專利名稱：巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程和計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法。
背景技術(shù)：
目前，在水利水電、公路、鐵路、礦山、隧洞和建筑等工程中，為保證基巖或圍巖的穩(wěn)定和施工安全，在對工程巖體進行灌漿、排水和錨固之前，都要在巖體上進行鉆孔。常規(guī)的鉆孔布置方法是在巖面上，大多是等孔向、等孔距、等排距和等孔深的布置鉆孔(國內(nèi)外都是如此)。這樣布置的巖體加固鉆孔的嚴重缺陷是加固鉆孔很少與透水、透漿裂隙面相交，因而必然造成大量的無效巖體加固鉆孔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述的缺陷，提供一種質(zhì)量可靠，可以杜絕無效加固鉆孔，最大限度地縮短施工周期，節(jié)省工程投資的巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法。
本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，采用計算機及其輸入、輸出設(shè)備，完成在施工前對巖體加固鉆孔的布置，其中包括鉆孔的方向和鉆孔的位置，其步驟是步驟1，確定水文地質(zhì)單元根據(jù)巖體加固區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件，確定加固水文地質(zhì)條件相近的巖體為同一單元；步驟2，選擇巖體加固工程的種類根據(jù)被加固工程的加固表面形狀，確定其加固工程的種類及其亞類；步驟3，確定裂隙發(fā)育程度的相對均質(zhì)區(qū)在同一水文地質(zhì)單元中，按裂隙產(chǎn)狀、隙寬及巖性特點，確定裂隙發(fā)育程度相近的相對均質(zhì)區(qū)；步驟4，裂隙發(fā)育程度的數(shù)據(jù)輸入與計算處理對確定的被加固工程，輸入四個計算參數(shù)，即裂隙產(chǎn)狀及裂隙寬度、隧洞及最佳加固鉆孔的傾角、豎井及隧洞的洞井壁走向、裂隙控制變量1或0，并進行相應(yīng)的計算處理；
步驟5，輸出對加固鉆孔方向的計算處理結(jié)果，獲取加固鉆孔的效益系數(shù)并將全方位的比選鉆孔效益系數(shù)表示在裂隙極點圖上；步驟6，改變輸入裂隙的條數(shù)，對相對均質(zhì)區(qū)效益系數(shù)變化的大小進行判斷，即將效益系數(shù)與前已計算的效益系數(shù)進行比較，直至兩者沒有較大變化時為止；步驟7，選擇建筑物地基及其圍巖的巖性種類；步驟8，裂隙產(chǎn)狀和規(guī)模指標數(shù)據(jù)輸入與計算處理對確定的建筑物地基與圍巖，輸入裂隙產(chǎn)狀和裂隙走向長度和傾向長度并進行相應(yīng)的計算處理；步驟9，輸出建筑物加固鉆孔位置的計算處理結(jié)果，獲取加固鉆孔的加固鉆孔的影響半徑、孔口間距、孔排距三指標，對于隧洞建筑物還輸出孔口的豎間距，以及裂隙長度累計頻率，并繪制加固鉆孔三維布置似極點圖；步驟10，根據(jù)步驟6和步驟9，給出在巖體加固施工中鉆孔方向和位置的參數(shù)和說明。
本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中確定所述裂隙發(fā)育程度相對均質(zhì)區(qū)的步驟是首先將某一試算區(qū)的所有裂隙產(chǎn)狀及隙寬參數(shù)輸入到計算機中，獲取一組巖體加固鉆孔的優(yōu)選矢量；然后調(diào)整相對均質(zhì)區(qū)的面積，增加和/或減少若干組裂隙產(chǎn)狀及隙寬參數(shù)，將計算的效益系數(shù)與前已計算的效益系數(shù)進行比較，直到對計算的效益系數(shù)無明顯變化時為止，這時確定的相對均質(zhì)區(qū)，為最終確定的相對均質(zhì)區(qū)。
本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中確定所述效益系數(shù)的方法是將優(yōu)選的加固鉆孔穿越裂隙的系數(shù)與常規(guī)加固鉆孔穿越裂隙的系數(shù)相比，以其比值作為比選加固鉆孔穿越裂隙能力大小的標志并輸出計算處理結(jié)果。
