基于GA.GRNN地應(yīng)力場反演的超長深埋隧洞圍巖穩(wěn)定性研究

郭沖 王翰盛 鄧偉杰 趙順利 杜衛(wèi)長

摘要：基于超長距離引調(diào)水工程地質(zhì)條件及實測地應(yīng)力資料，建立了工程引水線路初始地應(yīng)力場三維反演計算模型。通過遺傳算法優(yōu)化廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法（GA.GRNN），較為準(zhǔn)確地反演了工程引水線路的初始地應(yīng)力場。基于初始地應(yīng)力場，對長距離引水線路地應(yīng)力進行分區(qū)，并在各分區(qū)選擇典型斷面進行隧洞圍巖穩(wěn)定分析。研究結(jié)果表明：工程區(qū)應(yīng)力場以多隆溝斷裂帶為界，西側(cè)為水平構(gòu)造應(yīng)力區(qū)，極高地應(yīng)力區(qū)和高地應(yīng)力區(qū)多分布于地質(zhì)構(gòu)造帶附近，需注意應(yīng)力釋放導(dǎo)致的巖爆發(fā)生；多隆溝斷裂帶東側(cè)為自重應(yīng)力區(qū)，中等地應(yīng)力區(qū)多分布于此，圍巖穩(wěn)定性相對較好。

關(guān)鍵詞：初始地應(yīng)力；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；遺傳算法；圍巖穩(wěn)定

中圖分類號：TV672+.1? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1001.9235（2024）01.0103.11

Research on Stability of Utralong and Deep.Buried Tunnel Surrounding Rocks Based on GA.GRNN Geostress Field Inversion

GUO Chong1，2，WANG Hansheng3，DENG Weijie1，2，ZHAO Shunli1，2，DU Weichang1，2

（1.Jianghe Engineering Inspection and Testing Co.，Ltd.，Zhengzhou 450003，China;

2.Yellow River Engineering Consulting Co.，Ltd.，Zhengzhou 450003，China;

3.Hangzhou Huajin Lianzhe Intellectual Property Agency Co.，Ltd.，Hangzhou 310051，China）

Abstract： According to the geological condition and measured geostress data of the utralong.distance water diversion project，a 3D inversion calculation model of the initial geostress field of the water diversion route was established.The initial geostress field of the water diversion route was exactly simulated through the method of generalized regression neural network （GRNN） optimized by genetic algorithms （GA.GRNN）.Based on the initial geostress field，the geostress of the water diversion route was partitioned，and the stability of the tunnel surrounding rocks in typical sections was analyzed.The research results show that the geostress field is bounded by Duolong gully fault belt，and the west of the fault belt is a horizontal tectonic stress area.Extremely high and high geostress areas are distributed in geological structural belts where attention should be paid to rock bursts caused by stress release.The east of the Duolong gully fault belt is the self.weight stress area，and the moderate geostress area is distributed here.The stability of the surrounding rocks here is relatively good.

Keywords：initial geostress;neural networks;genetic algorithms;stability of surrounding rocks

地應(yīng)力是賦存于巖體內(nèi)的天然應(yīng)力，對工程的設(shè)計、施工具有重要意義［1-3］。工程中地應(yīng)力原位測量是提供巖體初始地應(yīng)力最直接、有效的手段［4］。但由于地應(yīng)力場成因復(fù)雜多變，測點相對分散，地應(yīng)力實測結(jié)果往往具有一定的離散性，難以體現(xiàn)整個工程區(qū)地應(yīng)力場的宏觀規(guī)律。特別是對于超長距離引調(diào)水工程，由于場地、經(jīng)費等客觀條件限制，不能進行大規(guī)模、全范圍的原位測量。因此，需要在實測地應(yīng)力資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際工程地質(zhì)條件，通過有效的分析方法進行反演計算，以獲得范圍更大、適用范圍更廣的初始地應(yīng)力場［5-7］。

