巖體分級指標(biāo)與力學(xué)參數(shù)的關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)基于室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場查勘分析的巖體力學(xué)參數(shù)［6］和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度［7］估計(jì)。近年來，隨著數(shù)值方法和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，采用反演分析獲得圍巖力學(xué)參數(shù)的方法應(yīng)用越來越多，獲得的參數(shù)不僅體現(xiàn)了施工過程的影響，而且可以校正勘察設(shè)計(jì)階段的力學(xué)參數(shù)取值。張強(qiáng)勇等［8］發(fā)展了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)效應(yīng)優(yōu)化位移反分析法，并應(yīng)用于大崗山地下廠房洞室群圍巖力學(xué)參數(shù)的動態(tài)反演；王開禾等［9］提出了GSA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，應(yīng)用于圍巖力學(xué)參數(shù)反演；倪紹虎等［10］提出了考慮松動圈的圍巖參數(shù)場增量位移反分析方法，并應(yīng)用于溪洛渡水電站地下廠房圍巖參數(shù)反演。對于參考規(guī)范和參數(shù)手冊的取值方法，參數(shù)取值的合理性有賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)判斷，人為因素大；對于反饋分析方法，則需要獲得實(shí)測變形數(shù)據(jù)，無法在勘察設(shè)計(jì)階段使用。因此，如何依據(jù)室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果以及現(xiàn)場勘察中獲得的巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地下水等地質(zhì)信息，研究并提出圍巖力學(xué)參數(shù)的合適取值方法，對隧洞工程的設(shè)計(jì)具有重要意義，也是在缺乏現(xiàn)場巖體力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)需要解決的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題?；趯r體力學(xué)參數(shù)取值方法研究現(xiàn)狀的認(rèn)識，本文提出基于多數(shù)據(jù)源信息的隧洞圍巖力學(xué)取值方法，并將該方法應(yīng)用于拉洛水利樞紐德羅隧洞的設(shè)計(jì)中，以為隧洞工程的選線優(yōu)化、支護(hù)設(shè)計(jì)方案論證和圍巖穩(wěn)定評價(jià)提供基本依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 基本思路

1.1 概 述

本文提出的基于多數(shù)據(jù)源信息的隧洞圍巖力學(xué)取值方法，首先針對室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果，提出用于推演巖體力學(xué)參數(shù)的使用原則，建立巖石和巖體力學(xué)參數(shù)的初步聯(lián)系；然后，依據(jù)規(guī)范建議和現(xiàn)場試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，提出基于質(zhì)量分級的巖體力學(xué)參數(shù)界限，并結(jié)合基于經(jīng)驗(yàn)型準(zhǔn)則的巖體力學(xué)參數(shù)估計(jì)值，形成基于多數(shù)據(jù)源的圍巖力學(xué)參數(shù)的建議取值范圍；接下來，采用數(shù)值分析方法對建議取值范圍內(nèi)的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，獲取不同圍巖力學(xué)參數(shù)取值方案條件下的塑性區(qū)深度和圍巖變形的量化規(guī)律，并依據(jù)工程計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，縮減巖體力學(xué)參數(shù)范圍；最后，進(jìn)一步結(jié)合類似工程案例的現(xiàn)場力學(xué)試驗(yàn)成果，提出圍巖力學(xué)參數(shù)的建議取值方案。上述思路詳見圖1。

1.2 室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過鉆孔巖芯取樣，利用室內(nèi)巖塊的單軸壓縮試驗(yàn)，可確定巖石單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比。通過巖體的三軸壓縮試驗(yàn)，可確定巖體的抗剪強(qiáng)度、黏聚力和摩擦角。通過巖體卸圍壓試驗(yàn)，可研究巖體卸荷過程中的變形和能量變化特點(diǎn)，確定卸載時(shí)巖體的參數(shù)，如彈模、泊松比、黏聚力、摩擦角等。然而，受到尺寸效應(yīng)的影響，室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)獲得的變形和強(qiáng)度參數(shù)不能與工程尺度條件下的巖體力學(xué)參數(shù)等同，兩者之間存在著較大的差異。