本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中對平、斜面巖體或開挖平、斜面巖體，確定巖體加固鉆孔的優(yōu)選矢量的方法是以常規(guī)的鉛直加固鉆孔作為比選加固鉆孔圓錐體的中軸，即作為標準加固鉆孔，其它所有比選加固鉆孔與其共有一個圓錐頂，其三維位置矢量用加固鉆孔方位和傾角來表示，其位置用圓周角度表示。
本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中對曲面開挖巖體，確定巖體加固鉆孔的優(yōu)選矢量的方法是以常規(guī)的鉛直加固鉆孔作為比選加固鉆孔圓錐體的中軸，即作為標準加固鉆孔，其它所有比選加固鉆孔與其共有一個頂端，然后將比選加固鉆孔按照等差方位和等差傾角分成上下、左右若干層，其位置用圓周角度表示。
本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中在平、斜面開挖面或天然平、斜面上，確定加固鉆孔孔向、孔口間距、孔口排距三指標的方法是首先把比選鉆孔設(shè)計成圓錐孔群；其次是計算出較優(yōu)孔向；第三是計算各裂隙面在垂直較優(yōu)孔向方向上的投影長度；最后計算出各裂隙面的累計頻率長度，并據(jù)此確定所述孔口間距和孔口排距。
本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中在開挖成曲面的巖面上，確定加固鉆孔孔向、孔口間距、孔口排距和孔口豎間距的方法是首先把比選鉆孔定位在圓周面上，計算出較優(yōu)孔向；再計算各裂隙面在與較優(yōu)孔向垂直方向上的投影長度和各裂隙面的累計頻率長度；最后按孔距小于某一累計頻率長度的原則確定所述各孔距。
本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中布置所述加固鉆孔方向和位置的方法是用似極點圖表示其三維尺度，即在圓周上，用圓周角表示加固鉆孔的孔口位置；用以外圓周為零，圓心為90度的各個極點來表示加固鉆孔的三維矢量；以極徑表示傾角。
本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法的有益效果是在保證質(zhì)量的前提條件下，可以杜絕無效加固鉆孔，最大限度地縮短施工周期，節(jié)省工程投資。
下面將結(jié)合實施例子，并參照附圖對本發(fā)明進行較為詳細地說明。


圖1是本發(fā)明的方法中75條裂隙時的效益系數(shù)極點圖；圖2是本發(fā)明的方法中66條裂隙時的效益系數(shù)極點圖；圖3是本發(fā)明的方法中84條裂隙時的效益系數(shù)極點圖；圖4-A和圖4-B是本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法的流程圖；圖5是本發(fā)明的方法中裂隙極點圖；圖6是本發(fā)明的方法中比選鉆孔矢量平面示意圖；圖7是本發(fā)明的方法中斜孔效益系數(shù)圖(不考慮隙寬)；圖8是本發(fā)明的方法中斜孔效益系數(shù)圖(考慮隙寬)；圖9是本發(fā)明的方法中ω＜90°且γ’＜θ的情況示意圖；
圖10是本發(fā)明的方法中裂隙面的真傾角與假傾角的關(guān)系示意圖；圖11是本發(fā)明的方法中用似極點圖表示加固鉆孔三維位置的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案的基本出發(fā)點是，加固鉆孔盡可能多地穿越透水、透漿裂隙面，體現(xiàn)為首先，根據(jù)被加固巖體的地質(zhì)勘探資料，包括地質(zhì)調(diào)查或施工地質(zhì)調(diào)查等方法搜集到的有關(guān)透水、透漿結(jié)構(gòu)面(主要是裂隙)的產(chǎn)狀、出露線長度及其與投影面(壁)或投影線的關(guān)系等資料，找出不連續(xù)面(主要為裂隙面)發(fā)育程度相對均質(zhì)區(qū)，在每一個相對均質(zhì)區(qū)內(nèi)，任選一個調(diào)查點，通過該調(diào)查點擬定m個剖面，在其中任意一個剖面內(nèi)，設(shè)定n個不同傾角的輻射線.m和n值的大小，決定于計算精度。從m×n個輻射線中，計算出穿越透水、透漿裂隙面較多的一些加固鉆孔的效益系數(shù)(優(yōu)選孔穿越裂隙系數(shù)與常規(guī)孔穿越裂隙系數(shù)之比值).在考慮設(shè)計要求和施工方便等因素之后，從中選擇合適的一組射線(矢量)作為巖體加固鉆孔的矢量。