目前，相關(guān)科研工作者針對初始地應(yīng)力場的反演分析開展了一定的研究工作，以多元回歸法為主，如張建國等［8］、裴啟濤等［9］采用多元回歸法，對工程地應(yīng)力場反演進行了深入研究。多元回歸法地應(yīng)力狀態(tài)表達式較為單一，能較好地適用于小范圍的地應(yīng)力場反演，如水電站地下廠房、穿山公路隧洞、邊坡、煤層巷道開挖的地應(yīng)力反演。而對于超長距離的引調(diào)水工程，引水隧洞穿越多地層和應(yīng)力區(qū)，應(yīng)力狀態(tài)錯綜復(fù)雜，單一的應(yīng)力表達式無法完全表示工程區(qū)全段的應(yīng)力狀態(tài)，適用性有限。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法等智能方法被應(yīng)用于巖體初始地應(yīng)力場的反演計算。如戚藍等［10］將系統(tǒng)工程灰色理論引入到地應(yīng)力場分析中；裴書鋒等［11］、馬玉巖等［12］、陳正林等［13］將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于地應(yīng)力場的反演計算；張金［14］、楊志強等［15］、謝學(xué)斌等［16］基于遺傳算法開展了巖體初始應(yīng)力場反演研究。但傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法在反演計算中存在精度和效率上的不足，因此有必要建立一種適用于長距離引調(diào)水工程的考慮多重地質(zhì)因素、計算效率高的反演計算方法。

針對隧洞圍巖穩(wěn)定性研究，科研工作者建立了Mohr.Coulomb、Drucker.Prager、概率強度、非線性統(tǒng)一等圍巖強度準(zhǔn)則［17-20］和容許位移、容許位移速率、變形速率比等變形準(zhǔn)則［21-23］，以及圍巖松動圈理論、圍巖局部失穩(wěn)監(jiān)控指標(biāo)體系、圍巖開挖位移預(yù)警值等圍巖破裂區(qū)判據(jù)等［24-26］。針對高水平構(gòu)造應(yīng)力區(qū)深埋超長隧洞的圍巖穩(wěn)定性研究相對較少，當(dāng)前研究的重點大多集中在自重應(yīng)力的影響上。同時地應(yīng)力分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和研究斷面的選取較為粗略，并不完全適用于超長引調(diào)水工程。因此，有必要對工程沿線地應(yīng)力場進行細化分區(qū)研究，并基于地應(yīng)力分區(qū)結(jié)果和地層巖性對隧洞典型斷面進行精準(zhǔn)圍巖穩(wěn)定分析。

基于此，針對長距離引水工程地質(zhì)條件及實測地應(yīng)力資料，建立引水線路初始地應(yīng)力場三維反演計算模型，通過遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法（GA.GRNN），反演計算工程引水線路的初始地應(yīng)力場?；诔跏嫉貞?yīng)力場，對長距離引水線路地應(yīng)力進行細化分區(qū)，并在各分區(qū)選擇典型斷面進行隧洞圍巖穩(wěn)定分析，為工程的設(shè)計和施工提供重要依據(jù)。

1 高水平構(gòu)造應(yīng)力區(qū)地應(yīng)力實測

1.1 工程概況

青海省某超長距離引調(diào)水工程由引水工程和供水工程組成，工程區(qū)位于青藏高原東北部，海拔高度多在2 500～3 000 m以上。日月山、野牛山、拉脊山自西北向東南斜貫工程區(qū)。區(qū)域內(nèi)地形地貌主要有構(gòu)造剝蝕、侵蝕高山-中高山、構(gòu)造侵蝕中山丘陵和侵蝕堆積河谷三大地貌單元。工程位于青藏高原東北部構(gòu)造帶，地處祁連、青海南山-拉脊山兩大山系的交接處，區(qū)域大地構(gòu)造上屬祁連中間隆起帶、南祁連褶皺帶及秦嶺褶皺帶內(nèi)。受多條構(gòu)造帶的影響，工程區(qū)域內(nèi)地應(yīng)力場分布較為復(fù)雜。

1.2 水壓致裂法地應(yīng)力測試

在工程引水線路開展了SZK03、SZK13和SZK30的水壓致裂法地應(yīng)力測試工作，地應(yīng)力實測結(jié)果見表1。

水壓致裂法地應(yīng)力實測結(jié)果表明，工程測試區(qū)域內(nèi)SH范圍為9.85～35.48 MPa，Sh范圍為8.01～22.45 MPa，最大水平主應(yīng)力方向為N32°～79°E，應(yīng)力場狀態(tài)以NE～NEE向擠壓為主。

SZK13和SZK30工程區(qū)域地應(yīng)力分布規(guī)律為SH>Sv≈Sh，區(qū)域內(nèi)應(yīng)力以水平構(gòu)造應(yīng)力為主，區(qū)域構(gòu)造作用比較強烈；SZK03工程區(qū)域地應(yīng)力分布規(guī)律為Sv>SH>Sh，區(qū)域內(nèi)應(yīng)力以垂直應(yīng)力為主，為自重應(yīng)力區(qū)，表明工程引水線路地應(yīng)力場的復(fù)雜性。

