岩体各向异性的应用：地下水排水与岩体锚固

当在直立岩壁或地下厂房的边墙上，进行地下水排水或进行岩体加固时，常规的水工设计常采用与岩壁垂直的钻孔方向，或向外侧倾斜5°的方向，至于这些钻孔能否穿住裂隙或者钻到岩块内，水工设计者过去从不考虑，也无法考虑。著者用伞形孔群比选法优选出一个倾角合适、效益系数最大的产状作为选定地下水排水孔或作为锚杆加固的方向（图16-8、图16-9）。

图16-8　抽水蓄能电站上库及其坝址区斜孔灌浆效益关系图

图16-9　地下厂房区裂隙极点图与效益系数图（图中数字为斜孔比铅直孔提高的效益系数）

1.地下厂房顶拱排水钻孔产状优选计算

计算采用的斜孔倾角AA 和控制变量MM 分别为表16-1：

表16-1

2.排水廊道底板排水钻孔产状优选计算

计算采用的斜孔倾角AA 和控制变量MM 分别为表16-2：

表16-2

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有了图16-8 和图16-9的斜孔效益系数图，就可以根据地下厂房顶拱轴线方向，从排水洞内钻倾斜钻孔，一般向外倾斜的倾角为5°～30°，与轴线交角不小于60°的方向内选择斜孔倾向。可以从倾角5°～30°、60°～90°范围内选择最佳的排水孔产状。

图16-11　尾水洞第一段围岩裂隙极点及钻孔效益系数图

图16-10　地下厂房区裂隙极点与效益系数图

从图16-10内可以看出，当地下厂房顶拱轴向为145°～325°时，从倾向325°和倾向145°两个方向中选择倾向145°、倾角70°的效益系数较大的那个产状作为选定排水孔的产状。

3.利用岩体的各向异性选择较优的隧洞固结灌浆方向

水工建筑的各类隧洞，只要进行固结灌浆，其固结灌浆方向都是采用与岩壁基本垂直的方向，水工设计人员同样不考虑固结灌浆钻孔能否穿住裂隙或者钻到岩块内，基本上按一种模式布置钻孔。利用著者研制的软件，可以在隧洞内壁上选择4 个、6 个、8 个、10个均匀布置的孔位，在每个孔位用“伞形孔群”比选法，可以选出4 个、6 个、8 个、10个最佳方位作为隧洞的固结灌浆方向。这些钻孔是从每个“伞形孔群”中选出的能穿越最多裂隙的固结灌浆钻孔，无疑用这样的方法进行固结灌浆可以取得最佳的灌浆效果（图16-11）。其成果如果用在边坡锚固方向，也会取得最好的岩体加固效果。

计算采用的斜孔倾角AA 和控制变量MM分别为表16-3：

表16-3

用“伞形”比较孔群优选出来的那个235°∠20°的斜孔，效益系数为8.29；用传统布孔方法布置的235°∠45°的斜孔，效益系数为6.11。两个效益系数相比，优选孔比常规布置孔可以多提高36%的效益。