第5卷 第4期1997年 12月
工 程 地 质 学 报Journal o f Eng ineer ing Geology
V ol . 5 N o . 4D ec. , 1997
关于岩土工程类比法的研究
杨志法 尚彦军 刘 英
(中国科学院地质研究所工程地质力学开放研究实验室 北京 100029)
摘 要 为了提高岩土工程类比法的应用水平, 有必要对工程类比法的理论依据、应用条件、可比性和可比度进行深入研究。本文还提出了可比度的概念和以影响因素分析为基础的可比度确定方法。在若干边坡工程的实际应用说明该方法可行。
关键词 类比法 可比性 可比度 边坡工程
1 工程类比法的重要性及其影响因素分析
一些重要规范和规定等曾明确规定, 在有关地质工程设计中应采用类比法。许多
重要岩土工程正是采用了工程类比法等设计成功的。从哲学角度看, 类比是一种从特殊过渡到特殊的思维方式。类比法在科学研究中起着重要作用, 但也存在着某些局限性, 需要与其他方法结合使用。在岩土工程设计中总是将它与理论计算、监控结合使用。或许从工程地质力学综合集成理论(EGMS) 义。
[3]
[1, 2]
出发更能深刻认识工程类比法的理论含义及其意
原则上与岩土工程有关的一切因素都属于分析对象。降雨、地震、施工等变化较大的因素称为易变因素; 而另一类因素如岩性、构造、山体结构、岩体结构、风化程度、岩土体变形破坏规律等则始终变化不大, 称为基本因素。对于讨论开挖的工程类比, 工程几何条件也可划归基本因素。在一般情况下地下水可划归基本因素。基本因素是主要研究对象, 而有关地质条件的因素(如岩性、构造和岩体结构等) 又是主要的。
2 可比度研究
2. 1 主要基本因素的分析及因素代表量问题
可比度是为评价可比性而提出的一种半定量的经验性指标。在进行可比度研究中, 主要考虑工程条件和工程地质条件两个方面。前者包括工程类型和工程规模, 并设其因素代
收稿日期:1997-08-13。
,
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工 程 地 质 学 报第5卷
表量为A 1和A 2; 后者包括工程地质条件的复杂性、岩石坚硬性(综合考虑岩性和风化) 、岩体结构、地下水条件和地应力条件。它们的因素代表量分别设为B 1、B 2、B 3、B 4和B 5。另外, 对于边坡还考虑边坡修正系数A 4和边坡角A 3(表1) 。
工程类型(A 1) 工程类型(即水平地下工程、边坡工程、地基工程、井工程和坝基工程) 是否相同是工程类比法必须首要考虑的。
工程规模(A 2) 工程规模对其稳定性和加固设计的影响都很大。工程尺寸效应在类比法中必须考虑。
表1 工程类比法影响因素分析表
T ab. 1 Influential elements of analog ism in g eotechnical eng ineering
因素分类因素代表量
工程条件
边坡角A 1地
面工程
类型(类别代号)
地下工程
A 2边坡地基坝基水平地下工程井工程
复杂工程区(3)
较弱(3)
A 3
地质条件复杂性B 1简单工程区(1) 中等复杂区(2)
岩石坚硬性B 2坚硬(1) 中等坚硬(2)
工程地质条件岩体结构
B 3整体状结构(1) 层状结构(2) 镶嵌结构(3) 碎裂结构(3) 散体结构(3)
地下水条件B 4潮湿或滴水(1) 小出水量(2)
地应力条件B 5低地应力区(1) 高地应力区(2)
A 4整体状边坡(1) 水平层状边坡(2) 反倾边坡
大出水量(3)
极高地应力区(3)
(3) 顺倾边坡(4)
工程区工程地质条件的复杂性(B 1) 根据已有研究成果[2], 可分为简单工程区、中等复杂区和复杂工程区等三类。
岩石坚硬性(B 2) 影响岩体坚硬程度的因素很多, 例如岩性、风化程度和岩体结构等。这里取以常用的岩石单轴饱和抗压强度R c 作为划分岩石坚硬性的主要指标:R c ≥60M Pa 者为坚硬(1) ; 60M Pa >R c ≥30M Pa 者为中等坚硬(2) ; R c
岩体结构(B 3) 岩体结构可分为整体状(即块状) 结构(1) 、层状结构(2) 、镶嵌结构(3) 、碎裂结构(4) 和散体结构(5) 量指标法应特别重视。