2 基于GA.GRNN的地應(yīng)力反演分析模型

2.1 初始地應(yīng)力場反演計算原理

地應(yīng)力反演原理［9］是將地應(yīng)力回歸計算值k作為因變量，把數(shù)值計算求得的自重應(yīng)力場和構(gòu)造應(yīng)力場相應(yīng)于實測點的應(yīng)力計算值σik作為自變量，回歸方程的形式為：

n——工況數(shù)。

對于m個觀測點，最小二乘法殘差平方和為：

式中 σ*jk——k觀測點j應(yīng)力分量的觀測值；σijk——i工況下k觀測點j應(yīng)力分量的數(shù)值計算值；j=1～6，對應(yīng)初始應(yīng)力的6個分量。

解此方程，得n個待定回歸系數(shù)L=（L1，L2，…，Ln）T，則計算域內(nèi)任一點P的回歸初始應(yīng)力σjp，可由該點各工況計算值迭加而得：

2.2 遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GA.GRNN）

廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GRNN）［11］是徑向基網(wǎng)絡(luò)的一種變形形式，可自動建立輸入和輸出的高維非線性映射，在解決復(fù)雜的非線性問題時，不需要假定具體的函數(shù)形式，從而大大簡化了求解的難度。廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果的好壞依賴于基函數(shù)光滑因子的選取，由于地應(yīng)力變化規(guī)律不確定，無法用函數(shù)定向地確定光滑因子的最佳值，且試算法計算量較大，無法保證精度要求。遺傳算法［14］是一種全局最優(yōu)化方法，適用于多極值點的優(yōu)化問題，將選擇、交叉、變異等概念引入到算法中，通過構(gòu)成一組初始可行解群體并對其進行操作，使其逐漸移向最優(yōu)解。為此，引入遺傳算法，對光滑因子可能的取值進行全局搜索，自動搜索最優(yōu)光滑因子參數(shù)值。通過把遺傳算法和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合到一起，構(gòu)建出GA.GRNN方法，計算流程見圖1。

采用遺傳算法搜索最優(yōu)光滑因子，建立GA.GRNN模型，其具體步驟如下：①對樣本數(shù)據(jù)進行歸一化預(yù)處理；②確定遺傳算法參數(shù)；③遺傳算法初始化，生成初始種群；④GRNN讀入學(xué)習(xí)樣本進行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，按給定的適應(yīng)度函數(shù)進行適應(yīng)度評價；⑤遺傳算法按照每個個體的適應(yīng)度大小進行選擇、交叉和變異操作，得到新的種群；⑥判斷是否達到最大進化代數(shù)，若已達到，則停止計算，返回適應(yīng)度最高的個體；否則轉(zhuǎn)至步驟④，直到達到最大進化代數(shù)；⑦輸出適應(yīng)度最高的個體對應(yīng)的實值數(shù)，即為最優(yōu)的光滑因子；⑧用最優(yōu)光滑因子建立GRNN模型，對測試樣本進行預(yù)測，得到預(yù)測結(jié)果；⑨對預(yù)測數(shù)據(jù)進行反歸一化，對GRNN網(wǎng)絡(luò)性能進行評估，并存儲數(shù)據(jù)。

2.3 計算范圍及計算模型

通過分析該工程區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件和實測地應(yīng)力測點的分布情況，建立反演分析計算模型。將引水隧洞線路方向設(shè)為X軸，垂直隧洞線路方向設(shè)為Y軸，豎直向上為Z軸。計算范圍為：X軸方向取30 000 m，Y軸方向取2 500 m，Z軸方向為海拔2 300 m至地表。

計算模型考慮引水隧洞沿線穿越的8條斷層，包含4條較大的斷裂：多隆溝斷裂（F1）、青海南山南緣斷裂（F2）、青海南山北緣斷裂（F3）、倒淌河—循化斷裂（F4）。工程區(qū)主要地層巖性分別為：印支期中三疊世花崗閃長巖（γδT2）、印支期中三疊世花崗閃長巖（ηγT2）、新近系貴德群（Ng）灰褐桔紅色砂礫巖、早中三疊系隆務(wù)河組（T1l）青灰色砂巖板巖互層夾灰?guī)r、加里東期（γS.O3）灰白色花崗巖、中三疊系香阿洞組（T2x）灰-深灰色砂巖板巖夾灰?guī)r、第四系上更新統(tǒng)洪積（Qpl3）角礫、砂、黃土狀亞砂土及黃土。數(shù)值模型采用四面體單元，模型網(wǎng)格單元數(shù)為426 182，節(jié)點數(shù)為80 543，區(qū)域三維模型和實體模型見圖2。