對于硬質(zhì)巖，室內(nèi)試驗(yàn)獲得的力學(xué)參數(shù)值往往要高于現(xiàn)場試驗(yàn)參數(shù)值。這是由于室內(nèi)試驗(yàn)所采用的巖樣一般完整性較好，不含顯著削弱巖石強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)面（否則鉆芯法無法獲得完整試樣），因此不能反映實(shí)際賦存環(huán)境條件下的巖體變形和強(qiáng)度特性。對于軟質(zhì)巖，室內(nèi)試驗(yàn)獲得的力學(xué)參數(shù)又存在低于現(xiàn)場試驗(yàn)參數(shù)的可能。這是由于鉆孔取芯對圍巖施加了強(qiáng)烈的擾動，因軟巖的強(qiáng)度低、完整性差，在機(jī)械力擾動下，其力學(xué)性能進(jìn)一步劣化，使得室內(nèi)試驗(yàn)獲得的力學(xué)參數(shù)低于原巖未擾動狀態(tài)的參數(shù)。

因此，對于室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果，應(yīng)當(dāng)在充分認(rèn)識室內(nèi)和現(xiàn)場巖石力學(xué)試驗(yàn)條件的差異，以及科學(xué)分析導(dǎo)致這些差異原因的基礎(chǔ)上，審慎地選用，合理地確定室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果的應(yīng)用條件和使用方法。為此，本文提出室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果的4項(xiàng)選用原則：

（1） 巖性相近原則。巖性是構(gòu)成巖體的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是決定巖石力學(xué)參數(shù)差異的核心因素，應(yīng)選用與擬研究洞段巖性相同或相近的巖石相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2） 巖體結(jié)構(gòu)相近原則。應(yīng)在鉆芯取樣時(shí)，根據(jù)RQD值選用與擬研究洞段巖體完整性類似，且同時(shí)具有類似結(jié)構(gòu)面特性的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3） 埋深相近原則。應(yīng)選用與擬研究洞段的埋深相近區(qū)域獲得的巖石相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，埋深相近首先表明了應(yīng)力水平大致相當(dāng)，其次也確保了具有類似的卸荷風(fēng)化程度。

（4） 巖石和巖體力學(xué)參數(shù)的差異性原則。即便滿足了相近的巖性、巖體結(jié)構(gòu)和埋深條件，室內(nèi)獲得的巖石力學(xué)參數(shù)與表征現(xiàn)場圍巖特性的巖體力學(xué)參數(shù)仍存在差異，需要根據(jù)實(shí)際情況確定巖石和巖體力學(xué)參數(shù)的相互關(guān)系。對于鉆芯取樣獲得的完整性較好的巖樣，其室內(nèi)巖石力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)值一般高于巖體力學(xué)參數(shù)，可作為巖體力學(xué)參數(shù)取值的上限值；對于鉆芯取樣獲得的已被顯著擾動的巖樣，其室內(nèi)巖石力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)值一般低于巖體力學(xué)參數(shù)，可作為巖體力學(xué)參數(shù)取值的下限值。

1.3 規(guī)范建議值和現(xiàn)場力學(xué)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

多個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范依據(jù)巖體質(zhì)量級別對力學(xué)參數(shù)給出了建議取值區(qū)間（見表1），對于V類圍巖，GB/T 50218和GB 50086-2015僅給出了力學(xué)參數(shù)取值的上限，未給出下限。進(jìn)一步搜集行業(yè)規(guī)范的力學(xué)參數(shù)取值建議，見表2～3，可知公路和鐵路針對隧道圍巖也建議了力學(xué)參數(shù)取值范圍。

