白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测

斜，走向NS方向，向SE倒转，轴面倾向NE,倾角
30°〜60°。岩石中两组形成
的平面X节
理代表 状
为48°)51°、168°)73°。X节理
的锐夹角
线平行于I，钝夹角
线平行于
13，两节理的交线为12。据此节理进行赤平投影，得 到形成该节理系的古应力方位为：6为108°)11°、
12为252°)85°、3为6°)4°,各应力点的应力特征
o引言 岩爆是深部岩土工程中一种动力失稳地质灾
害，常发生于高地应力区的岩体中，严重威胁施工 人员和机械设备的安全(1)。为更好地满足工程建 设需求，许多学者进行了大量的研究来预测岩爆, 并取得了丰硕的成果[26]。陶振宇1提出了高地应 力区的岩爆判据；张艳博等閃、李绍红等3、邱道 宏等⑷、王元汉等⑷和陈海军等⑴分别基于失稳 理论、能量理论等提出了一系列数学方法来预测
拟建白龙山特长隧道位于吕梁市岚县与兴县交 界的吕梁山脉，隧址区地势总体表现为东低西高、中 部高两侧低的地貌特征，地貌单元属剥蚀构造变质 岩中低山区。区内最高主峰海拔高程为2 195 m，
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中国矿业
第28卷
洞体最大埋深684. 1 m,隧道长度10 374 m。隧道
穿越的地层为：第四系
散堆积层、下元古界
野鸡
白龙 斜长角
、下元古界野鸡 ？
青杨树湾组变质 、上太古界吕梁
斜长片麻岩、中太古
河口
家滩组石英片岩
及侵入岩(辉长辉绿岩)。洞体围岩埋深最大部分主
要为硬质角闪岩。
1. 2地质构造与应力场演化 隧址区地处离石大断裂以西，地质构造较复杂,
构造形迹以褶皱
断裂 为主，拟建隧道主
要位
-东村-马坊NNE向褶皱带的白龙山向
与 断块所 的燕山早、中期
中国矿业
CHINA MINING MAGAZINE
Vol. 28 , Suppl 2 Oct) 2019
白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测
刘国伟
(山西省交通环境保护中心站有限公司，山西太原030006)
摘要：根据静兴高速公路白龙山隧道区域应力场特征，建立三维地质模型，采取有限元数值模拟的方法 分析研究工程区的初始地应力场分布规律。通过分析隧道轴线方向上的地应力场特征，发现隧道区初始 地应力场以构造应力为主导，区内存在较高地应力场，长度约为3 150 mo最后，根据地应力资料对高地应 力区隧道开挖阶段进行岩爆预测，结果表明隧道计算段岩爆等级为弱岩爆〜中等岩爆° 关键词：隧道工程；初始地应力场；有限元数值模拟；岩爆 中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1004-4051(2019)S2-0465-04
Abstract: Based on the characteristics of regional in-situ stress data of Bailong mountain tunnel on Jingxing highwayinShanxiprovince,a3Dgeologicalmodelisestablishedandthedistributionofinitialin-situstress fieldintheengineeringareaisstudiedby means of FEM numerical simulation. It is considered that initial principalstressistectonicstressbyanalyzingthecharacteristicsofinitialin-situstressfieldinthedirection oftunnelaxis,andthereisahighin-situstressfieldinthearea,whichisabout3150 minlength.Finaly, rockburstispredictedduringtunnelexcavationinhighstressarea,whichisbasedonin-situstressdata.The resultsshowthatthepossibilityofweakand moderaterockburstinasectionofthetunnel. Keywords: tunneling engineering； initial in-situ stress； FEM numerical simulation； rock burst
岩爆，比如数值模拟法、模糊数学综合评判方法及 多参量归一化方法等；邓小鹏等囚、宋章等吕 庆等(10)和刘军强(11)对深埋隧道岩爆特征与防治 措施进行了研究。
本文以白龙山大埋深特长公路隧道为例 ，在宏 观区域地应力场基础上，采用三维有限元数值模拟 方法，研究隧道范围初始地应力场分布规律,并在此 基础上根据相关岩爆判别准则，对隧道开挖岩爆进 行预测。研究在一定程度上丰富和扩展了吕梁山脉 初始应力场研究内容，能够为隧道工程的开挖支护 方案提供决策支持。 1 工程概况 1. 1地形地貌及地层
收稿'(：2019-07-11 责任编辑：赵奎涛 基金项0 :山西省科技厅重点研发项目资助(编号;201603D321118)； 山西省交通厅建设科技项目资助(编号：17-2-03) 作者简介：刘国伟(1978 — ),男，山西壶关人，高级工程师，从事环境 地质灾害研究° 引用格式：刘国伟•白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测 [J].中国矿业，2019,28 (S2)：465-468. doi; 10. 12075/j. issn. 10044051 2019 S2 013
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LIU Guowei (Shanxi Transportation Environmental Protection Center Station Co. , Ltd. , Taiyuan 030006, China)