付 平，張新輝，劉元坤，尹健民，徐春敏

(長江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室，湖北 武漢 430010)

0 引言

地應(yīng)力是地質(zhì)構(gòu)造運動和巖體自重等共同作用的結(jié)果，是進行地質(zhì)環(huán)境和區(qū)域穩(wěn)定性評價、地下工程設(shè)計與施工要考慮的重要因素。地應(yīng)力的分布十分復(fù)雜，局部應(yīng)力和區(qū)域應(yīng)力之間可能存在相當(dāng)大的差別，這種差別的主要原因之一是不同尺度的斷裂構(gòu)造發(fā)育[1]。西南地區(qū)的滇中引水、川藏鐵路等國家十三五重點工程項目位于印度板塊與歐亞板塊中國大陸碰撞帶東緣。區(qū)域內(nèi)有較大規(guī)模和深度的活動斷裂發(fā)育，構(gòu)造環(huán)境極為復(fù)雜，地震活動強烈而頻繁，不少隧道不可避免地跨越不同的地質(zhì)構(gòu)造單元與不同尺度的活動斷裂。開展活動斷裂區(qū)的地應(yīng)力賦存狀態(tài)研究，對預(yù)測深埋隧洞開挖過程中的巖爆及大變形等工程地質(zhì)災(zāi)害具有重要的實際意義，分析斷裂活動對隧洞工程的影響程度，對場地穩(wěn)定性和抗錯斷支護設(shè)計亦有參考和指導(dǎo)價值。

活動斷裂區(qū)域地應(yīng)力場的研究方法主要包括原地應(yīng)力測量、震源機制解反演和數(shù)值模擬等。安其美[2]、CHOI[3]、PHAM[4]等通過在典型斷裂發(fā)育地區(qū)開展地應(yīng)力測試工作，研究地應(yīng)力的賦存狀態(tài)及分布特征，指出斷裂構(gòu)造和巖層的非均質(zhì)性是造成區(qū)域地應(yīng)力場分異化的主要原因；郭啟良[5]、陳群策[6]、豐成君[7]、WU[8]等根據(jù)斷裂帶部位震前和震后的地應(yīng)力實測數(shù)據(jù)，研究構(gòu)造應(yīng)力場的變化與調(diào)整；LI等[9-10]利用我國華北地區(qū)的震源機制解及109～970 m深度范圍內(nèi)的原地應(yīng)力實測數(shù)據(jù)，依據(jù)庫倫摩擦準(zhǔn)則分析了應(yīng)力累積對斷裂活動的激發(fā)作用；BAOUCHE等[11]基于鉆井誘發(fā)裂縫法地應(yīng)力測試結(jié)果，通過應(yīng)力多邊形推算了斷裂運動趨勢；蘇生瑞等[12]通過多條活動斷裂組成的斷裂系統(tǒng)附近的地應(yīng)力分布規(guī)律研究了活動斷裂與地應(yīng)力場相互作用；陳化然[13]、陳連旺[14]、YIN[15]等借助有限元等數(shù)值計算方法并結(jié)合地質(zhì)背景資料進行地球動力學(xué)模擬，分析了活動斷裂區(qū)域應(yīng)力場特征。

滇中引水工程大理Ⅰ段香爐山隧洞全長 62.6 km，埋深大于600 m洞段累計42.2 km，占比67%，埋深大于1 000 m洞段累計21.4 km，占比34%，最大埋深約1 450 m，屬典型深埋長隧洞，為滇中引水控制性重點難點工程。2010年至2016年，筆者所在團隊先后在該隧洞隧址區(qū)斷裂帶區(qū)域完成了8個深鉆孔的水壓致裂法地應(yīng)力測試工作，鉆孔深度在245～950 m，共計獲得了89個測段的有效地應(yīng)力測試數(shù)據(jù)和其中20個測段的破裂縫方位印模結(jié)果。本文基于上述8個鉆孔的原地應(yīng)力測試資料，結(jié)合已有研究成果，揭示該地區(qū)現(xiàn)今地應(yīng)力場的分布特征，依據(jù)滑動摩擦準(zhǔn)探討活動斷裂的穩(wěn)定性，并全面考慮多類因素進行活動斷裂對工程影響性的綜合評價。

