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锚碇设计与砂砾质石灰岩开孔稳定性评价:以土耳其H. Akg为例。
联合国，M.K. Ko@kar
中东技术大学地质工程系，土耳其安卡拉06531,2003年5月12日
摘要
本研究提出了一种锚固的设计和评估过程稳定的开口在粉砂,砂质灰岩通过调查的岩土问题针对Hasankeyf历史结算土耳其东南部地区,其中很大一部分将保持低于该Ilısu的水库大坝。对岩体进行了表征。利用RMR和GSI方法进行岩体分类。根据GSI方法，利用RocLab软件确定岩体的抗剪强度参数和地质力学性质。岩体的内聚力和内摩擦角分别为257kPa和52°，摘要对该地区一处重要历史建筑的支撑结构控制的平面破坏块体进行了反分析，确定了满足滑动面极限平衡的抗剪强度参数对。对满足极限平衡的最可能的抗剪强度对进行敏感性分析，并将其作为水库水条件(即，快速下降，干湿水库条件)和预期地震所产生的峰值水平地面加速度系数。反分析的结果是内聚力为161kPa，内摩擦角为40°，沿着平面块体的破坏面。对不稳定岩体进行了极限平衡灵敏度分析，分析结果与水库水环境、地震预期峰值水平地面加速度系数和岩石锚索倾角有关。在快速下降的情况下，计算了稳定平面块体所需的最小锚固力为4000kN/m。建议使用56个锚点，每个锚点的工作载荷为1000kN，间距为1m，以保证稳定性。利用有限元分析方法，分析了因岩柱厚度不足而在岩石中雕刻的邻近人工窑洞的部分屋顶的倒塌，并确定了该地区相邻洞穴之间为稳定所需的最小岩柱厚度。分析了0.1 ~ 0.93m的9种不同煤柱厚度。洞室有限元分析的阶段包括:(a)覆盖层厚度引起的重力荷载，施加远场水平应力，插入平面块体断裂;(b)在受应力的岩石中开挖岩洞，假设进行全面开挖，并(c)施加均匀的牵引载荷。有限元分析的结果导致建议在Hasankeyf附近的一个洞穴中使用钢拱架，以防壁厚小于或等于0.5m。
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- 本研究的目的是提出一种锚固设计和开孔稳定性评估的程序，在粉砂质石灰岩。过程是通过调查评估针对Hasankeyf历史解决地区的岩土工程问题,将部分淹没Ilısu大坝的水库建设提出了底格里斯河。针对Hasankeyf是一个该地区重要的历史遗址，曾是几个中世纪文化的首都。它位于蝙蝠侠西南约35公里处，位于安纳托利亚东南部的底格里斯河南岸(图1)。该地区的岩土问题构成了结构控制的平面块体支持一个突出的历史结构的可能性，以及由于柱子厚度不足而在岩体中雕刻的洞穴聚落的屋顶倒塌的可能性。经Ilısu填充坝水库,水可能会加速该地区岩石破裂现象可能导致有害的条件对于那些访问历史仍高于水库最高水位的构造[2,3]。根据RMR和GSI方法，该地区的岩土工程研究包括岩体特征和岩体分类。根据GSI方法，利用RocLab软件确定岩体的抗剪强度参数和地质力学性质。由于采用岩体岩土参数来评价溶洞沉降的稳定性，因此采用了RocLab的隧道应用方案。摘要对该地区一处重要历史建筑的结构控制的平面破坏块体进行了反分析，确定了满足滑动面极限平衡状态的抗剪强度参数对。对满足极限平衡的最可能的抗剪强度对进行敏感性分析，并将其作为水库水条件(即预测地震所产生的峰值水平地面加速度系数。摘要对不稳定岩体进行了极限平衡灵敏度分析，分析结果表明，不稳定岩体的极限平衡灵敏度与水库水环境、地震预期峰值水平地面加速度系数和岩石锚索倾角有关。利用有限元分析方法，分析了因岩柱厚度不足而在岩石中雕刻的邻近人工窑洞的部分屋顶的倒塌，并确定了该地区相邻洞穴之间为稳定所需的最小岩柱厚度。分析了0.1 ~ 0.93m的9种不同煤柱厚度。提供了洞穴支持的建议。