2.4 模型參數(shù)選取及邊界條件

反演計算過程中采用線彈性模型，根據(jù)工程勘察試驗結(jié)果，同時參考工程地質(zhì)勘察報告中第四系松散層孔隙潛水、基巖裂隙水及相關(guān)鉆孔水位特征等信息，在選取計算參數(shù)時，有針對性地將部分參數(shù)參考試驗結(jié)果中的飽和狀態(tài)進行參數(shù)取值。計算采用的巖石基本參數(shù)見表2。

工程引水線路較長，跨越多個地質(zhì)構(gòu)造帶，地應(yīng)力場分布規(guī)律較為復(fù)雜，回歸巖體初始應(yīng)力場的7種基本因素見圖3。

通過查閱均勻設(shè)計表，確定包括自重影響系數(shù)在內(nèi)的邊界條件一共7個參數(shù)，每個參數(shù)分為28個水平。根據(jù)遺傳算法求得廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)光滑因子為0.553 8，分別代入實測點SZK30、SZK03和SZK13歸一化處理后的數(shù)據(jù)，得到的模型邊界條件見表3。

3 初始地應(yīng)力反演結(jié)果

3.1 反演結(jié)果比較分析

將邊界條件代入數(shù)值分析模型進行計算，獲得模型各地應(yīng)力分量，與實測結(jié)果對比見表4和圖4。

由表4和圖4可以看出，大部分測點地應(yīng)力分量的反演值與實測值在數(shù)值上較為接近，應(yīng)力分量平均絕對誤差為5.94 MPa，誤差相對較小。另外，相較于水平應(yīng)力分量，垂直應(yīng)力分量的誤差相對較大，且回歸值均高于實測值，這是由于垂直應(yīng)力受地形地貌、歷史應(yīng)力、構(gòu)造作用等綜合因素的影響，其值一般為巖體自重應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造垂直應(yīng)力疊加的結(jié)果，而水壓致裂法僅能測量水平主應(yīng)力，表中所列垂直應(yīng)力分量實測值為根據(jù)上覆巖體厚度進行的估算值，其值均小于實際垂直應(yīng)力?？偟膩碚f，反演結(jié)果與現(xiàn)場試驗測試結(jié)果和歷史地質(zhì)構(gòu)造資料中的地應(yīng)力場一般規(guī)律相符，可較好地模擬工程引水線路的初始地應(yīng)力場。

3.2 工程引水線路初始地應(yīng)力場分布規(guī)律

基于GA.GRNN方法反演結(jié)果，對工程引水線路區(qū)域地應(yīng)力進行反演合成計算，截取引水隧洞軸線縱剖面的最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力，見圖5。引水隧洞沿線區(qū)域初始地應(yīng)力場最大主應(yīng)力范圍為15～30 MPa，中間主應(yīng)力范圍為10～20 MPa，最小主應(yīng)力范圍為10～20 MPa。

引水隧洞軸線縱剖面的地應(yīng)力矢量分布見圖6。由6a可以看出，構(gòu)造應(yīng)力方向與隧洞軸線方向近平行，引水隧洞沿線最大主應(yīng)力矢量以多隆溝斷裂為界分為2個區(qū)域：第一區(qū)域為多隆溝斷裂以西的閃長巖一區(qū)，以水平構(gòu)造應(yīng)力為主，構(gòu)造應(yīng)力方向與隧洞軸線方向近平行，為構(gòu)造應(yīng)力發(fā)育區(qū)；第二區(qū)域為多隆溝斷裂以東的砂巖、板巖互層區(qū)和青海南山北緣斷裂帶（F2）東部閃長巖二區(qū)，以自重應(yīng)力為主，為自重應(yīng)力區(qū)。反演所用測點SZK30位于閃長巖一區(qū)，測點SZK13位于閃長巖二區(qū)的F3斷裂區(qū)，二者均以水平構(gòu)造應(yīng)力為主，測點SZK03位于閃長巖二區(qū)，以自重應(yīng)力為主，反演計算地應(yīng)力方向與實測地應(yīng)力方向基本吻合。