1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景

滇中引水工程大部分路段位于川滇菱形塊體的中南部，現(xiàn)今該塊體主要受如圖1所示的三方面構(gòu)造作用：一是青藏高原向東推移受阻于川黔地塊與華南地塊，使川滇菱形塊體整體向南南東方向擠出和側(cè)向滑移；二是印支板塊對川滇塊體東北向的擠壓，最終作用于云南西部；三是受到來自華南地塊北西-北北西向力的作用。菱形塊體被小金河-麗江-劍川斷裂帶劃分為川西北塊體和滇中塊體，香爐山隧洞跨越這兩個塊體，大部分洞段位于麗江臺緣褶皺帶，新構(gòu)造運動活躍，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性總體較差。隧址區(qū)褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育，起主要控制作用的斷褶構(gòu)造主要為北北東-北東向、近東西向和少量近南北向，其中龍蟠-喬后斷裂、麗江-劍川斷裂和鶴慶-洱源斷裂為全新世活動斷裂，與香爐山隧洞直接相交。

圖1 滇中引水工程沿線構(gòu)造格架圖Fig.1 Tectonic framework of the water diversion lines area of central Yunnan

地應(yīng)力測孔基本位于上述三條活動斷裂部位或附近，測孔位置與斷裂展布如圖2所示。各斷裂主要性質(zhì)如下：(1)龍蟠-喬后斷裂[16]走向NNE，傾向NW，傾角約60°，沿斷裂發(fā)育龍蟠、九河、劍川、沙溪、喬后等一系列第四紀(jì)小盆地，說明該斷裂現(xiàn)今具有較強活動性，全新世以來表現(xiàn)為左旋走滑運動；(2)麗江-劍川斷裂[17]走向NE，傾向NW，傾角60°～80°，晚更新世以來表現(xiàn)出明顯的左旋走滑運動；(3)鶴慶-洱源斷裂[18]走向NE，傾向SE或NW，由北西支和南東支兩條左階羽狀次級斷裂組成，于鶴慶盆地南段蝙蝠洞一帶交匯后向南繼續(xù)延伸止于洱源盆地，晚更新世以來東西支具有左旋走滑性質(zhì)，南段具逆沖性質(zhì)。三條斷裂都是中強地震活動帶，歷史上均發(fā)生過6級以上地震。

圖2 香爐山隧洞工程區(qū)主要斷裂及地應(yīng)力測試鉆孔布置圖Fig.2 Schematic of main active faults and test boreholes location of the Xianglushan tunnel area

2 研究區(qū)原地應(yīng)力測試與結(jié)果分析

2.1 測試與分析方法

所用地應(yīng)力數(shù)據(jù)均由水壓致裂法測試得到，該方法的原理是通過分析水力誘發(fā)裂縫的張開和關(guān)閉壓力來確定主應(yīng)力大小，記錄誘發(fā)裂縫的方位來確定垂直于鉆孔軸的平面內(nèi)主應(yīng)力方向[19]。針對香爐山隧洞工程區(qū)斷裂褶皺發(fā)育、軟硬巖層相間的復(fù)雜地質(zhì)條件，筆者所在團隊研發(fā)了繩索取心鉆桿雙回路水壓致裂測試系統(tǒng)，通過植入鉆桿內(nèi)部的兩條高壓軟管與地面高壓泵連接，實現(xiàn)雙回路加壓試驗。鉆桿不承壓，減少鉆桿因膨脹變形而滑脫的風(fēng)險，同時利用鉆桿對孔壁的保護，解決了軟弱巖層中欠穩(wěn)定深孔的地應(yīng)力測試難題。此外，對于低水位鉆孔，采用高壓氣體坐封，保證了測試工作的快速連續(xù)性。