此外，張宜虎等［15-16］利用現(xiàn)場巖體力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，提出基于巖體質(zhì)量分級的變形模量和強(qiáng)度參數(shù)統(tǒng)計(jì)值（見表4）。

以力學(xué)參數(shù)取值難度相對更大的Ⅳ類和Ⅴ類圍巖為例繪制柱狀圖，分析不同規(guī)范對巖體力學(xué)參數(shù)建議取值區(qū)間的差異（見圖2）?？芍煌?guī)范的力學(xué)參數(shù)建議取值區(qū)間總體接近，基于現(xiàn)場力學(xué)試驗(yàn)的力學(xué)參數(shù)建議值也與規(guī)范大體相當(dāng)。均可作為提出相應(yīng)巖體分級力學(xué)參數(shù)取值區(qū)間的參考依據(jù)。

實(shí)際實(shí)施時(shí)，可根據(jù)巖性條件確定mi參數(shù)范圍，根據(jù)現(xiàn)場查勘得到的巖體結(jié)構(gòu)特征，確定GSI范圍，再根據(jù)隧洞的爆破影響程度，取得D值，從而代入式（1）～（6），獲得巖體力學(xué)參數(shù)估算值。

1.5 參數(shù)建議取值范圍確定及其敏感性分析

綜合室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、規(guī)范建議、現(xiàn)場試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)型準(zhǔn)則的巖體力學(xué)參數(shù)估計(jì)，可形成基于多數(shù)據(jù)源的圍巖力學(xué)參數(shù)建議取值范圍。根據(jù)該參數(shù)范圍，可設(shè)置多套巖體力學(xué)參數(shù)取值方案，再采用數(shù)值計(jì)算方法分析研究對象工程表征圍巖穩(wěn)定的指標(biāo)在不同力學(xué)參數(shù)取值方案下的量化規(guī)律，進(jìn)而依據(jù)工程計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對巖體力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果的敏感性識別，從而縮減力學(xué)參數(shù)取值范圍。

1.6 工程案例類比確定

工程案例類比是在缺乏試驗(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)所能采取的巖體力學(xué)參數(shù)取值主要手段。該方法的主要缺點(diǎn)在于難以獲得數(shù)量充分且具備相當(dāng)類似條件的工程資料。然而，通過前述工作，可獲得基于多數(shù)據(jù)源且經(jīng)敏感性分析實(shí)現(xiàn)縮減的巖體力學(xué)參數(shù)取值范圍。此時(shí)，即可根據(jù)為數(shù)不多的類似工程案例，提出圍巖力學(xué)參數(shù)的最終建議取值方案。

2 工程案例應(yīng)用

2.1 工程條件和應(yīng)用背景

拉洛水利樞紐德羅引水隧洞為無壓洞，其基巖為：侏羅系下統(tǒng)日當(dāng)組（J1r），以黑色頁巖、灰色鈣質(zhì)頁巖為主，局部含灰色細(xì)砂巖、硅質(zhì)、泥質(zhì)條帶、燧石結(jié)核和灰?guī)r團(tuán)塊，主要分布在出洞口一帶；侏羅系中-上統(tǒng)遮拉組（J2-3Z），主要為深灰色、灰色砂巖與頁巖互層，局部夾玄武巖及安山巖，含硅質(zhì)結(jié)核和泥質(zhì)、炭質(zhì)結(jié)核等，是隧洞所經(jīng)過的主要地層。

折線隧洞方案洞段的最大埋深為213 m，計(jì)算最大水平地應(yīng)力為9.1 MPa，最大水平主應(yīng)力方向與洞軸線夾角約56°。Ⅳ1類圍巖洞段長2 292 m，占30.41%，Ⅳ2類圍巖洞段長3 655 m，占48.50%，Ⅴ類圍巖洞段長1 589.16 m，占21.09%。