其次，巖體加固影響區(qū)的大小，決定于裂隙面積的大小。利用裂隙出露線的特征值，可以測量和計算出每條裂隙的面積，簡稱為巖體加固鉆孔的可能影響半徑。根據(jù)塊狀巖體裂隙面的不同形狀，找出穿越較多裂隙的矢量(傾向和傾角)，漿液可能擴散半徑，錨固影響范圍，地下水排水最小影響半徑，確定加固鉆孔孔口間距、孔口排距和孔口豎間距都小于個裂隙面在加固方向上的投影長度和投影長度的累計出現(xiàn)頻率。
下面，參照圖4-A和圖4-B并通過本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法的實施例，以及計算機及其輸入、輸出設(shè)備，詳細說明如何完成在施工前對巖體加固鉆孔的布置，其中包括鉆孔的方向和鉆孔的位置兩個方面。
實施例一主要說明相對均質(zhì)區(qū)的劃分方法。
在河南省南陽回龍抽水蓄能電站的壩基內(nèi)，根據(jù)hui-32段中裂隙的透水、透漿條件，初擬為一個相對均質(zhì)區(qū)(步驟3)，現(xiàn)分三步試算如下1.計算75條裂隙時的效益系數(shù)1)抽水蓄能電站的壩基加固區(qū)裂隙基本資料見表1
表1 回龍抽水蓄能電站壩基加固區(qū)75條裂隙統(tǒng)計表

2)75條裂隙時的效益系數(shù)計算結(jié)果見表2本次計算輸入的節(jié)理、裂隙數(shù)據(jù)文件名為D\針對性加固\REll01\hui-32，計算采用的斜孔傾角AA和控制變MM分別為70 0
表2 75條裂隙時的效益系數(shù)計算結(jié)果表

3)所得75條裂隙時的效益系數(shù)極點圖參照圖1。
2.計算66條裂隙時的效益系數(shù)1)計算66條裂隙時的效益系數(shù)結(jié)果見表3本次計算輸入的節(jié)理、裂隙數(shù)據(jù)文件名為D\針對性加固\REl101\hui-B，計算采用的斜孔傾角AA和控制變量MM分別為70 0
表3 66條裂隙時的效益系數(shù)結(jié)果表

2)66條裂隙時的效益系數(shù)極點圖參照圖2。
3)計算結(jié)果分析采用hui-32初擬相對均質(zhì)區(qū)內(nèi)分布的75條裂隙進行計算，其效益系數(shù)為1.84；如果從該區(qū)的前部或后部，減去9條裂隙，即初擬hui-A相對均質(zhì)區(qū)，按66條裂隙進行計算，其效益系數(shù)為1.85。說明初擬相對均質(zhì)區(qū)也可以再小些。
3.計算84條裂隙時的效益系數(shù)在hui-32初擬相對均質(zhì)區(qū)內(nèi)分布的75條裂隙(見表1)的基礎(chǔ)上，從該區(qū)的前部或后部，再擴大一些范圍，即加上9條裂隙，該區(qū)編號為hui-A，按84條裂隙計算效益系數(shù)，其計算結(jié)果如下1)84條裂隙時的效益系數(shù)計算結(jié)果見表4本次計算輸入的節(jié)理、裂隙數(shù)據(jù)文件名為D\針對性加固\REll01\hui-A，計算采用的斜孔傾角AA和控制變量MM分別為70 0表4 84條裂隙的效益系數(shù)計算結(jié)果表

2)84條裂隙時的效益系數(shù)極點圖參照圖3。
4.計算資料分析采用hui-32初擬相對均質(zhì)區(qū)內(nèi)分布的75條裂隙進行計算，其效益系數(shù)為1.84；如果從該區(qū)的前部或后部，減去9條裂隙，即初擬hui-B相對均質(zhì)區(qū)按66條裂隙進行計算，其效益系數(shù)為1.85。說明初擬相對均質(zhì)區(qū)也可以再小些。
在hui-32初擬相對均質(zhì)區(qū)內(nèi)分布的75條裂隙(見表1)的基礎(chǔ)上，從該區(qū)的前部或后部，再擴大一些范圍，即加上9條裂隙，該區(qū)編號為hui-A，按84條裂隙計算效益系數(shù)為1.73。說明初擬相對均質(zhì)區(qū)再大些，將會引起較大的計算誤差。