- 研究区位于以厚层序海洋成因为代表的沉积地层中。这些层序是阿拉伯板块北缘的一部分，广泛分布于安纳托利亚东南部。两个广泛的岩石协会在该地区白垩纪——Sırnak和米组渐新世时代。这些岩石与上新世大陆碎屑岩不整合叠置，形成该地区的低地势。第四纪玄武岩熔岩流是从该地区零散分布的火山中心喷发出来的。最年轻的岩石单元是最近形成的沿主要河流河道的冲积矿床。Hasankeyf附近主要出露的岩性单元为Midyat组的Germik组和Haya组，它们一致地覆盖在Gerc上。u - s - Sırnak集团的形成。所有的单位都一致地大致沿东西方向行进，并与底格里斯河平行。倾角一般向北，平均倾角为7-10 °。
图1所示。工程范围位置图(比例:1/25,000)。
图2所示。看向南方的Hasankeyf。
图3所示。粉砂质石灰岩的景观。
表1干饱和条件下岩体分级(RMR)分级参数、取值及分级
表2 RocLab[16]隧道应用方案确定的质量较好的岩体的地质力学特性汇总
图4所示。“小皇宫”的景观。基础所在的不稳定平面块体轮廓用直线实线表示。瑞士VA TECH HYDRO公司的许可。
1900年至2000年期间，该地区发生了4次地震，震级在里氏3.5至4.9级之间。Hasankeyf位于二级地震带上，地震峰值水平地面加速度系数在0.3 ~ 0.4之间。Hasankeyf完全位于Germik地层中，该地层由灰白色至浅灰色和/或灰褐色组成，中等强度，新鲜到轻微风化，厚层至极厚层，局部块状，几乎水平或轻微浸渍的粉砂质灰岩。石灰岩有时被垂直的节理和局部不规则的裂缝和/或裂缝所切割。根据ISRM[5]的要求，节点之间的间距很大。关节和骨折的表面可分为轻微粗糙。关节的持久性中等，而骨折的持久性中等到高。关节的缝隙适度的宽，骨折适度的宽到宽。图3是石灰岩岩体的视图。从图左上部分的拆离岩体轮廓可以看出，岩体具有三个不连续集。注意图左下方的窑洞。现场岩石破坏机制包括岩石崩落和运动平面破坏。由于对窑洞的雕刻，特别是在非常厚的层和/或巨大的层中，原本巨大到中等强度的岩石已经被削弱，并导致岩石下降。根据ISRM[5]，在悬崖脚下堆积的脱落的石灰岩块表明块的大小从大到非常大。3、岩体分类及岩体地质力学参数的确定项目区域内使用的两种岩体分类系统是岩体分级系统(RMR) ，由Bieniawski和Hoek等、Hoek、Hoek和Brown提出并由Hoek等、Marinos和Hoek、Hoek和Marinos扩展的地质强度指数(GSI)分类。根据Bieniawski，计算了干燥条件下岩体的RMR为57，将岩体划分为均匀岩体。模拟水库蓄水不利条件的饱和岩体的RMR值为42，仍然将岩体划分为均匀岩体。计算岩体RMR的参数、取值及分级如表1所示。起源于Hoek-Brown破坏准则的GSI分类基本依赖于三个输入参数:岩体的GSI值、岩体中完整岩体的单轴抗压强度和完整岩体的Hoek-Brown常数mif的值。GSI分类提供了一个根据现场观测确定的不同地质条件来估算岩体强度降低的系统。岩体特征是基于岩石结构的视觉印象，即岩石的块度，以及由节理粗糙度和蚀变指示的不连续面的表面条件。这两个参数的组合提供了一个实用的基础，以描述广泛的岩体类型，与多样化的岩石结构，从非常紧密相连的强岩石碎片，以重压碎岩体。