2.2 主要工程問題和解決方法

受前期勘測條件等多方面原因所限，在德羅隧洞工程區(qū)域僅進(jìn)行了鉆孔取芯及相應(yīng)的室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)工作，未在隧洞工程現(xiàn)場開展原位力學(xué)試驗(yàn)，這使得圍巖力學(xué)參數(shù)取值缺少來自現(xiàn)場的直接依據(jù)。為解決隧洞圍巖穩(wěn)定評價(jià)和支護(hù)設(shè)計(jì)方案論證的問題，依據(jù)前述提出的方法，開展隧洞圍巖力學(xué)參數(shù)的推演與取值研究，為德羅隧洞的支護(hù)設(shè)計(jì)和圍巖穩(wěn)定評價(jià)提供依據(jù)。

2.3 基于多數(shù)據(jù)源的力學(xué)參數(shù)取值過程

2.3.1 室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果分析與參數(shù)選用

根據(jù)室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)成果，在頁巖J2Z地層中，共有取樣點(diǎn)DL09、DL6和ZKK20。表5給出了室內(nèi)巖石力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)成果的基本指標(biāo)。可以看出，鉆孔巖樣的取樣深度越大，測得單軸抗壓強(qiáng)度和變形模量在總體上表現(xiàn)出增加趨勢。

根據(jù)室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)的參數(shù)選用原則，以巖性和埋深相近為依據(jù)，選取DL09鉆孔取樣埋深最接近隧洞埋深的120 m區(qū)間，進(jìn)一步分析相關(guān)的強(qiáng)度參數(shù)試驗(yàn)成果。表6為DL09鉆孔在120.4～123.3 m取樣深度的室內(nèi)巖石三軸試驗(yàn)成果。從室內(nèi)試驗(yàn)的巖樣來看，其完整性較好，因此室內(nèi)試驗(yàn)獲得的力學(xué)參數(shù)值可作為巖體力學(xué)參數(shù)的上限取值，即：把室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)獲得的變形模量4.34 GPa、黏聚力1.40 MPa和內(nèi)摩擦角51°（內(nèi)摩擦系數(shù)1.24）作為巖體力學(xué)參數(shù)的上限取值。

2.3.2 基于規(guī)范和試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的力學(xué)參數(shù)取值

根據(jù)工程地質(zhì)資料，對于侏羅系中-上統(tǒng)遮拉組（J2-3Z），弱風(fēng)化帶為Ⅴ類圍巖，微新地層為Ⅳ1和Ⅳ2類圍巖，因室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)巖樣均取自弱風(fēng)化地層，故此處考慮Ⅴ類圍巖的力學(xué)參數(shù)取值問題。

根據(jù)表1～4，綜合相關(guān)規(guī)范建議取值范圍和已有現(xiàn)場力學(xué)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對V類圍巖的力學(xué)參數(shù)取值范圍考慮為：變形模量0.2～2 GPa，黏聚力0.05～0.30 MPa，內(nèi)摩擦系數(shù)0.36～0.55。

2.3.3 基于Hoek-Brown準(zhǔn)則的力學(xué)參數(shù)估算

根據(jù)文獻(xiàn)［17-18］，頁巖的mi參數(shù)可取為4～8；根據(jù)埋深相近原則，取巖石的單軸抗壓強(qiáng)度為15.1 MPa；根據(jù)地質(zhì)資料和鉆孔信息，取GSI值為50；對于鉆爆法開挖隧洞，取D為0.5。將上述指標(biāo)代入式（1）～（6），可得到巖體力學(xué)參數(shù)取值范圍的估算值：變形模量2.91 GPa，黏聚力0.34～0.43 MPa，內(nèi)摩擦系數(shù)0.40～0.52。