4 高水平構(gòu)造應(yīng)力區(qū)隧洞圍巖穩(wěn)定分析

4.1 地應(yīng)力分級

初始地應(yīng)力的判別與劃分，采用DL/T 5419—2009《水電水利工程地下建筑物工程地質(zhì)勘查技術(shù)規(guī)程》中考慮地應(yīng)力大小與強度應(yīng)力比的綜合分級方案，強度應(yīng)力比計算見式（4）。

式中 Rb——巖石飽和單軸抗壓強度，MPa；σm——最大主應(yīng)力，MPa。

巖體初始地應(yīng)力分級方案見表5。

基于地應(yīng)力反演所得初始地應(yīng)力場，提取引水隧洞沿線地應(yīng)力數(shù)值，統(tǒng)計各測點巖體的強度應(yīng)力比，并根據(jù)地應(yīng)力分級方案對引水隧洞沿線地應(yīng)力進行分區(qū)，結(jié)果見圖7。

根據(jù)圖7的統(tǒng)計結(jié)果，將隧洞沿線地應(yīng)力按地層進行分類，結(jié)果見表6。

由表6可知，引水線路極高地應(yīng)力區(qū)主要集中在斷層附近，典型斷面如7.8～8.4 km的閃長巖段，局部初始地應(yīng)力達59.6 MPa。高地應(yīng)力區(qū)分布范圍較廣，典型斷面如2.2～7.6 km和20.6～25.2 km的閃長巖段、8.8～11.6 km的花崗巖段、12.2～20.0 km和25.4～29.0 km的砂巖板巖互層段，初始地應(yīng)力水平主要集中于20.0～50.0 MPa。中等地應(yīng)力區(qū)主要集中分布于1.6～2.0 km和21.8～23.4 km的閃長巖段，其初始地應(yīng)力水平相對較低。

4.2 隧洞圍巖穩(wěn)定計算模型

隧洞開挖對應(yīng)力場的擾動主要集中在一定范圍內(nèi)，通常不超過3倍洞徑。利用反演計算的初始地應(yīng)力場評價隧洞圍巖穩(wěn)定時，在數(shù)值建模過程中，應(yīng)建立足夠大的邊界，按3倍洞徑考慮，提取典型斷面處的初始應(yīng)力場應(yīng)力值，作為圍巖穩(wěn)定分析的應(yīng)力邊界條件。

選取3種地應(yīng)力分區(qū)下隧洞的典型斷面（8.4 km；20.8、11.0、15.0 km；22.0 km）進行隧洞圍巖穩(wěn)定分析。計算模型尺寸為100 m×50 m×50 m，共112 000個單元，119 700個節(jié)點。計算采用莫爾-庫倫力學(xué)模型和應(yīng)力邊界條件，加載時初始化巖體內(nèi)部的賦存應(yīng)力，并施加邊界條件。根據(jù)工程勘察試驗結(jié)果和初始應(yīng)力場反演結(jié)果，圍巖基本參數(shù)和初始地應(yīng)力見表7。

4.3 隧洞典型斷面圍巖穩(wěn)定分析

根據(jù)地應(yīng)力分區(qū)結(jié)果，在引水線路中選取典型斷面進行圍巖穩(wěn)定分析，以此評價施工期圍巖的安全性，并為保障引水隧洞的安全與快速施工提供數(shù)據(jù)支撐。

4.3.1 極高地應(yīng)力區(qū)（8.4 km）

本區(qū)域所選的典型斷面為測點8.4 km處閃長巖斷面。隧洞開挖后圍巖的位移場、最大主應(yīng)力見圖8。隧洞開挖后，圍巖最大變形為0.22 m，圍巖最大主應(yīng)力高達65.0 MPa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，受偏應(yīng)力的作用，最大主應(yīng)力出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，普遍集中于拱頂偏左和拱底偏右位置。鑒于圍巖應(yīng)力較高，建議隧洞開挖時注意應(yīng)力釋放導(dǎo)致的巖爆發(fā)生，同時在巖體應(yīng)力釋放后及時支護，防止圍巖塑性區(qū)向深部擴展。