根据岩体描述，根据Hoek和Marinos给出的等值线估计GSI值(表3)。Hasankeyf的粉质、砂质石灰岩岩体由三组相交的不连续面组成，被认为具有块状、均匀岩体的特征，其平均GSI值为50。根据ISRM[5]，将岩体完整岩块的单轴抗压强度赋值为25mpa。完整岩石块的Hoek - brown常数miis由Hoek和Marinos(表2)a为9测定。表2根据Hoek-Brown破坏准则总结了优质粉砂质灰岩岩体的地质力学特性。隧道应用选项的RocLab[16]软件用于确定岩体岩土参数，因为这些参数将在本文后面部分用于评估洞穴沉降的稳定性。RocLab的平均隧道深度为27米，平均岩石单位重量为25 kN/m3。平均凝聚力和内摩擦角的岩体GSI = 50, 和计算分别为257 kPa和52°。
4、“小宫殿”的不稳定性评价与修复
将军“小宫殿”是哈山科伊夫重要的历史建筑，它的基础是一块已存在的断裂，受到平面运动破坏的威胁。“小宫殿”的景观见图2(西侧)和图4。骨折的倾角 为69 °，力的方向为N49W。图4中绘制的直线是为了突出不稳定平面的大致轮廓结构是基于。该地块高约27米，顶部宽11.55米，脚趾宽4米，厚约14米。
图4所示。“小皇宫”的景观。基础所在的不稳定平面块体轮廓用直线实线表示。瑞士VA TECH HYDRO公司的许可。
4.2。为了获得必要的设计参数并评估可能的边坡安全设计补救措施，根据Jaeger和Hoek、Bray的建议，对运动不稳定平面岩体进行了极限平衡分析。图5为作用在不稳定平面块体ACDH上的力沿x0-和y0-轴的分布和分解。的最大储层水平提出Ilısu大坝(526.85)是由点F0表示在图5;该水平度等于油藏全柱高度的2 / 3(图5中G点)，用垂直距离IJ表示:油藏全柱高度IJ = 23.41 m;整个储层柱的三分之二，用hwin图5表示，等于15.61 m。作用在x轴(SFx0)和y轴(SFy0)上的合力由Eqs给出。(1)和(2)下(注意，水位位于F点，F点代表水库的最大水位，作用于轴向负方向的力被认为是正的):
图5所示。作用在不稳定平面块ACDH上的力沿x0和y0轴的分布和分解。假定水位在F点:所有参数的定义由Eqs给出(1)和(2)。
式中Q为“小宫殿”单位宽度的附加荷载(kN/m);W平面块体单位宽度重量(kN/m); 地震荷载单位宽度(kN/m)由于预期地震所产生的峰值水平地面加速度系数Ph 是每单位宽度的水压力，由沿EF块段F点的水位引起;ED;CD和BC;分别(kN / m);T单位宽度所需岩石锚固力(kN/m);和是图5中定义的角。Eqs中要求的参数值。(1)和(2)如下:问Q=606 kN / m;A平面砌块的截面面积ACDH=
滑块抗滑安全系数(F)由式(3)表示:
式中，为黏聚力，为沿滑动岩块裂隙长度为AC的内摩擦角(图5)。
4.3。正如Marinos和Hoek以及Hoek和Marinos所指出的，“Hoek - brown标准不适用于结构控制的故障。当存在不利方向的连续弱平面不连续时，这些将支配岩体的行为”。为此，进行了反分析，以确定抗剪强度参数(内摩擦角和黏聚力沿滑动平面块体下方的“小宫殿”基础。在反分析中，采用了一种保守的方法，假定平面块体处于极限平衡状态，即，通过计算满足极限平衡条件。例如F=1.0。从等式(3),图6给出的结果分析作为附加费负荷的函数(Q)的“小宫殿”和预期的地震产生的水平地面加速度峰值系数。