進行水壓致裂測試前，須對鉆孔進行檢查，包括鉆孔斜度、巖心獲得率、透水率等，并根據(jù)工程實際需要選擇合適的壓裂試驗段?，F(xiàn)場測試主要分為以下步驟：(1)坐封：通過鉆桿將兩個可膨脹橡膠封隔器下放到選定的壓裂段，加壓使其膨脹并坐封于孔壁上，在中間形成承壓段；(2)加壓致裂：通過鉆桿內(nèi)高壓軟管，用液壓泵對壓裂段注水加壓，當(dāng)孔壁承受的壓力足夠大時孔壁沿阻力最小的方向出現(xiàn)破裂，裂縫在垂直于截面上最小主應(yīng)力方向的平面內(nèi)擴展；(3)關(guān)泵泄壓：關(guān)泵后壓力瞬時陡降，隨著壓裂液滲入巖層，壓力繼續(xù)緩慢降低。當(dāng)壓力降到使裂縫處于臨界閉合狀態(tài)時，即垂直于裂縫面的最小主應(yīng)力與液壓回路達到平衡時的壓力，稱為關(guān)閉壓力，然后打開卸壓閥，使裂縫完全閉合，泵壓清零；(4)重張：重復(fù)以上兩個步驟連續(xù)進行多次循環(huán)，以便取得合理的壓力特征讀數(shù)；(5)解封：壓裂完畢后，通過拉動轉(zhuǎn)換閥使封隔器內(nèi)液體通過鉆桿排出，封隔器收縮恢復(fù)至原狀；(6)破裂縫記錄：采用外層橡膠覆蓋的印模筒和自動定向器記錄破裂縫的長度和方向。隧址區(qū)典型鉆孔地應(yīng)力測試場景如圖3所示。

圖3 典型水壓致裂法地應(yīng)力測試現(xiàn)場(XLZK10鉆孔)Fig.3 Typical test scene of hydraulic fracturing stress measurements (XLZK10 borehole)

按鉆孔水平面巖體最大拉應(yīng)力破壞準(zhǔn)則，根據(jù)實時采集的壓力-時間曲線確定的水壓致裂產(chǎn)生的破裂壓力Pb、破裂縫開始閉合時的關(guān)閉壓力Ps以及破裂縫重新張開時的重張壓力Pr，可得到水壓致裂法巖體的最大和最小主應(yīng)力量值計算公式如下：

(1)

式中：P0——試驗段部位巖體的孔隙水壓力。

需要指出的是，本文給出的原地應(yīng)力測試結(jié)果，其現(xiàn)場測試步驟及數(shù)據(jù)采集、處理和計算嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，有效測試段均在100 m以下，可認(rèn)為不受非構(gòu)造活動影響[20]。

2.2 各測孔地應(yīng)力測試結(jié)果

龍蟠-喬后斷裂近場鉆孔為XLZK2、TSZK53、XLP3ZK2、XLP3-1ZK2，麗江-劍川斷裂近場鉆孔為XLZK10、XLP3ZK11，鶴慶-洱源斷裂近場鉆孔為XLZK16、TSZK56。下面對以上各測點相關(guān)信息和測試結(jié)果做簡要介紹，各測點的主應(yīng)力量值沿深度分布情況如圖4所示。

圖4 各測點主應(yīng)力量值隨深度變化圖Fig.4 Variations of principal stress values with the depth in each measuring point

XLZK2：該測點位于麗江石鼓鎮(zhèn)大場，鉆孔位于近東西向沖溝中，孔口高程2 407.3 m，孔深410.2 m。揭露巖層主要為弱風(fēng)化和微新絹云母板巖、砂巖，孔深308 m附近存在流沙層，其下未能進行試驗。測試深度在188.6～303.0 m范圍，最大水平主應(yīng)力量值為6.3～9.3 MPa，最小水平主應(yīng)力量值為4.2～7.2 MPa。

TSZK53：該測點位于玉龍九河鄉(xiāng)白漢場水庫西北側(cè)，孔口高程2 400.7 m，孔深412.3 m。揭露巖層主要為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。測試深度在138.5～384.1 m 范圍，最大水平主應(yīng)力量值為6.4～12.3 MPa，最小水平主應(yīng)力量值為3.9～8.8 MPa。

XLP3ZK2：該測點位于玉龍子大姜溝，孔口高程 2 476.5 m，孔深320.8 m。揭露巖層主要為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、石英砂巖、粉砂巖、灰?guī)r和泥巖。測試深度在164.3～311.5 m范圍，最大水平主應(yīng)力量值為3.7～8.0 MPa，最小水平主應(yīng)力量值為3.0～5.8 MPa。

