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二十一世纪将是隧道工程和地下工程大发展的一个世纪。一些埋深大、地应力高的越岭、跨海隧道纷纷上马,这为隧洞施工地质灾害的发生提供了一个广阔的空间,尤其是岩爆。岩爆的预测及防治成功否关系到整个工程的进度,甚至工程的成败。而目前岩爆的预测与防治一直缺乏系统的研究,随着工程建设的发展,岩爆预测及防治的研究愈显重要性和紧迫性。 本文以锦屏二级水电站17多公里长的交通隧道为基础,结合前人的研究成果,采用系统分析的方法,即室内试验与野外现场调研相结合,定量分析与定性分析相结合的方法。用多种方法对工程区的岩爆进行了预测,同时通过大量的模拟计算提出了可行的、符合实际的防治措施方案。通过研究,主要获得以下成果: (1) 首次采用层次分析法与模糊数学(AHP—FUZZY)相结合的方法对岩爆进行了综合预测预报,充分考虑了岩性条件、应力条件以及岩体结构条件对岩爆的影响。而具体的评判因子包括8项,通过层次单排序及层次总排序确定各评判因子对岩爆的影响大小,最后对岩爆发生的烈度级别进行了预测。AHP—FUZZY岩爆综合预测所采用的8大评判因子是目前岩爆预测中考虑因素最全面、最系统、最完整的。 (2) 在岩爆计算机辅助预报系统构建研究方面,提出了首先判断岩爆是否可能发生,然后预测岩爆发生烈度级别的思路,并给出了系统程序实现的流程图以及各子系统的流程图。 (3) 在应力强度比预测岩爆的研究中,不仅通过典型断面的数值模拟求解出洞壁最大切向应力值,而且使用复变函数求解出了直墙半圆洞壁的最大切向应力解析解。二者很接近,最后由这11个典型断面的应力强度比值拟合出整条隧洞的应力强度比值,这为岩爆的预测提供了准确的参数值。 (4) 在岩爆的非线性综合预测研究方面,采用了BP神经网络对锦屏二级水电站辅助洞岩爆的烈度及发生概率进行了预测,得到了辅助洞未开挖段岩爆发生的烈度及相应的岩爆段长度值。 (5) 在隧道断面形态对岩爆的影响研究方面,对不同的断面形态进行了开挖模拟分析,得到以下结论:曲线形洞室断面要比直线形好,无折角的断面要比有折角的断面好。同时,由弹性理论计算出锦屏辅助洞谐洞的形状大小,并将其应用于弹塑性条件下,同样得到在弹性状态下的谐洞在弹塑性条件下仍然是最稳定、最安全的洞室。由此,在锦屏二级水电站辅助洞岩爆的防治措施中,首次提出了通过调整断面形态来防治岩爆发生。