(成都理工大學 地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室 四川 成都 610059)

一、引言

地應力通常也稱為原巖應力，是指巖土體內一點固有的應力狀態(tài)。地應力是控制隧道圍巖位移分布與破壞形式的關鍵性因素，也是隧道支護結構上荷載的主要來源，更是鐵路公路選線和隧道支護設計的重要工程問題[1-3]。本文依靠收集的研究區(qū)域構造應力環(huán)境和真三維實測地應力數據資料，考慮斷裂、斷層以及巖性的影響，利用邊界荷載調整法使模擬計算值和實測值達到最佳擬合，得到了隧道工程區(qū)地應力場分布規(guī)律，再結合所獲得的研究區(qū)地應力場和地質資料綜合分析，有效提高了反演分析結果的可靠性。此外，結合監(jiān)測所獲得的已發(fā)生的隧道巖爆現(xiàn)場影像與記錄資料，綜合分析地應力場與巖爆發(fā)育分布特征，為以后遇到此類工程問題提供一個參考。

二、區(qū)域地應力場分布特征分析

(一)工程概況

隧道設計進口里程為D1K173+650，自然坡度25°～35°；設計出口里程為D1K190+105，自然坡度45°～75°。隧址區(qū)地面高程3300～5100米，高差最大達約1900米，為典型的高山峽谷地貌。隧道整體巖性以花崗巖、閃長巖為主。

根據構造斷裂滑動、地殼應力數據庫和震源機制解綜合分析可知，該區(qū)域現(xiàn)代構造應力總體上表現(xiàn)為與之相應的NNE方向近水平的擠壓應力。

應力解除測試可得應力解除曲線，根據測試結果可計算出測試點地應力量值。

(二)模型建立

對隧址區(qū)建模時，為了減少邊界效應影響，模型計算區(qū)域選擇略大于隧址區(qū)的范圍。模型計算時采用摩爾-庫倫本構模型，F(xiàn)LAC3D計算模型及網格劃分見圖1所示。

圖1 隧道地應力場反演分析模型

三、隧址區(qū)地應力場反演分析

(一)反演結果分析

讀取各測點處對應的模擬計算地應力值，計算所得的地應力量值與實測地應力量值作比較，比較結果表明：反演計算值和實測值總體上擬合較好，整體變化規(guī)律基本相同。主要以最大主應力擬合為主，其擬合度平均達到98.6%，最少達到89.2%。反演結果表明最大主應力量值為6.6～60 MPa，在隧道進出口段最大主應力量值為16.5～29.7MPa。

(二)基于反演結果的沿隧道軸線地應力分布特征

圖2為隧道出口段主應力矢量場云圖。由圖可知，對于埋深較淺的出口段，水平主應力起主導作用。水平應力主要受埋深和河谷相對位置影響，而受斷層與巖體巖性影響較小，所以在同樣埋深較淺的入口段，也是水平應力占主導。

圖2 隧道出口段剖面主應力矢量場云圖

四、結論

(1)本文在有限實測點數據的基礎上，結合研究區(qū)的地應力場和地質資料等信息，對隧址區(qū)地應力場進行反演分析計算，得到了合理的地應力場分布特征。

(2)沿隧道線路軸線方向，其量值呈現(xiàn)出從最大埋深處到進出口端逐漸減小的分布規(guī)律，在隧道進出口段最大主應力量值為16.5～29.7MPa。除隧道入口段巖體破碎，其余隧道段巖體完整性較好，為Ⅱ、Ⅲ級圍巖處于高地應力環(huán)境下，有較大概率發(fā)生巖爆災害。