XLP3-1ZK2：該測點位于玉龍子大姜溝，孔口高程2 574.9 m，孔深406.9 m。揭露巖層主要為泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、灰?guī)r。346 m以下孔壁坍塌無法試驗。測試深度在173.0～346.0 m范圍，最大水平主應(yīng)力量值為5.5～9.5 MPa，最小水平主應(yīng)力量值為3.6～6.8 MPa。

XLZK10：該測點位于玉龍紅麥村，孔口高程 2 571.6 m，孔深590.5 m。揭露巖層主要為玄武巖和白云質(zhì)灰?guī)r，孔底掉塊嚴(yán)重，探頭僅可下放至560 m左右。測試深度在197.0～560.0 m范圍，最大水平主應(yīng)力量值為5.6～17.4 MPa，最小水平主應(yīng)力量值為4.1～11.7 MPa。

XLZK11：該測點位于鶴慶沙子坪，孔口高程 2 784.4 m，孔深780.0 m。揭露巖層主要為灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r。測試深度在463.5～723.5 m范圍，最大水平主應(yīng)力量值為10.2～22.5 MPa，最小水平主應(yīng)力量值為6.6～13.6 MPa。

XLZK16：該測點位于鶴慶大陡山，孔口高程 2 951.7 m，孔深950.4 m。揭露巖層主要為灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，850 m以下巖心較破碎，未能取得有效數(shù)據(jù)。測試深度在501.5～850.0 m范圍，最大水平主應(yīng)力量值為13.6～23.7 MPa，最小水平主應(yīng)力量值為7.7～13.0 MPa。

TSZK56：該測點位于鶴慶蝙蝠洞東坡，孔口高程 2 214.6 m，孔深245.0 m。揭露巖層主要為泥質(zhì)灰?guī)r、細(xì)砂巖和頁巖，165～180 m為鉆探事故處理段，無法進行測試。測試深度在151.3～237.5 m范圍，最大水平主應(yīng)力量值為5.9～7.9 MPa，最小水平主應(yīng)力量值為4.5～6.5 MPa。

2.3 地應(yīng)力量值與斷層穩(wěn)定性分析

從各測點主應(yīng)力量值隨深度的變化曲線可以看到，除個別測試深度外，對于龍蟠-喬后斷裂近場的四個測點和麗江-劍川斷裂近場的兩個測點，三個主應(yīng)力量值之間的關(guān)系均呈現(xiàn)出σH>σV>σh的特征，為走滑型應(yīng)力狀態(tài)，鶴慶-洱源斷裂西支附近測點XLZK16主應(yīng)力關(guān)系呈σH>σV>σh，為走滑型應(yīng)力狀態(tài)，南段附近測點TSZK56主應(yīng)力關(guān)系呈σH>σh>σV，為逆沖型應(yīng)力狀態(tài)，表明研究區(qū)淺表地殼應(yīng)力狀態(tài)以水平應(yīng)力為主導(dǎo)。

地殼應(yīng)力狀態(tài)和斷層活動性之間有著密切的關(guān)系。庫侖摩擦滑動準(zhǔn)則τ=μσn+c表明，在內(nèi)聚力c=0的情況下，如果斷層面上的剪應(yīng)力τ大于等于滑動摩阻力μσn時，斷層發(fā)生失穩(wěn)破壞。用主應(yīng)力改寫庫侖準(zhǔn)則，并考慮孔隙水壓力P0作用，則最大有效應(yīng)力與最小有效應(yīng)力的比值可表示為斷層摩擦系數(shù)的函數(shù)：

(S1-P0)/(S3-P0)=((μ2+1)1/2+μ)2=Kμ

(2)