地下水条件(B 4) 对于岩土工程来说, 地下水在一定条件下起到关键作用。本文依据有关标准[5], 将地下水出水状态分为三种情况:潮湿或滴水(1) 、小出水量, 即淋雨状或涌流状出水(2) 、大出水量, 即淋雨状或涌流状出水(3) 。
地应力条件(B 5) 在某些岩体质量分类中已经考虑到地应力的影响, 本文以文献[5]的两类分级(即极高应力和高应力) 为基础, 提出如下三种地应力情况进行研究: 第(1) ,
[4]
。国内外一直存在着多种分类(级) 方法, 其中的岩体质
4期杨志法等:关于岩土工程类比法的研究
301
或低于下述的高应力条件的情况; 第(2) 种情况为高应力, 其R c / max =4～7; 第(3) 种情况为极高应力。岩石单轴饱和抗压强度R c 与垂直洞轴方向的最大初始应力 max 之比R c / max 小于4。
另外, 还需考虑最大主压应力与工程之间的几何关系。
边坡角(A 3) 边坡角是控制边坡稳定性的主要因素之一, 可借助坡角比来描述。边坡修正系数(A 4) 对边坡工程的类比法设计而言, 山体结构极为重要。如对于由层状岩体构成的反倾边坡(岩层倾向与边坡面倾向相反) 与由同一岩层构成的顺倾边坡(岩层倾向与边坡面倾向相同) , 尽管两者的工程地质条件和坡高都十分接近, 但它们的变形破坏规律很不相同。2. 2 可比度计算2. 2. 1 可比度表达式
下列三点对于可比度计算公式的形成来说是重要的:
第一, 可比度必须以工程地质条件的类似性为基础, 因此B 1、B 2、B 3、B 4和B 5等与工程地质条件有关的因素, 将成为可比度计算公式的主体; 第二, 不同工程类型的可比性很弱, 相应可比度必然很低。因此A 1可以作为修正值加以考虑; 第三, 对于类型相同、工程地质条件类似的两个工程, 如果它们的主要尺寸越接近, 其可比性越强, 也即可比度越高。A 2也可按修正值方式加以处理。
在上述考虑的基础上, 提出可比度C 的表达式:
C =A 1. A 2(B 1+B 2+B 3+B 4+B 5) A 3A 4
(1)
其中, A 1、A 2分别为与工程类型和工程规模等因素代表量; B 1、B 2、B 3、B 4和B 5分别为与工程场区的工程地质条件的复杂程度、岩石坚硬性、岩体结构特征、地下水条件和地应力条件等因素代表量; A 3和A 4则分别为边坡角代表量和与边坡变形破坏有关的因素代表量。
应当说明, 场区工程地质条件复杂程度(B 1) 实质上较全面地考虑了岩性、构造、地下水等因素。但有必要利用一些定量指标再次强调岩石坚硬性(即岩性和风化程度) 、岩体结构、地下水和地应力等关键因素, 即B 2、B 3、B 4和B 5。式(1) 对B 1～B 5进行求和集中反映了一般的定性评价与重点的定量评价相结合以求更全面的综合评价思路。2. 2. 2 B 参数的确定
在讨论B 参数时, 本文假定参加工程类比的两个工程为同类和等尺寸。2. 2. 2. 1 B 参数最大值的确定
本文规定可比度C 不大于1。因此除A 1、A 2、A 3和A 4都不大于1外, 还要求:
B 1*+B 2*+B 3*+B 4*+B 5*=1其中, B i *为B i 的最大值(i =1, 2, …5) 。
在满足式(2) 的条件下, 根据工程经验和有关研究成果对B 1、B 3、B 4和B 5的最大值进行分配。为表达方便, 规定对于地面工程(包括边坡工程、地基、坝基等) 的B i 和B i 都加下标s ; 对于地下工程(包括井工程等) 则加下标u , 以示区别。
0. 25 B 2s *=0. 20 B 3s *=0. 30 B 4s *=0. 20 B 5s *=0. 05u 4u *3)
*
(2)
302
工 程 地 质 学 报第5卷
2. 2. 2. 2 B 参数的表达式
为表达和计算方便, B 参数B i 统一采用下列表达式
B i =B i */b i (i =1, 2, …, 5)
(4)
其中, b i 为B i 的影响系数。
根据工程区工程地质条件的复杂性(B 1) 、岩石坚硬性(B 2) 及地下水(B 4) 等条件, 将b 分成4种不同情况按经验取值(表2) 。
表2 B 影响系数b 1、b 2、b 4的取值
T ab. 2 V alue o f influential coefficient b 1, b 2and b 4