一般來說，只要不引起較大的計算誤差，相對均區(qū)劃分得越大越好。因此，hui-32初擬相對均質(zhì)區(qū)的大小范圍劃分得是合適的，可以最后確定為一個相對均質(zhì)區(qū)。
實施例二主要說明計算鉆孔最優(yōu)孔向方法。
本實施例子為小浪底大壩左壩肩單薄分水嶺斜孔灌漿工程的一部分。用常規(guī)方法(鉛直鉆孔)灌漿，需要排距2m、孔距1m的灌漿量才能達到工程的防滲要求。采用發(fā)明者的如下方法，可以獲得很高的效益單薄分水嶺屬于同一個水文地質(zhì)單元(步驟1)。巖體加固工程分類為鉛直帷幕(斜孔灌漿)加固(步驟2)。加固段在4#灌漿廊道內(nèi)，經(jīng)試算證明為同一個相對均質(zhì)區(qū)(步驟3)。該均質(zhì)區(qū)內(nèi)發(fā)育分布有51條裂隙，見表5表5裂隙產(chǎn)狀及裂隙寬度表(51條裂隙)裂隙傾向 裂隙傾角 裂隙隙寬 裂隙傾向 裂隙傾角 裂隙隙寬(度) (度) (mm) (度) (度) (mm)250 801 170 841225 801 170 831255 801 ……數(shù)據(jù)輸入和進行計算處理(步驟4)1)裂隙數(shù)據(jù)，即表5所列內(nèi)容；2)根據(jù)施工方便的要求，加固鉆孔傾角為60度；3)控制變量輸入0，表示計算結(jié)果不考慮隙寬；控制變量輸入1，表示計算結(jié)果考慮了裂隙寬度參數(shù)。
從獲取的圖5裂隙極點圖中可以看出，裂隙大部分傾向南。圖7為不考慮隙寬的斜孔效益系數(shù)圖，圖8為考慮隙寬的斜孔效益系數(shù)圖(步驟5)。下面以步驟5、6為重點，對效益系數(shù)圖的獲取做出說明1)巖體加固鉆孔的效益系數(shù)最優(yōu)工程灌漿鉆孔矢量是吸漿量最多的矢量；最優(yōu)基巖地下水排水鉆孔矢量是排水最多的鉆孔矢量；最優(yōu)基巖錨固矢量是錨固裂隙最多的鉆孔矢量。也就是說，要達到最優(yōu)巖體加固效果就要找出可以穿裂隙最多的鉆孔矢量作為巖體加固的矢量。常規(guī)巖體加固鉆孔矢量，多隨加固巖體開挖面的變化而變化，即加固鉆孔多與開挖面成垂直方向布置。用新方法比選出來的最優(yōu)鉆孔矢量所穿裂隙隙間厚度，與用常規(guī)鉆孔穿過的裂隙隙間厚度之比為優(yōu)選加固鉆孔的效益系數(shù)。效益系數(shù)的物理意義是優(yōu)選的巖體加固鉆孔矢量的效益系數(shù)愈大，優(yōu)選矢量鉆孔穿裂隙的能力也愈大，反之就愈小。效益系數(shù)是評價優(yōu)選鉆孔穿裂隙能力大小的一項評價指標。優(yōu)選的鉆孔矢量可以是三維空間內(nèi)的任意矢量，對任意一個矢量，都可以計算出它穿越裂隙的能力系數(shù)(效益系數(shù))。利用軟件包，可以計算出三維空間內(nèi)任意一個鉆孔矢量的效益系數(shù)，并可把全部比選鉆孔矢量的效益系數(shù)繪成效益系數(shù)極點圖，以全面地、形象地把計算結(jié)果表示出來。對于固結(jié)灌漿，常規(guī)鉆孔幾乎都是垂直鉆孔，而優(yōu)選的鉆孔矢量則有可能是斜孔。一般來說，斜孔灌漿比鉛直孔灌漿要增加一些難度，因而對于這樣的加固鉆孔，有一個經(jīng)濟斜度問題。從計算結(jié)果而言，最優(yōu)矢量(傾角)只有一個，但具體到某一施工單位的技術(shù)水平，設(shè)備能力來說，由于鉆孔斜度的增加，其施工難度也增加，投資也隨之增加；反過來，如若使其斜度改陡，這將使效益系數(shù)變小，達不到最佳加固效果。因此，在工作中還會遇到經(jīng)濟斜度問題。鉆斜孔的每米造價，減去斜孔施工難度增加的造價后為最低造價時，即為經(jīng)濟斜度。在大多數(shù)情況下，經(jīng)濟斜度為65度左右。對于邊坡、部分防滲帷幕和排水鉆孔，隧洞和豎井的巖體加固鉆孔，常規(guī)與優(yōu)選的加固鉆孔，都為斜孔，并不存在經(jīng)濟斜度問題。也就是說，優(yōu)選的鉆孔矢量，并不增加施鉆的難度。
2)下半球體不同矢量的定位方法參照圖6的比選鉆孔矢量平面示意圖，切一個通過任一研究質(zhì)點的水平面，以質(zhì)點為圓心，向圓周水平輻射。如果以10度為單位，從零度開始，到360度畫輻射線。然后沿每一個輻射線都可以切一個剖面，從圓心點，沿剖面作輻射線，從水平線開始到垂線，可以有9條輻射線。將平、剖面輻射線予以組合，可以有324套組合。每一套組合可以用矢量表示。