當(dāng)最大與最小有效應(yīng)力的比值小于Kμ，認(rèn)為斷層穩(wěn)定，反之，斷層面則可能沿最有利方位產(chǎn)生黏滑失穩(wěn)。其中，斷層摩擦系數(shù)μ由試驗確定，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于各類巖石室內(nèi)摩擦物理試驗成果[21-22]表明大部分巖石的摩擦系數(shù)介于0.6～1.0，所以這里認(rèn)為在分析淺部斷層的穩(wěn)定性時，將巖石摩擦系數(shù)近似作為斷層摩擦系數(shù)，且黏滑失穩(wěn)的下限值取為0.6是合理的。結(jié)合上述原地應(yīng)力實測數(shù)據(jù)，對走滑斷層，S1=σH，S3=σh，對逆沖斷層，S1=σH，S3=σV，根據(jù)式(2)可計算得出每個測點所對應(yīng)的最大水平主應(yīng)力臨界值。計算結(jié)果如圖5所示，可以看到，除一些淺部測段的實測最大主應(yīng)力值接近μ=0.6所對應(yīng)的使斷層黏滑失穩(wěn)最大主應(yīng)力臨界值外，測深范圍內(nèi)三條活動斷裂附近大部分測點實測最大主應(yīng)力值未超過臨界值，因應(yīng)力達到臨界狀態(tài)而發(fā)生黏滑的危險性較小。

圖5 實測最大主應(yīng)力量值與斷層黏滑失穩(wěn)臨界最大主應(yīng)力量值隨深度分布圖Fig.5 Distributions of measured maximum principal stresses and the stress thresholds of fault slipping with depth

斷層失穩(wěn)破裂的實質(zhì)是剪應(yīng)力增大而產(chǎn)生的斷層面滑動，最大剪應(yīng)力和平均應(yīng)力的比值μm同樣可作為評價淺層地殼破壞狀態(tài)的參數(shù)。地殼應(yīng)力通常能夠保持一個相對均衡的狀態(tài)，差應(yīng)力與平均主應(yīng)力具有固定比例[23]。因此，該比值本質(zhì)上反映了區(qū)域斷裂的地應(yīng)力累積水平，而這種應(yīng)力累積和斷層強度密切相關(guān)，應(yīng)力累積水平高可能指示斷層具有較高強度。考慮孔隙水壓力的作用下，μm的表達式為：

μm=(S1-S3)/(S1+S3-2P0)

(3)

且μm與斷層摩擦系數(shù)μ有如下關(guān)系：

(4)

μm跟應(yīng)力的方向無關(guān)，當(dāng)μm接近0.5時，說明應(yīng)力累積水平較高，當(dāng)μm<0.3，說明應(yīng)力累積水平較低[23]。根據(jù)式(3)將各測點地應(yīng)力實測數(shù)據(jù)繪制于圖6，可以看出，大部分鉆孔測段的應(yīng)力數(shù)據(jù)均落在μm=0.2 (μ=0.2)和μm=0.5 (μ=0.58)所限定區(qū)域之間。受到地表剝蝕、地形地貌等因素影響，XLZK2、XLP3ZK2、XLZK10和TSZK56測點的淺部數(shù)據(jù)落在μm=0.2界線之外。說明與周圍地殼相比，三條活動斷裂為中等強度且淺部較軟弱。取測深大于200 m的試驗數(shù)據(jù)，計算得到龍蟠-喬后斷裂、麗江-劍川斷裂、鶴慶-洱源斷裂的μm平均值分別為0.28、0.30、0.24，表明三條活動斷裂部位現(xiàn)今地應(yīng)力累積水平整體偏低，龍蟠-喬后和麗江-劍川斷裂區(qū)域的應(yīng)力累積水平要略高于鶴慶-洱源斷裂。

圖6 最大差應(yīng)力與平均有效應(yīng)力關(guān)系圖Fig.6 Relations of the maximum differential stress and effective mean stress based on measured data