情况两工程所属类型
b i
a 同一类型
1
b (1) 和(2)
2
c (2) 和(3)
3
d (1) 和(3)
10
注:表中, b i -影响系数, i =1, 2, 4
2. 2. 2. 3 岩体结构(B 3)
B 3的计算式与(4) 类似。表3给出了b 3取值及相应的B 3值。这些值是在详细地考察目前几种常用的岩石结构分类方法的基础上提出的。
表3 岩体结构影响系数b 3的取值及相应的B 3的确定
T a b. 3 V alue o f influential co efficient b 3o f ro ckmass str uct ur e and co rr espo nding B 3
情况a b c d e f g h i
j k
两工程所属类型
同一类型(1) 和(2) (2) 和(3) (3) 和(4) (4) 和(5) (1) 和(3) (2) 和(4) (3) 和(5) (1) 和(4) (2) 和(5) (1) 和(5)
b [**************]8
B 3
地面工程B 3
0. 30000. 15000. 10000. 07500. 06000. 04290. 03330. 02730. 02500. 02000. 0167
地下工程B 3
0. 250. 1250. 08330. 06250. 05000. 03570. 02770. 02270. 02080. 01670. 0139
2. 2. 2. 4 地应力(B 5)
B 5的计算仍采用式(4) 的形式。鉴于地应力影响的复杂性, b 5分几种情况考虑:对于地基和坝基工程, 地应力影响较小, 一般不需要重点研究, 故取b 5=1;
对于井工程, 由于水平向地应力的不同方位对井壁稳定性影响不明显。因此井工程的b 5按表2取值;
对于水平地下工程, 地应力作用不仅与地应力的大小而且与最大主压应力 max 与洞
4期杨志法等:关于岩土工程类比法的研究
303
程总体方向(即水平地下工程洞轴方向或边坡主坡面的总体走向, 包括左右偏移15°) , 而下标2则表示两者斜交。可按图1所示的方法确定其影响系数b 5
。
图1 地应力条件影响系数b 5的取值方法
Fig . 1 F ram e sho wing the v alue of influential coefficient b 5of g ro und str ess
(a) 地应力类别代号(1) 和(2) 1, (2) 2, (2) 3进行类比时b 5的取值; (b) 代号(2) 1、(2) 2、(2) 3与(3) 1、
(3) 2、(3) 3进行类比时b 5的取值; (c ) 代号(1) 与(3) 1, (3) 2, (3) 3进行类比时b 5的取值。
2. 2. 3 A 参数的确定
工程类型(A 1) 对于同类工程, 可取A 1=1; 对于不同类工程, 则可按图2取值。工程规模(A 2) 若两类比工程的主尺寸不相等, 且L 2>L 1, 则采用下式来确定A 2
值:
1
A 2=
0. 8 0. 6
L 1/L 2>0. 8L
1/L 2=0. 8-0. 6L 1/L 2
(5)
其中, L 1和L 2为类比和被类比两个工程的主尺寸, 例如边坡的坡高、地下洞跨等。
图2 两个类型不同的类比工程进行类比时A 1的取值方法
F ig . 2 T he assessment of A 1in analo gy of tw o kinds of g eotechnical eng ineering pro jects
边坡角(A 3) 对于非边坡工程的类比, 取A 3=1; 对于两个边坡工程而言, 若 2> 1
, 则有:
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工 程 地 质 学 报第5卷
A 3=
1a 1/a 2≥0. 85
a 1/a 2a 1/a 2
(6)
边坡修正系数(A 4) 如果参与类比的两个边坡工程在山体结构(例如表1A 4整体状边坡(1) 、水平层状边坡(2) 、反倾边坡(3) 、顺层边坡(4) ) 上也属于同一类, 则A 4=1; 否则取
A 4=0. 6
2. 3 可比性分级的可比度划分标准
根据可比度, 可给出可比性的5级定性分级(表4) 。