如果把每一輻射線作為加固比選鉆孔的矢量，我們可以有324套加固比選鉆孔的矢量。如把每5°作為劃分輻射線的單位，我們可以組合成1296套加固比選鉆孔的矢量；如果把每1°作為劃分輻射線的單位，我們可以組合成32400套加固比選鉆孔的矢量，然后，將地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的傾向、傾角、裂隙寬度三要素輸入到向軟件包中，即可求得每一加固比較鉆孔所能穿越裂隙的能力。如果把比較鉆孔穿越裂隙的能力作為x，把常規(guī)鉆孔穿越裂隙的能力作為1，我們把兩者的比值稱為效益系數(shù)。如果沒有其它條件約束，我們可以選擇效益系數(shù)最大者作為加固鉆孔的矢量。這樣我們就可以獲得最佳的巖體加固效果。比選鉆孔矢量主要有比選鉆孔的傾向、傾向來確定。這里的矢量長度并無意義。因此可以從巖體裂隙相對均質(zhì)區(qū)內(nèi)的某一點定為球心，以某一定長度的比選鉆孔矢量為半徑，畫一圓球體，相當于地球體。從地球體赤道處切出一個水平面。地球體分為上半球與下半球兩部分。如果知道了下半球的徑向矢量，也就知道了上半球的徑向矢量(根據(jù)上半球的徑向仰角與下半球的徑向傾向相反，兩者相差180°上半球徑向仰角與下半球的徑向傾角絕對值相等的道理)，也就知道了上半球的徑向矢量。也就是說，只要下(上)半球的徑向方位定下來，也就是把上(下)半球徑向方位確定了下來。從平面巖體表面向下的各比選鉆孔，構(gòu)成了一個尖端向上的錐體，只有比選孔為零度時，才構(gòu)成一個平面圓(為錐體的特例)。
3)計算效益系數(shù)的公式斜孔穿越的裂隙傾向與斜孔傾向之間的夾角ω＜90°且γ’＜θ的情況參照圖9的ω＜90°且γ’＜θ的情況示意圖，AD、BC為同組相臨兩個裂隙面，與斜孔所在剖面的交線；AE為鉛直鉆孔；AC為斜孔，在直角三角形ABC中，sin ∠ACB＝sin(θ-γ’)sin(θ-γ’)＝h/h’h＝h’sin(θ-γ’)……………(5-1)可以看到，ACD面-裂隙面；BCD面-水平面；DC垂直于BC，AC、AD-剖面線；參照圖10的裂隙面的真傾角與假傾角的關(guān)系示圖可以看出BC-ACB剖面與水平面的交線；BD--ADB剖面與水平面的交線；ω-BC與BD的夾角，在直角三角形ABC中，tanγ＝AB/BCBC＝AB/tanγ……………………(5-2)在直角三角形中ABD中tan γ’＝AB/BD
BD＝AB/tanγ’……………………………………(5-3)在直角三角形BCD中cosω＝BC/BD………………………………………(5-4)將(3-2)式、(3-3)式代入(3-4)式，可得cosω＝(AB/tanγ)÷(AB/tanγ’)tanγ’＝cosω.tanγ …………(5-5)γ’＝tan-1(cosω.tanγ) ……………………(5-6)將(3-6)式代入(3-1)式，可得h’＝h/sin[θ-tan-1(cosω.tanγ)] ……(5-7)從圖4可以看到cosγ’＝h/h”h”＝h/cosγ’ ………………(5-8)將(3-7)式代入(3-8)式，可得h”＝h/cos[tan-1(cosω.tanγ)]…………(5-9)(3-9)式與(3-7)式之比值，用η表示，可得η＝sin[θ-tan-1(cosω.tanγ)]/cos[tan-1(sosω.tan)]……(5-10)η表征斜孔比鉛直孔穿越裂隙面的能力。可稱η為斜孔的效益系數(shù)。
系列公式中使用的參數(shù)有h一同組相臨兩裂隙面之間的法向距離；h’一斜孔穿越同組相臨兩裂隙面之間的斜距離；h”一鉛直孔穿越同組相臨兩裂隙面之間的鉛直距離(重力方向)；α一裂隙真傾角；γ′一某一矢量的斜孔所穿裂隙面的視傾角；ω一斜孔傾向與裂隙面傾向之間的夾角；θ一斜孔傾角；η一同組相臨兩個裂隙面之間，某一斜孔的斜距離與鉛直距離之比值。
4)計算結(jié)果資料分析從圖7和圖8中可以看出最優(yōu)孔向為北西350度，傾角60度。如果不考慮裂隙隙寬的影響，比選鉆孔的效益系數(shù)為3.39；如果考慮裂隙隙寬的影響，比選鉆孔的效益系數(shù)為3.09。該例已考慮了裂隙隙寬的影響，因此，效益系數(shù)應(yīng)為3.09。這也就是說，新發(fā)明的方法比國內(nèi)外現(xiàn)用的傳統(tǒng)方法，在同一鉆孔深度的情況下，可多穿越2.09倍的裂隙數(shù)量。這樣可以確保質(zhì)量，可以降低67.6％的工程量，也可以縮短67.6％的工期。