2.3.4 形成基于多源數(shù)據(jù)的圍巖力學(xué)參數(shù)取值

將前述對巖體力學(xué)參數(shù)建議值和估算值列入表7。由表7可見，不同方法給出的變形模量參數(shù)取值范圍基本接近，但室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)獲得的黏聚力和內(nèi)摩擦系數(shù)取值顯著高于其他方法獲得的力學(xué)參數(shù)取值。根據(jù)巖體力學(xué)參數(shù)取值范圍，制定5組用于數(shù)值分析的力學(xué)參數(shù)取值方案，見表8。其中，變形模量由不同方法估算結(jié)果的均值取整確定。

2.4 基于數(shù)值計(jì)算的參數(shù)取值敏感性分析

圖3給出了不同圍巖力學(xué)參數(shù)取值條件下的洞周塑性區(qū)深度對比柱狀圖?？梢钥闯?，在圍巖力學(xué)參數(shù)取值方案A條件下，洞周圍巖的塑性區(qū)深度達(dá)4.7～8.8 m，顯著大于隧洞尺寸和錨桿支護(hù)長度，圍巖穩(wěn)定性很差。不同圍巖力學(xué)參數(shù)取值方案條件下，隨著黏聚力和內(nèi)摩擦角參數(shù)的逐漸提高，圍巖塑性區(qū)深度逐漸減小。各種圍巖力學(xué)參數(shù)取值方案條件下，均是底板的塑性區(qū)深度最大，邊墻部位的塑性區(qū)深度次之，頂拱部位的塑性區(qū)深度最小。

圖4給出了不同圍巖力學(xué)參數(shù)取值條件下的洞周圍巖變形對比柱狀圖?？梢钥闯?，在圍巖力學(xué)參數(shù)取值方案A條件下，洞周圍巖變形量值很大，拱頂部位圍巖變形為30.1 mm，邊墻中部圍巖變形為62.7 mm，底板中部圍巖變形為96.1 mm。不同圍巖力學(xué)參數(shù)取值方案條件下，隨著黏聚力和內(nèi)摩擦角參數(shù)的逐漸提高，圍巖變形量值逐漸減小?？傮w而言，頂拱部位的圍巖變形量值相對較小，邊墻和底板部位的圍巖變形量值相對較大。

不同圍巖力學(xué)參數(shù)取值方案的計(jì)算結(jié)果對比表明，當(dāng)變形參數(shù)（變模和泊松比）相同時(shí)，強(qiáng)度參數(shù)（黏聚力和內(nèi)摩擦角）對圍巖穩(wěn)定性具有顯著影響。具體而言：

（1） 在取值方案A、B條件下，圍巖塑性區(qū)和變形均顯著大于其他取值方案，且從取值方案B到A，塑性區(qū)和圍巖變形均有顯著增長。這表明此區(qū)間內(nèi)的力學(xué)參數(shù)敏感性強(qiáng)，對圍巖穩(wěn)定性的影響程度顯著，因此這是需要重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)取值區(qū)間。

（2） 在取值方案C、D、E條件下，圍巖塑性區(qū)和變形均較小，圍巖穩(wěn)定性差異不大，這表明此區(qū)間內(nèi)的力學(xué)參數(shù)敏感性不強(qiáng)，則可將取值方案C作為這3個(gè)方案的代表方案，即舍去參數(shù)取值相對較高的D、E方案。這種處理的實(shí)質(zhì)，是在不顯著改變圍巖穩(wěn)定評價(jià)結(jié)論的前提下，除去力學(xué)取值范圍內(nèi)的中高值參數(shù)，實(shí)現(xiàn)圍巖力學(xué)參數(shù)取值范圍的縮減，從而使力學(xué)參數(shù)取值分析在更小的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，以提高取值效率。

2.5 類似工程案例分析

根據(jù)德羅隧洞的巖性特征和巖體結(jié)構(gòu)條件，搜集開展了現(xiàn)場巖體力學(xué)試驗(yàn)的類似工程案例（見表9）。由表可知，頁巖的巖體力學(xué)參數(shù)與加載方向和地層風(fēng)化程度等因素均相關(guān)。相比于表8，用于力學(xué)參數(shù)敏感性分析的取值方案A和B更加接近類似工程案例的現(xiàn)場巖體力學(xué)試驗(yàn)參數(shù)值。