表4 工程类比法可比性分级及其可比度标准
T ab . 4 A nalog ic pr oper ty levels and the cor r espo nding a nalog ic index lim itation
级序可比性可比度C 定性归类
Ⅰ强1≥C >0. 8
可比
Ⅱ较强0. 8≥C >0. 6
Ⅲ中等0. 6≥C >0. 勉强可比
Ⅳ较弱0. 4≥C >0. 2
基本上不可比
Ⅴ弱0. 2≥C
(7)
3 实际边坡工程的类比
其实质正是人工边坡五强溪水电站船闸边坡设计中采用了仿自然边坡设计方法。
同所在部位的自然边坡的类比(表5) 。两者的可比度为0. 8667, 属可比性强。
表5 五强溪水电站左岸船闸自然边坡同人工边坡的类比
T ab. 5A nalo gy between natur al and desig ned shiplo ck slopes of W uqiang xi Hydro po w er Stat ion
自然边坡
因素
类别
工程类别规模边坡角边坡修正系数工程地质条件复杂程度岩石坚硬性岩体结构地下水地应力
反倾边坡复杂工程区
软弱层状结构小出水量低应力这坡坡高
165m 34. 5°(3) (3) (3) (2) (2) (1)
反倾边坡复杂工程区中等坚硬层状结构小出水量低应力
特征
类别边坡坡高
165m 30°(3) (3) (2) (2) (2) (1)
13111
特征
人工边坡
影响系数
b
因 素代表量A 1=1A 1=1A 3=1A 4=1B 1=0. 2500B 3=0. 0667B 3=0. 3000B 4=0. 2000B 5=0. 05
4期杨志法等:关于岩土工程类比法的研究
305
4 小 结
(1) 工程类比法的理论依据应当是工程地质力学综合集成法(EGMS) 所强调的专家群体经验知识和判断力, 而且有着哲学上的依据;
(2) 通过工程类比影响因素分析确定出因素代表量, 可定量求出两个类比工程之间的可比度, 并可进一步划分出其可比性;
(3) 实际工程应用说明了上述关于可比性的讨论及可比度的计算是可行的, 可望在实际工程中进一步完善和发展。
参考
文
献
[1] 中华人民共和国国家标准. 1985. 锚杆喷射混凝土支护技术规范(GBJ 86-85), P7. [2] 总后勤部建筑工程研究所. 1995. 军队地下工程勘测规范. 中国人民解放军总后勤部批准.
[3] 杨志法. 1993. 系统科学在工程地质力学中的应用. 中国科学院地质研究所工程地质力学开放研究实验室1992
年年报. 北京:地震出版社, P. 3～10.
[4] 谷德振. 1979. 岩体工程地质力学基础. 北京:科学出版社, P. 253～260. [5] 中华人民共和国国家标准. 工程岩体分级标准. 1993.
STUDY ON THE ANALOGISM IN GEOTECHNICAL ENGINEERING
Yang Zhifa Shang Yanjun Liu Ying
(I nstitute of Geology , Chinese Ac ademy of S ciences , B eij ing 100029)
Abstract
In order to im pro ve the analo gism in g eotechnical engineering, it is necessary to further study on its theoretical basis , conditio ns for its applicatio n , analogic pro perty and quantification . We put out the defination and calculatio n of analog ic index by ana-lyzing the influential elements. Some examples sho w that it is reasonable and applica-ble.
Key words Analogism , Analog ic proper ty levels , Analo gic index , Slope engineer-ing.