實施例三主要說明計算加固鉆孔的孔間距、孔排距和加固鉆孔影響半徑的方法。
1)用新方法計算計算河南省南陽回龍抽水蓄能電站，壩基垂直防滲帷幕的灌漿鉆孔的影響半徑(R)、孔口間距(Lksp)和孔排距(Lkpai)。
建筑物地基及其圍巖的巖性劃分為壩閘塊狀基巖(步驟7)。優(yōu)選鉆孔傾角60度時，其輸入計算程序中的指標和計算指標見表6(步驟8)。
表6 計算R、Lksp、Lkpai結(jié)果表H′L′γL1 θ α RLksp Lkpai(m)(m)(度) (m)(度) (度) (m) (m) (m)0.15.1931.2608932.5619.392.950.16.9700.1608559.5639.7435.240.12.2631.060856.10 3.75 4.790.17.3600.3608766.6642.3557.661.05.9601.660604.85 3.98 4.201.43.6531.560301.86 0.59 1.932.06.6602.060453.72 2.60 3.222.26.3930.360303.36 3.88 0.300.52.4631.060601.69 1.01 1.330.93.7531.060302.36 1.85 2.451.76.9601.760454.35 3.68 3.760.16.5750.7608552.8635.0423.671.16.3752.260605.06 4.06 2.272)計算R、Lksp、Lkpai的公式a計算R公式R＝L/4.sin β.cos β，
其中L＝L’sinω’/sin[tan-1(_0.89tanω’)]；β＝tan-1{tanβ’/tanω’.sin[tan-1(0.89tanω’)]}。
其中β’＝tan-(H’/0.5L’。)b計算Lksp公式Lksp＝{R’.sin[γ-sin(L1sinγ./R’)]×cos|90□-θ-tan[tanα×sinγ)|]÷(sinγ×sinθ)c計算Lkpai公式Lkpai＝1.73R’cosγ。
上述各式中的符號含義R’-無需修正的裂隙圓面半徑L’-在圖上直接測量的弧形裂隙出露弦的長度β’-在圖上直接測量的弧形裂隙出露的β角h’-在圖上直接測量的弧形裂隙出露拱高L2’-無需修正的巖性層裂隙的傾向長度ω’-在圖上直接測量的出露裂隙的傾向與投影面的夾角R-修正后的裂隙圓面半徑L-修正后的弧形裂隙出露弦的長度β-修正后的弧形裂隙出露的β角h-修正后的弧形裂隙出露拱高L1-裂隙中點到剖面線之間的距離3)計算裂隙在孔距方向上出現(xiàn)的累計頻率(步驟9)孔口距方向上各級裂隙投影長度排序結(jié)果0.59、1.01、1.85、2.60、3.68、3.75、3.88、3.98、4.06、19.3、35.04、39.74、42.35。
孔排距方向上各級裂隙投影長度排序結(jié)果0.30、1.33、1.93、2.27、2.45、2.95、3.22、3.76、4.20、4.79、23.67、35.24、57.66。
加固鉆孔的影響半徑排序結(jié)果0.30、1.33、1.93、2.27、2.45、2.95、3.22、3.76、4.20、4.79、23.67、35.24、57.66。
孔口距方向上各級裂隙投影長度出現(xiàn)的累計頻率＞0m＞1m ＞2m ＞3m ＞m ＞5m＞6m ＞7m100％ 92.3％ 76.9％ 69.2％38.5％ 30.8％ 30.8％ 30.8％孔排距方向上各級裂隙投影長度出現(xiàn)的累計頻率＞0m＞1m ＞2m ＞3m ＞4m ＞5m＞6m ＞7m100％ 92.3％ 76.9％ 53.8％8 38.5％ 23％23％ 23％各級加固鉆孔影響半徑出現(xiàn)的累計頻率＞1 ＞2＞3 ＞4 ＞5 ＞6 ＞7m92.3％ 76.9.0％ 53.8％38.5％23.0％23.0％23.0％4)用用傳統(tǒng)方法計算用常規(guī)加固鉆孔傾角90時計算的孔間距和累計頻率。
孔口距方向上各級裂隙投影長度排序結(jié)果0.47 0.53 0.55 0.57 1.46 1.73 2.06 2.14 2.45 2.91 4.02 4.75 5.52.