2.4 現(xiàn)今地應(yīng)力場作用方位分析

筆者收集了研究區(qū)2008—2012年ML3.0級以上中小地震的震源機制解資料[24]，并對該區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場進行反演。主應(yīng)力方位反演結(jié)果如圖2所示，同時將8個測孔每個測孔獲得的最大主應(yīng)力方向平均值繪制于圖2進行對比。可以看到，研究區(qū)三條活動斷裂附近地應(yīng)力測試得到的最大主應(yīng)力優(yōu)勢方位整體呈NNE-NE向，較現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場主壓應(yīng)力方位NEE向存在一定的偏轉(zhuǎn)，主要原因在于本文中測試的深度在千米范圍內(nèi)，而震源機制解反演給出的是震源部位(7～30 km深度)的應(yīng)力狀態(tài)，其次也說明地應(yīng)力測試結(jié)果在一定程度上受到了斷裂活動的影響，同時證實龍蟠-喬后斷裂和麗江-劍川斷裂現(xiàn)今具有左旋走滑的運動特性。原地應(yīng)力測試結(jié)果總體上反映了工程區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場的基本特征。

3 斷裂對工程影響模糊綜合評價

斷裂的活動是一個多因素影響的復(fù)雜系統(tǒng)。盡管龍蟠-喬后斷裂、麗江-劍川斷裂和鶴慶-洱源斷裂區(qū)域地應(yīng)力累積水平偏低，不利于斷層的黏滑失穩(wěn)，但尚不能忽略其他因素對斷裂活動性的影響。模糊綜合評價方法是以模糊計算為主，定性和定量相結(jié)合，精確和非精確相統(tǒng)一，對受多因素制約的事物或現(xiàn)象進行總體分析評判的方法。該評價體系能夠較好地解決各影響因素分級本身具有模糊與漸變性的問題，避免單因素評價的片面和局限，已被應(yīng)用于隧道圍巖安全性評價[25]、巖爆預(yù)測[26]、洪災(zāi)和泥石流風(fēng)險評估[27-28]、TBM施工風(fēng)險評估[29]、地質(zhì)環(huán)境承載力評價[30]等方面的研究。

為了更加科學(xué)、合理反映斷裂活動對工程建設(shè)帶來的影響，下面將綜合考慮活動斷裂過水段長度L(斷裂長度與其活動性具有正相關(guān)關(guān)系，鑒于三條活動斷裂長度均大于200 km，這里取其過水段長度作為對隧洞工程的直接影響因素)、斷裂水平運動速率vh(與斷裂活動性正相關(guān))、斷裂垂直運動速率vv(與斷裂活動性正相關(guān))、歷史最大地震震級M(斷裂歷史活動強度的重要標(biāo)志)、最大剪應(yīng)力和平均值應(yīng)力的比值μm(應(yīng)力累積水平越高，斷裂面產(chǎn)生黏滑破裂的可能性越大)以及最大剪應(yīng)力與斷裂走向的夾角θ(夾角越大，活動性越弱)等多種類型指標(biāo)參數(shù)，基于Fuzzy-Grey理論評估活動斷裂對隧洞工程的影響程度。

首先，參考前人研究成果[31-32]，對上述活動斷裂各指標(biāo)參數(shù)對工程影響的強弱程度進行分級(表1)。

表1 活動斷裂各指標(biāo)參數(shù)分級Table 1 Classification of each characteristic parameter’s influence on active fault

將以上指標(biāo)參數(shù)進一步按照活動性屬性劃分為形變屬性指標(biāo)(L、vh、vv)和力學(xué)屬性指標(biāo)(M、μm、θ)。參考滇中引水工程區(qū)域活動斷裂地質(zhì)學(xué)初步研究報告[33]并結(jié)合上節(jié)地應(yīng)力實測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，龍蟠-喬后斷裂、麗江-劍川斷裂和鶴慶-斷裂各指標(biāo)參數(shù)列于表2。

表2 香爐山隧洞工程區(qū)主要活動斷裂指標(biāo)參數(shù)值Table 2 Characteristic parameters of main active faults in Xianglushan tunnel engineering area

對每種活動性屬性類別進行單一評價后，計算各屬性對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，采用綜合加權(quán)法即可得到每條活動斷裂對隧洞工程影響的強弱程度?？梢钥吹?，單屬性類別決策矩陣的建立和權(quán)重計算是兩項關(guān)鍵工作，其具體實施步驟闡述如下。

3.1 單屬性類別評價

(5)

(6)

(7)

其中，

為活動斷裂的t指標(biāo)參數(shù)的各等級標(biāo)準(zhǔn)值。其中，為便于構(gòu)造指標(biāo)夾角θ的隸屬函數(shù)，取其余角計算。