第5卷 第4期1997年 12月
工 程 地 质 学 报Journal o f Eng ineer ing Geology
V ol . 5 N o . 4D ec. , 1997
关于岩土工程类比法的研究
杨志法 尚彦军 刘 英
(中国科学院地质研究所工程地质力学开放研究实验室 北京 100029)
摘 要 为了提高岩土工程类比法的应用水平, 有必要对工程类比法的理论依据、应用条件、可比性和可比度进行深入研究。本文还提出了可比度的概念和以影响因素分析为基础的可比度确定方法。在若干边坡工程的实际应用说明该方法可行。
关键词 类比法 可比性 可比度 边坡工程
1 工程类比法的重要性及其影响因素分析
一些重要规范和规定等曾明确规定, 在有关地质工程设计中应采用类比法。许多
重要岩土工程正是采用了工程类比法等设计成功的。从哲学角度看, 类比是一种从特殊过渡到特殊的思维方式。类比法在科学研究中起着重要作用, 但也存在着某些局限性, 需要与其他方法结合使用。在岩土工程设计中总是将它与理论计算、监控结合使用。或许从工程地质力学综合集成理论(EGMS) 义。
[3]
[1, 2]
出发更能深刻认识工程类比法的理论含义及其意
原则上与岩土工程有关的一切因素都属于分析对象。降雨、地震、施工等变化较大的因素称为易变因素; 而另一类因素如岩性、构造、山体结构、岩体结构、风化程度、岩土体变形破坏规律等则始终变化不大, 称为基本因素。对于讨论开挖的工程类比, 工程几何条件也可划归基本因素。在一般情况下地下水可划归基本因素。基本因素是主要研究对象, 而有关地质条件的因素(如岩性、构造和岩体结构等) 又是主要的。
2 可比度研究
2. 1 主要基本因素的分析及因素代表量问题
可比度是为评价可比性而提出的一种半定量的经验性指标。在进行可比度研究中, 主要考虑工程条件和工程地质条件两个方面。前者包括工程类型和工程规模, 并设其因素代
收稿日期:1997-08-13。
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表量为A 1和A 2; 后者包括工程地质条件的复杂性、岩石坚硬性(综合考虑岩性和风化) 、岩体结构、地下水条件和地应力条件。它们的因素代表量分别设为B 1、B 2、B 3、B 4和B 5。另外, 对于边坡还考虑边坡修正系数A 4和边坡角A 3(表1) 。
工程类型(A 1) 工程类型(即水平地下工程、边坡工程、地基工程、井工程和坝基工程) 是否相同是工程类比法必须首要考虑的。
工程规模(A 2) 工程规模对其稳定性和加固设计的影响都很大。工程尺寸效应在类比法中必须考虑。
表1 工程类比法影响因素分析表
T ab. 1 Influential elements of analog ism in g eotechnical eng ineering
因素分类因素代表量
工程条件
边坡角A 1地
面工程
类型(类别代号)
地下工程
A 2边坡地基坝基水平地下工程井工程
复杂工程区(3)
较弱(3)
A 3
地质条件复杂性B 1简单工程区(1) 中等复杂区(2)
岩石坚硬性B 2坚硬(1) 中等坚硬(2)
工程地质条件岩体结构
B 3整体状结构(1) 层状结构(2) 镶嵌结构(3) 碎裂结构(3) 散体结构(3)
地下水条件B 4潮湿或滴水(1) 小出水量(2)
地应力条件B 5低地应力区(1) 高地应力区(2)
A 4整体状边坡(1) 水平层状边坡(2) 反倾边坡
大出水量(3)
极高地应力区(3)
(3) 顺倾边坡(4)
工程区工程地质条件的复杂性(B 1) 根据已有研究成果[2], 可分为简单工程区、中等复杂区和复杂工程区等三类。
岩石坚硬性(B 2) 影响岩体坚硬程度的因素很多, 例如岩性、风化程度和岩体结构等。这里取以常用的岩石单轴饱和抗压强度R c 作为划分岩石坚硬性的主要指标:R c ≥60M Pa 者为坚硬(1) ; 60M Pa >R c ≥30M Pa 者为中等坚硬(2) ; R c
岩体结构(B 3) 岩体结构可分为整体状(即块状) 结构(1) 、层状结构(2) 、镶嵌结构(3) 、碎裂结构(4) 和散体结构(5) 量指标法应特别重视。
地下水条件(B 4) 对于岩土工程来说, 地下水在一定条件下起到关键作用。本文依据有关标准[5], 将地下水出水状态分为三种情况:潮湿或滴水(1) 、小出水量, 即淋雨状或涌流状出水(2) 、大出水量, 即淋雨状或涌流状出水(3) 。