孔口距方向上各級裂隙投影長度出現(xiàn)的累計頻率＞0m＞1m＞2m ＞3m＞m＞5m＞6m＞7m100％69％54％23％23％8％0％ 0％5)算結(jié)果資料分析(步驟10)a任何孔間距，只要小于加固方向上裂隙投影長度的某一累計頻率，加固鉆孔都可以穿越某一累計頻率內(nèi)的所有裂隙；b不管用任何加固方法，都應(yīng)達到同樣的加固效果。新方法和傳統(tǒng)方法都可以穿越某一累計頻率(69％-69.2％)的裂隙，但傳統(tǒng)方法的孔間距為1m，而新方法的孔距可以擴大到3m。也就是說，新方法不僅可以保證質(zhì)量，而且可以節(jié)省2/3的投資和縮短2/3的施工工期。
總之，用本發(fā)明的計算加固鉆孔最優(yōu)孔向，可以提高效益67.6％；用本發(fā)明的計算加固鉆孔最優(yōu)孔距，可以提高效益66.6％。在保證質(zhì)量的前提條件下，可最大限度地縮短施工周期，節(jié)省工程投資以及杜絕無效加固鉆孔。
實施例四主要說明用似極點圖表示加固鉆孔三維位置的方法(步驟9)。
1.豎井平切剖面上三維鉆孔的表示方法平切剖面的方位與一般的三維方位相同，利用圓周的360°方位，可以表示各個三維加固鉆孔的方位，如350度孔位點，用0點表示，并旁注孔序號1-10；各個序號加固鉆孔的矢量用①-⑩點號表示。例如圓周45°、135°、225°、315°用似極點圖表示加固鉆孔三維位置。參照圖11，它們的順序編號分別為1、2、3和4。1號孔、2號孔、3號孔和4號孔的矢量分別是25°∠20°用①表示、145°∠30°用②表示、55°∠10°用③表示、125°∠10°用④表示。
2.垂直隧洞軸向的橫切面上三維鉆孔的表示方法垂直隧洞軸向的橫切面，隧洞頂拱最高點為0°點，面向上游，左側(cè)為左側(cè)壁，右側(cè)為右側(cè)壁。底拱最低點為180°點。左側(cè)壁的中點為270°點，右側(cè)壁的中點為90°點。這樣，可將豎直的隧洞橫切面，均分為360°。分布在豎直圓周上的孔位孔口點，用點位表示，如用“分布于45°點上的孔口”的描述方法予以描述。其余表示方法與豎井的描述方法完全相同。
權(quán)利要求
1.巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其特征在于采用計算機及其輸入、輸出設(shè)備，完成在施工前對巖體加固鉆孔的布置，其中包括鉆孔的方向和鉆孔的位置，其步驟是步驟1，確定水文地質(zhì)單元根據(jù)巖體加固區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件，確定加固水文地質(zhì)條件相近的巖體為同一單元；步驟2，選擇巖體加固工程的種類根據(jù)被加固工程的加固表面形狀，確定其加固工程的種類及其亞類；步驟3，確定裂隙發(fā)育程度的相對均質(zhì)區(qū)在同一水文地質(zhì)單元中，按裂隙產(chǎn)狀、隙寬及巖性特點，確定裂隙發(fā)育程度相近的為相對均質(zhì)區(qū)；步驟4，裂隙發(fā)育程度的數(shù)據(jù)輸入與計算處理對確定的被加固工程，輸入四個計算參數(shù)，包括裂隙產(chǎn)狀及裂隙寬度、隧洞及最佳加固鉆孔的傾角、豎井及隧洞的洞井壁走向、裂隙控制變量1或0并進行相應(yīng)的計算處理；步驟5，輸出對加固鉆孔方向的計算處理結(jié)果，獲取加固鉆孔的效益系數(shù)并將全方位比選鉆孔效益系數(shù)表示在裂隙極點圖上；步驟6，改變裂隙發(fā)育程度的計算的四個參數(shù)，對相對均質(zhì)區(qū)效益系數(shù)變化的大小進行判斷，即將效益系數(shù)與前一個效益系數(shù)比較，直至兩者沒有較大變化時為止；步驟7，選擇建筑物地基及其圍巖的巖性種類；步驟8，裂隙產(chǎn)狀和規(guī)模指標數(shù)據(jù)輸入與計算處理對確定的建筑物地基與圍巖，輸入裂隙產(chǎn)狀和裂隙走向長度和傾向長度并進行相應(yīng)的計算處理；步驟9，輸出建筑物加固鉆孔位置的計算處理結(jié)果，獲取加固鉆孔的加固鉆孔的影響半徑、孔口間距、孔排距三指標，對于隧洞建筑物還輸出孔口的豎間距，以及裂隙長度累計頻率，并繪制加固鉆孔三維布置似極點圖；步驟10，根據(jù)步驟6和步驟9，給出在巖體加固施工中鉆孔方向和位置的參數(shù)和說明。