求出隸屬度矩陣和權(quán)重系數(shù)矩陣后，按下式即可求得每種屬性類別的效果測度綜合決策矩陣

(8)

3.2 綜合評價

對于每一條活動斷裂各類屬性中的每項指標(biāo)參數(shù)，按下式分別求出其在強、中、弱三種程度中的權(quán)重

(9)

則每一條活動斷裂各類屬性指標(biāo)參數(shù)對每個等級影響程度占總評價指標(biāo)參數(shù)的權(quán)重表達式為

(10)

活動斷裂對工程影響程度綜合評價矩陣表示為

(11)

根據(jù)表2給出的研究區(qū)三條活動斷裂指標(biāo)參數(shù)分別計算形變屬性和力學(xué)屬性的效果測度綜合決策矩陣，由上式獲得最終的綜合評價矩陣

(12)

可以看到，無論是斷裂的形變屬性指標(biāo)參數(shù)還是力學(xué)屬性指標(biāo)參數(shù)，都會對香爐山隧洞工程產(chǎn)生重要影響。根據(jù)最大隸屬原則，研究區(qū)三條活動斷裂對工程的影響程度從強至弱依次為：麗江-劍川斷裂>鶴慶-洱源斷裂>龍蟠-喬后斷裂，即麗江-劍川斷裂對工程區(qū)的影響最大。應(yīng)在密切關(guān)注其活動習(xí)性的同時，開展隧洞結(jié)構(gòu)的抗錯斷研究，增加跨活動斷裂洞段的整體柔度，且根據(jù)斷層面滑動模式以及圍巖地質(zhì)條件制定隧洞襯砌的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計壽命和結(jié)構(gòu)型式。建議加強相關(guān)洞段的地應(yīng)力監(jiān)測工作，以確保隧洞的安全施工與后期正常運行。

4 結(jié)論

本文基于滇中香爐山引水隧洞工程區(qū)的地應(yīng)力測試結(jié)果，揭示了該地區(qū)現(xiàn)今地應(yīng)力的賦存狀態(tài)和分布特征，以測孔所在的龍蟠-喬后、麗江-劍川以及鶴慶-洱源斷裂為研究對象，依據(jù)滑動摩擦準(zhǔn)則探討了活動斷裂的穩(wěn)定性，進一步地綜合斷裂的形變屬性和力學(xué)屬性參數(shù)綜合評價了斷裂活動對隧洞工程的影響程度，取得如下幾點認(rèn)識：

(1)龍蟠-喬后斷裂和麗江-劍川斷裂部位均為走滑應(yīng)力狀態(tài)，鶴慶-洱源斷裂西支為走滑型應(yīng)力狀態(tài)，南段為逆沖型應(yīng)力狀態(tài)，工程區(qū)應(yīng)力狀態(tài)以水平應(yīng)力為主導(dǎo)。

(2)測深范圍內(nèi)三條活動斷裂除個別淺部測段的實測最大主應(yīng)力值接近斷層黏滑失穩(wěn)最大主應(yīng)力臨界值外，大部分測點實測最大主應(yīng)力值未超過使斷層產(chǎn)生滑動的臨界值。麗江-劍川斷裂區(qū)域現(xiàn)今應(yīng)力累積速率相對較快，總體而言，三條活動斷裂部位應(yīng)力累積水平偏低，因應(yīng)力達到臨界值而產(chǎn)生黏滑失穩(wěn)的可能性較小。

(3)地應(yīng)力測試得到的最大主應(yīng)力優(yōu)勢方位NNE-NE向與用震源機制解反演得到的現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場主壓應(yīng)力方位NEE向存在差異，可能是地應(yīng)力測試結(jié)果在一定程度上受到了斷層活動的影響。

(4)龍蟠-喬后斷裂對香爐山隧洞工程的影響較弱，麗江-劍川斷裂的影響程度最強，應(yīng)密切關(guān)注其活動習(xí)性，開展隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的抗斷設(shè)計研究并加強相關(guān)洞段的地應(yīng)力監(jiān)測工作，以確保隧洞的安全施工與后期正常運行。