4.3.2 高地應(yīng)力區(qū)（20.8、11.0、15.0 km）

高地應(yīng)力區(qū)閃長巖段（20.8 km）隧洞開挖后圍巖的位移場、最大主應(yīng)力見圖9。洞段開挖后，圍巖最大變形為0.13 m，圍巖最大主應(yīng)力為52.0 MPa左右，未出現(xiàn)拉應(yīng)力。受偏應(yīng)力的作用，最大主應(yīng)力的位置出現(xiàn)近45°的偏轉(zhuǎn)，普遍集中于拱頂偏右和拱底偏左位置。

高地應(yīng)力區(qū)花崗巖段（11.0 km）隧洞開挖后圍巖的位移場、最大主應(yīng)力見圖10。洞段開挖后，圍巖最大變形為0.12 m，該洞段圍巖最大主應(yīng)力為36.0 MPa左右，未出現(xiàn)拉應(yīng)力。

高地應(yīng)力區(qū)砂巖與板巖互層段（15.0 km）隧洞開挖后圍巖的位移場、最大主應(yīng)力見圖11。洞段開挖后，圍巖最大變形為0.20 m，洞段圍巖最大主應(yīng)力為47.0 MPa左右，未出現(xiàn)拉應(yīng)力。受偏應(yīng)力影響，拱頂和拱底的最大主應(yīng)力小于拱腰。

高地應(yīng)力區(qū)圍巖應(yīng)力較高，建議隧洞開挖時注意應(yīng)力釋放導(dǎo)致的巖爆發(fā)生，并及時支護，防止塑性區(qū)擴展和應(yīng)力松弛引發(fā)的掉塊。

4.3.3 中等地應(yīng)力區(qū)（22.0 km）

中等地應(yīng)力區(qū)閃長巖段（22.0 km）隧洞開挖后圍巖的位移場、最大主應(yīng)力見圖12。洞段開挖后，圍巖最大變形為0.11 m，圍巖最大主應(yīng)力為46.0 MPa左右，未出現(xiàn)拉應(yīng)力。最大主應(yīng)力變化明顯，受水平擠壓作用，隧洞拱頂偏左和拱底偏右處應(yīng)力逐漸遞減至20.0 MPa。鑒于圍巖變形較小，測點22.0 km處閃長巖區(qū)隧洞圍巖安全性較好，巖體基本能夠?qū)崿F(xiàn)自穩(wěn)。

5 結(jié)論

結(jié)合高水平構(gòu)造應(yīng)力區(qū)長距離引水工程地質(zhì)條件及實測地應(yīng)力資料，建立引水線路初始地應(yīng)力場反演計算模型，通過遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法反演得出工程引水線路的初始地應(yīng)力場。對引水線路地應(yīng)力進行細化分區(qū)，并在各分區(qū)選擇典型隧洞斷面進行圍巖穩(wěn)定分析。通過研究得到如下結(jié)論。

a）地應(yīng)力反演結(jié)果表明，引水隧洞沿線區(qū)域初始地應(yīng)力場最大主應(yīng)力范圍為15～30 MPa，約為最小主應(yīng)力的1.5倍。構(gòu)造應(yīng)力方向與隧洞軸線方向近平行，工程區(qū)應(yīng)力場以多隆溝斷裂帶為界，西側(cè)以水平構(gòu)造應(yīng)力為主，東側(cè)以自重應(yīng)力為主。地應(yīng)力反演回歸值與實測值較為吻合，為引水隧洞的設(shè)計和施工提供了合理的三維初始地應(yīng)力場。

b）地應(yīng)力分區(qū)研究表明，極高地應(yīng)力區(qū)多出現(xiàn)在地質(zhì)構(gòu)造帶附近；由于隧洞埋深大，地質(zhì)構(gòu)造作用強烈，隧洞大部分區(qū)域處于高地應(yīng)力區(qū)；中等地應(yīng)力區(qū)主要分布于工程東側(cè)的自重應(yīng)力區(qū)，初始地應(yīng)力水平相對較低。

c）根據(jù)地應(yīng)力分區(qū)結(jié)果，開展了引水隧洞典型斷面的圍巖穩(wěn)定分析，斷裂帶附近的極高地應(yīng)力區(qū)和分布范圍最廣的高地應(yīng)力區(qū)段隧洞圍巖應(yīng)力較高，變形較大，需注意應(yīng)力釋放導(dǎo)致的巖爆發(fā)生，并及時支護，防止塑性區(qū)擴展和應(yīng)力松弛引發(fā)的掉塊。中等地應(yīng)力區(qū)段圍巖變形較小，巖體基本能夠?qū)崿F(xiàn)自穩(wěn)，圍巖穩(wěn)定性相對較好。

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