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中確定所述裂隙發(fā)育程度相對均質(zhì)區(qū)的步驟是首先將某一試算區(qū)的所有裂隙產(chǎn)狀及隙寬參數(shù)輸入到計算機中，獲取一組巖體加固鉆孔的優(yōu)選矢量；然后調(diào)整相對均質(zhì)區(qū)的面積，增加和/或減少若干組裂隙產(chǎn)狀及隙寬參數(shù)，將再計算的效益系數(shù)與前已計算的效益系數(shù)相比較，直到效益系數(shù)無明顯變化時為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中確定所述效益系數(shù)的方法是將優(yōu)選的加固鉆孔穿越裂隙的系數(shù)與常規(guī)加固鉆孔穿越裂隙的系數(shù)相比，以其比值作為比選加固鉆孔穿越裂隙能力大小的標志并輸出計算處理結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中對平、斜面巖體或開挖平、斜面巖體，確定巖體加固鉆孔的優(yōu)選矢量的方法是以常規(guī)的鉛直加固鉆孔作為比選加固鉆孔圓錐體的中軸，即作為標準加固鉆孔，其它所有比選加固鉆孔與其共有一個圓錐頂，其三維位置矢量用加固鉆孔方位和傾角來表示，其位置用圓周角度表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中對曲面開挖巖體，確定巖體加固鉆孔的優(yōu)選矢量的方法是以常規(guī)的鉛直加固鉆孔作為比選加固鉆孔圓錐體的中軸，即作為標準加固鉆孔，其它所有比選加固鉆孔與其共有一個頂端，然后將比選加固鉆孔按照等差方位和等差傾角分成上下、左右若干層，其位置用圓周角度表示。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中在平、斜面開挖面或天然平、斜面上，確定加固鉆孔孔向、孔口間距、孔口排距三指標的方法是首先把比選鉆孔設(shè)計成圓錐孔群；其次是計算出較優(yōu)孔向；第三是計算各裂隙面在垂直較優(yōu)孔向方向上的投影長度；最后計算出各裂隙面的累計頻率長度，并據(jù)此確定所述孔口間距和孔口排距。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中在開挖成曲面的巖面上，確定加固鉆孔孔向、孔口間距、孔口排距和孔口豎間距的方法是首先把比選鉆孔定位在圓周面上，計算出較優(yōu)孔向；再計算各裂隙面在與較優(yōu)孔向垂直方向上的投影長度和各裂隙面的累計頻率長度；最后按孔距小于某一累計頻率長度的原則確定所述各孔距。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中布置所述加固鉆孔方向和位置的方法是用似極點圖表示其三維尺度，即在圓周上，用圓周角表示加固鉆孔的孔口位置；用以外圓周為零，圓心為90度的各個極點來表示加固鉆孔的三維矢量；以極徑表示傾角。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，其中布置所述加固鉆孔方向和位置的方法是用似極點圖表示其三維尺度，即在圓周上，用圓周角表示加固鉆孔的孔口位置；用以外圓周為零，圓心為90度的各個極點來表示加固鉆孔的三維矢量；以極徑表示傾角。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法，采用計算機及其輸入、輸出設(shè)備，完成在施工前對巖體加固鉆孔的布置，其中包括鉆孔的方向和鉆孔的位置，通過繪制加固鉆孔三維布置似極點圖給出在巖體加固施工中鉆孔方向和位置的參數(shù)和說明。本發(fā)明巖體加固鉆孔參數(shù)的選擇方法的有益效果是在保證質(zhì)量的前提條件下，可以杜絕無效加固鉆孔、最大限度地縮短施工周期，節(jié)省工程投資。
文檔編號G06F17/50GK1844590SQ20051006322
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者馬國彥 申請人:馬國彥