由此，提出該工程隧洞圍巖的力學(xué)參數(shù)取值范圍：變形模量3 GPa，黏聚力0.3～0.5 MPa，內(nèi)摩擦系數(shù)0.5～0.7，由此即完成隧洞圍巖力學(xué)參數(shù)的取值。

3 結(jié) 論

本文針對缺乏現(xiàn)場巖石力學(xué)試驗(yàn)導(dǎo)致的圍巖力學(xué)參數(shù)取值困難的問題，提出了基于多源信息的隧洞圍巖力學(xué)參數(shù)取值方法，主要結(jié)論為：

（1） 基于對室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本認(rèn)識，提出了室內(nèi)試驗(yàn)成果的選用原則，建立巖石和巖體力學(xué)參數(shù)的初步聯(lián)系，并依據(jù)規(guī)范建議和現(xiàn)場試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，提出基于質(zhì)量分級的巖體力學(xué)參數(shù)界限，并結(jié)合基于經(jīng)驗(yàn)型準(zhǔn)則的巖體力學(xué)參數(shù)估計(jì)值，形成基于多源數(shù)據(jù)的圍巖力學(xué)參數(shù)建議取值范圍。

（2） 采用數(shù)值分析方法，對巖體力學(xué)參數(shù)取值進(jìn)行敏感性分析，獲取了不同圍巖力學(xué)參數(shù)取值條件下的隧洞塑性區(qū)深度和圍巖變形的量化規(guī)律，并在不顯著改變圍巖穩(wěn)定評價(jià)結(jié)論的前提下，縮減了圍巖力學(xué)參數(shù)的取值范圍，提高了參數(shù)取值的效率。最后依據(jù)類似工程案例的現(xiàn)場巖體力學(xué)試驗(yàn)成果，提出圍巖力學(xué)參數(shù)的建議取值方案。

（3） 工程案例應(yīng)用表明，該方法有效解決了缺乏現(xiàn)場巖體力學(xué)參數(shù)時(shí)的隧洞圍巖力學(xué)取值問題。目前，該隧洞已完成開挖，施工過程中圍巖穩(wěn)定得到有效控制，基于本文方法獲得的圍巖力學(xué)參數(shù)對隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)起到了較好的理論支撐作用。

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（編輯：鄭 毅）

Abstract：

In order to determine mechanical parameters of tunnel surrounding rock in the absence of field rock mechanics test，a mechanical parameters selection method for tunnel surrounding rock based on multiple data source analysis was proposed.Firstly，a principle of using the results of indoor rock mechanics test to deduce the mechanical parameters of rock mass was put forward，and a preliminary relationship between rock and mechanical parameters of rock mass was established.Then according to the code recommendations and field test statistics，a set of limits of rock mass mechanical parameters based on quality classification was proposed.Combined with the estimated values of rock mass mechanical parameters based on empirical criteria，the suggested value ranges of surrounding rock mechanical parameters were given based on multiple data source analysis.A sensitivity analysis for the mechanical parameters in the suggested range was carried out by using the numerical analysis method，and the quantitative laws of the plastic zone depth and the surrounding rock deformation were obtained under the conditions of different surrounding rock mechanical parameter values.According to the engineering calculation experiences，the range of rock mass mechanical parameters was simplified.Finally，combined with the field mechanical test results of similar engineering cases，the suggested value scheme of mechanical parameters of surrounding rock was put forward.Engineering applications show this method can effectively determine tunnel surrounding rock mechanics values in lack of field rock mechanics test，and can provide a reference for tunnel support design and surrounding rock stability evaluation in similar situations.

Key words：

tunnel surrounding rock；mechanical parameters；multi-source data；engineering analogy；numerical simulation