地应力条件(B 5) 在某些岩体质量分类中已经考虑到地应力的影响, 本文以文献[5]的两类分级(即极高应力和高应力) 为基础, 提出如下三种地应力情况进行研究: 第(1) ,
[4]
。国内外一直存在着多种分类(级) 方法, 其中的岩体质
4期杨志法等:关于岩土工程类比法的研究
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或低于下述的高应力条件的情况; 第(2) 种情况为高应力, 其R c / max =4～7; 第(3) 种情况为极高应力。岩石单轴饱和抗压强度R c 与垂直洞轴方向的最大初始应力 max 之比R c / max 小于4。
另外, 还需考虑最大主压应力与工程之间的几何关系。
边坡角(A 3) 边坡角是控制边坡稳定性的主要因素之一, 可借助坡角比来描述。边坡修正系数(A 4) 对边坡工程的类比法设计而言, 山体结构极为重要。如对于由层状岩体构成的反倾边坡(岩层倾向与边坡面倾向相反) 与由同一岩层构成的顺倾边坡(岩层倾向与边坡面倾向相同) , 尽管两者的工程地质条件和坡高都十分接近, 但它们的变形破坏规律很不相同。2. 2 可比度计算2. 2. 1 可比度表达式
下列三点对于可比度计算公式的形成来说是重要的:
第一, 可比度必须以工程地质条件的类似性为基础, 因此B 1、B 2、B 3、B 4和B 5等与工程地质条件有关的因素, 将成为可比度计算公式的主体; 第二, 不同工程类型的可比性很弱, 相应可比度必然很低。因此A 1可以作为修正值加以考虑; 第三, 对于类型相同、工程地质条件类似的两个工程, 如果它们的主要尺寸越接近, 其可比性越强, 也即可比度越高。A 2也可按修正值方式加以处理。
在上述考虑的基础上, 提出可比度C 的表达式:
C =A 1. A 2(B 1+B 2+B 3+B 4+B 5) A 3A 4
(1)
其中, A 1、A 2分别为与工程类型和工程规模等因素代表量; B 1、B 2、B 3、B 4和B 5分别为与工程场区的工程地质条件的复杂程度、岩石坚硬性、岩体结构特征、地下水条件和地应力条件等因素代表量; A 3和A 4则分别为边坡角代表量和与边坡变形破坏有关的因素代表量。
应当说明, 场区工程地质条件复杂程度(B 1) 实质上较全面地考虑了岩性、构造、地下水等因素。但有必要利用一些定量指标再次强调岩石坚硬性(即岩性和风化程度) 、岩体结构、地下水和地应力等关键因素, 即B 2、B 3、B 4和B 5。式(1) 对B 1～B 5进行求和集中反映了一般的定性评价与重点的定量评价相结合以求更全面的综合评价思路。2. 2. 2 B 参数的确定
在讨论B 参数时, 本文假定参加工程类比的两个工程为同类和等尺寸。2. 2. 2. 1 B 参数最大值的确定
本文规定可比度C 不大于1。因此除A 1、A 2、A 3和A 4都不大于1外, 还要求:
B 1*+B 2*+B 3*+B 4*+B 5*=1其中, B i *为B i 的最大值(i =1, 2, …5) 。
在满足式(2) 的条件下, 根据工程经验和有关研究成果对B 1、B 3、B 4和B 5的最大值进行分配。为表达方便, 规定对于地面工程(包括边坡工程、地基、坝基等) 的B i 和B i 都加下标s ; 对于地下工程(包括井工程等) 则加下标u , 以示区别。
0. 25 B 2s *=0. 20 B 3s *=0. 30 B 4s *=0. 20 B 5s *=0. 05u 4u *3)
*
(2)
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工 程 地 质 学 报第5卷
2. 2. 2. 2 B 参数的表达式
为表达和计算方便, B 参数B i 统一采用下列表达式
B i =B i */b i (i =1, 2, …, 5)
(4)
其中, b i 为B i 的影响系数。
根据工程区工程地质条件的复杂性(B 1) 、岩石坚硬性(B 2) 及地下水(B 4) 等条件, 将b 分成4种不同情况按经验取值(表2) 。
表2 B 影响系数b 1、b 2、b 4的取值
T ab. 2 V alue o f influential coefficient b 1, b 2and b 4