图6表明,增加抗剪强度参数与增加Q和增加，选择曲线与Q=606 kN / m和代表现状和假设”略粗糙断裂面具有内摩擦角从35°到45°，结果是等于和148 kPa-45°满足沿滑块的极限平衡条件。图7给出了三种最可能的的特征是“轻微粗糙”的断裂面。如图7所示，给出了安全系数(F)与水库水条件之间的关系，作为最可能的满足极限平衡条件和分析了三种不同的储层水条件，分别为:储层水抽空后在破坏面上仍可能存在高水压的快速下降条件;在水库排空后，破坏面上的高水压被排除在外的干燥状态(即其中水位为图5中的D点)，整个水库充满水的湿润状态(即,水位在G点在图5中导致一个完整的水库列IJ或hw=23.41米)。图7显示,安全系数随低凝聚力和高摩擦角的选择对满足极限平衡条件;随着的减少和水库水位的增加而增加。灵敏度分析后,剪切强度参数的平均值对满足极限平衡条件的选择,即161 kPa和，值得注意的是，平均抗剪强度参数对的选择是保守的结果，因为它们是在达到极限平衡条件的假设下计算的。例如F=1.0)。表3给出了一个示例计算增加的增加为和需要注意的是, 应该增加,例如,增加到184 kPa，如果目前滑块的安全系数实际上等于1.1。
图6所示。黏聚力与内摩擦角对满足滑动平面块体极限平衡条件的“小宫殿”超载(Q)与预期地震产生的峰值水平地面加速度系数(ah/g)的函数。
图7所示。安全系数(F)与水库水况的关系(即最可能满足极限平衡条件和地震峰值水平加速度系数(ah/g)的成对的函数。
表3沿滑岩块的内聚力作为内摩擦角或40°的安全系数(F)的函数超载(Q) =606kn /m和地震产生的峰值水平地面加速度系数(ah/g) =0
4.4。敏感性分析对不稳定平面块体进行极限平衡敏感性分析，分析其与水库水情、地震预期峰值水平地面加速度系数(ah/g)和岩石锚倾角的关系。在敏感性分析中，假设了五种不同的水库水状态:快速下降、干态和三分之一、三分之二、整个水库充满水的湿态。三分之一的全水库列对应于一个水位点E0和等于IJ(1/3)或7.8米(图5)。正如之前提到的,三分之二的全水库列表示最大水库水位和对应于一个水位点F等于(2/3)IJ或15.61米。全水库列或整个油藏注满水意味着水库水位在G点,等于整个水库列IJ或23.41 m(图5),五个不同的预期地震产生的水平地面加速度峰值系数被认为:0,0.1,0.2,0.3和0.4。如前所述，Hasankeyf位于二级地震带上，预期在0.3到0.4之间。这就是为什么在敏感性分析中被取为0.4的原因。分析了四种不同的锚杆倾角(y): 21°，2 6 °,3 1 °,和50 °。这些角代表0°的倾斜度5°,10°和29°从西顺时针方向。Wyllie[19]给出了最佳的岩石锚倾角从东部逆时针方向为
其中为平面岩块倾角等于69°和内摩擦角等于40°。根据式(4)计算出的为151°从东边逆时针方向，29°从西顺时针方向，这等于一个岩石锚倾角等于5 0°。
4.5。图8给出了安全系数作为水库水条件的函数(即，快速下降，干燥和潮湿的条件下)和预期地震产生的峰值水平加速度系数为无锚支持(即。T=0),安全系数降低水库水位下降和增加，现状的安全系数与干水库和0年代计算从表格(3)为1.06。如前所述，在 Hasankeyf的范围为0.3到0.4。考虑到高的0.4一个保守的方法,最可能的储层条件下的安全系数, 这里。低限的计算安全系数迅速
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