情况两工程所属类型
b i
a 同一类型
1
b (1) 和(2)
2
c (2) 和(3)
3
d (1) 和(3)
10
注:表中, b i -影响系数, i =1, 2, 4
2. 2. 2. 3 岩体结构(B 3)
B 3的计算式与(4) 类似。表3给出了b 3取值及相应的B 3值。这些值是在详细地考察目前几种常用的岩石结构分类方法的基础上提出的。
表3 岩体结构影响系数b 3的取值及相应的B 3的确定
T a b. 3 V alue o f influential co efficient b 3o f ro ckmass str uct ur e and co rr espo nding B 3
情况a b c d e f g h i
j k
两工程所属类型
同一类型(1) 和(2) (2) 和(3) (3) 和(4) (4) 和(5) (1) 和(3) (2) 和(4) (3) 和(5) (1) 和(4) (2) 和(5) (1) 和(5)
b [**************]8
B 3
地面工程B 3
0. 30000. 15000. 10000. 07500. 06000. 04290. 03330. 02730. 02500. 02000. 0167
地下工程B 3
0. 250. 1250. 08330. 06250. 05000. 03570. 02770. 02270. 02080. 01670. 0139
2. 2. 2. 4 地应力(B 5)
B 5的计算仍采用式(4) 的形式。鉴于地应力影响的复杂性, b 5分几种情况考虑:对于地基和坝基工程, 地应力影响较小, 一般不需要重点研究, 故取b 5=1;
对于井工程, 由于水平向地应力的不同方位对井壁稳定性影响不明显。因此井工程的b 5按表2取值;
对于水平地下工程, 地应力作用不仅与地应力的大小而且与最大主压应力 max 与洞
4期杨志法等:关于岩土工程类比法的研究
303
程总体方向(即水平地下工程洞轴方向或边坡主坡面的总体走向, 包括左右偏移15°) , 而下标2则表示两者斜交。可按图1所示的方法确定其影响系数b 5
。
图1 地应力条件影响系数b 5的取值方法
Fig . 1 F ram e sho wing the v alue of influential coefficient b 5of g ro und str ess
(a) 地应力类别代号(1) 和(2) 1, (2) 2, (2) 3进行类比时b 5的取值; (b) 代号(2) 1、(2) 2、(2) 3与(3) 1、
(3) 2、(3) 3进行类比时b 5的取值; (c ) 代号(1) 与(3) 1, (3) 2, (3) 3进行类比时b 5的取值。
2. 2. 3 A 参数的确定
工程类型(A 1) 对于同类工程, 可取A 1=1; 对于不同类工程, 则可按图2取值。工程规模(A 2) 若两类比工程的主尺寸不相等, 且L 2>L 1, 则采用下式来确定A 2
值:
1
A 2=
0. 8 0. 6
L 1/L 2>0. 8L
1/L 2=0. 8-0. 6L 1/L 2
(5)
其中, L 1和L 2为类比和被类比两个工程的主尺寸, 例如边坡的坡高、地下洞跨等。
图2 两个类型不同的类比工程进行类比时A 1的取值方法
F ig . 2 T he assessment of A 1in analo gy of tw o kinds of g eotechnical eng ineering pro jects
边坡角(A 3) 对于非边坡工程的类比, 取A 3=1; 对于两个边坡工程而言, 若 2> 1
, 则有:
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工 程 地 质 学 报第5卷
A 3=
1a 1/a 2≥0. 85
a 1/a 2a 1/a 2
(6)
边坡修正系数(A 4) 如果参与类比的两个边坡工程在山体结构(例如表1A 4整体状边坡(1) 、水平层状边坡(2) 、反倾边坡(3) 、顺层边坡(4) ) 上也属于同一类, 则A 4=1; 否则取
A 4=0. 6
2. 3 可比性分级的可比度划分标准
根据可比度, 可给出可比性的5级定性分级(表4) 。
表4 工程类比法可比性分级及其可比度标准
T ab . 4 A nalog ic pr oper ty levels and the cor r espo nding a nalog ic index lim itation
级序可比性可比度C 定性归类
Ⅰ强1≥C >0. 8
可比
Ⅱ较强0. 8≥C >0. 6
Ⅲ中等0. 6≥C >0. 勉强可比
Ⅳ较弱0. 4≥C >0. 2
基本上不可比
Ⅴ弱0. 2≥C
(7)
3 实际边坡工程的类比
其实质正是人工边坡五强溪水电站船闸边坡设计中采用了仿自然边坡设计方法。
同所在部位的自然边坡的类比(表5) 。两者的可比度为0. 8667, 属可比性强。
表5 五强溪水电站左岸船闸自然边坡同人工边坡的类比
T ab. 5A nalo gy between natur al and desig ned shiplo ck slopes of W uqiang xi Hydro po w er Stat ion
自然边坡
因素
类别
工程类别规模边坡角边坡修正系数工程地质条件复杂程度岩石坚硬性岩体结构地下水地应力
反倾边坡复杂工程区
软弱层状结构小出水量低应力这坡坡高
165m 34. 5°(3) (3) (3) (2) (2) (1)
反倾边坡复杂工程区中等坚硬层状结构小出水量低应力
特征
类别边坡坡高
165m 30°(3) (3) (2) (2) (2) (1)
13111
特征
人工边坡
影响系数
b
因 素代表量A 1=1A 1=1A 3=1A 4=1B 1=0. 2500B 3=0. 0667B 3=0. 3000B 4=0. 2000B 5=0. 05
4期杨志法等:关于岩土工程类比法的研究
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4 小 结
(1) 工程类比法的理论依据应当是工程地质力学综合集成法(EGMS) 所强调的专家群体经验知识和判断力, 而且有着哲学上的依据;
(2) 通过工程类比影响因素分析确定出因素代表量, 可定量求出两个类比工程之间的可比度, 并可进一步划分出其可比性;
(3) 实际工程应用说明了上述关于可比性的讨论及可比度的计算是可行的, 可望在实际工程中进一步完善和发展。
参考
文
献
[1] 中华人民共和国国家标准. 1985. 锚杆喷射混凝土支护技术规范(GBJ 86-85), P7. [2] 总后勤部建筑工程研究所. 1995. 军队地下工程勘测规范. 中国人民解放军总后勤部批准.
[3] 杨志法. 1993. 系统科学在工程地质力学中的应用. 中国科学院地质研究所工程地质力学开放研究实验室1992
年年报. 北京:地震出版社, P. 3～10.
[4] 谷德振. 1979. 岩体工程地质力学基础. 北京:科学出版社, P. 253～260. [5] 中华人民共和国国家标准. 工程岩体分级标准. 1993.
STUDY ON THE ANALOGISM IN GEOTECHNICAL ENGINEERING
Yang Zhifa Shang Yanjun Liu Ying
(I nstitute of Geology , Chinese Ac ademy of S ciences , B eij ing 100029)
Abstract
In order to im pro ve the analo gism in g eotechnical engineering, it is necessary to further study on its theoretical basis , conditio ns for its applicatio n , analogic pro perty and quantification . We put out the defination and calculatio n of analog ic index by ana-lyzing the influential elements. Some examples sho w that it is reasonable and applica-ble.
Key words Analogism , Analog ic proper ty levels , Analo gic index , Slope engineer-ing.