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1、第9章 地下洞室围岩稳定性 洞室围岩应力重分布特征 洞室围岩的变形破坏方式 洞室围岩稳定性评价 洞室围岩失稳的防治措施 地下洞室:建在地下岩土体内，具有一定断面形状和 尺寸，并有较大延伸长度的中空通道或中空洞室。围岩：洞室周围受到开挖影响的岩土体，大体 相当于地下洞室横剖面最大尺寸的35倍范围 内的岩体。围岩范围与洞室大小有关(3-5)DD围岩应力重分布：由于洞室的开挖，围岩中应力、应 变调整而引起原有天然应力大小、方向和性质改变的 过程和现象。dsd0dr rrrrrr：切向应力 r ：径向应力r、 r：剪应 力barr2r=a； r=0， =2 r=b； r= ， =一、围岩变形破坏的一般
2、过程和特点 =1应力场中圆形隧洞周边的应力分带 1应力减低区;2应力增高区;3天然应力区312rD2二、 脆性围岩的变形破坏方式弯折内鼓：层状、薄层状结构围岩脆性围岩：块体状结构或层状结构的坚硬、半坚硬 岩体 张裂塌落：厚层状或块体状岩体内的洞室 顶拱。宽高比较大，顶部拉应 力集中宽高比较小，顶部压应 力集中劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动 劈裂剥落：厚层状或块体结构围岩内剪切滑移：厚层状或块体结构围岩内 hvr碎裂松动:碎裂结构岩体内岩爆岩爆:在地下洞室开挖过程中，围岩突然地以 爆炸的形式，呈透镜体碎片或岩块突然弹出或 抛出，并发出噼啪声响。 京西煤田门头沟矿岩爆破坏井巷和设备广西隆林县天生桥二
3、级水电站岩爆破坏隧洞的情况广西隆林县天生桥二级水电站岩爆破坏隧洞的情况岩爆的产生条件与发生机制 一定地质条件下，围岩弹性应变能的高度集 中，而又突然剧烈释放的过程。机械开挖、施工爆破和 重分布应力的叠加影响应变能迅速 集中原因 开挖断面的推进和渐进 破坏由岩性条件所决定的局部应力 集中区 易于产生岩爆的高变异应力区 三、塑性围岩的变形破坏方式塑性围岩：软弱的层状结构岩体(如页岩、泥岩和 粘土岩等)和散体结构岩体泥 岩塑性挤出膨胀内鼓富含粘土矿物的塑性岩石含硬石膏的地层吸水膨胀的 岩层的变形重力坍塌：破碎松散岩体塑流涌出饱水的 断裂带 四、采空区围岩变形、破坏引起的地表沉陷弯曲带冒落带裂隙带采空
4、区冒落引起的上复岩层的变形与错动的分带采空区浅、面积大、尺寸大：坍落带波及地面采空区深、面积小、尺寸小：不波及地面一、洞室围岩稳定性的影响因素围岩的岩性和岩体结构塑性围岩：力学强度低，抗水性差，易变形破坏，岩性对围岩稳定性影响大。脆性围岩：岩性对围岩稳定性影响小，主要取决于岩体结构。土：强度低，易变形。 岩 性结构面组合形成有利于塌落或滑动的分离体，且其尺寸小于洞 跨时，围岩易失稳 。岩体结构拉应力、压应力 集中时均不稳拉应力集中时不稳 ；压应力集中时稳 定拉应力、压应力 集中时均稳定地质构造背斜:稳定褶皱：洞轴褶皱轴有利稳定向斜：不稳定地下水:空隙水压力、机械潜蚀、膨胀、崩解、溶解u围岩应力
5、状态洞轴1：最有利稳定111近水平，且1洞轴： 顶围、底围处于压应力， 有利稳定 1111二、围岩压力问题 1.围压的基本概念洞室围岩由于开挖引起应力重分布而形 成塑性变形区，在一定条件下，围岩稳定性 可能遭到破坏。为保证洞室的稳定，常须进 行支护和衬砌。这样，洞室支护和衬砌上便 必然受到围岩变形与破坏的岩土体的压力。 这种由于围岩的变形与破坏而作用于支护或 衬砌上的压力，称为围岩压力(简称围压)。 围压是设计支护或衬砌的依据之一变形围压、松动围压、膨胀围压、冲击围压2.围压计算 松动围压a.用平衡拱理论(普氏fk法)确定围压(适合松散岩土体和软弱岩体)洞室开挖后围岩一部分砂体失去平衡而向下
6、坍落，坍落部位以外的岩土体仍处于平衡状 态保持稳定，坍落的岩土体失稳坍落后边界 轮廓呈拱形，这个拱称为自然平衡拱。若及 时支护或衬砌，作用在支护或衬砌上的压力( 即围压)便是平衡拱以内的坍落体的重量，而 拱圈以外的砂体已维持自身平衡。 Hhbp洞侧壁稳定p 洞侧壁不稳定Hh b/2b/2E1E2E2E1砂性土 fk=tg 粘性土 fk= tg+c/ 岩石 fk= R/100坚固系数或 普氏系数fkb.用地质分析法(岩体结构分析)确定围压 (适合坚硬岩体)坚硬岩体被结构面切割成许多结构体的组合体，所以在坚硬岩体中开挖洞室，根据围岩失稳后由结构面围限的坍滑分离体的重量来确定围岩压力。 柱形分离体的
7、围压haP0=ah 尖角形分离体的围压ah柱形分离体 n=1 尖角形分离体 n=2形状系数n塑性围压和膨胀围压膨胀围压：超固结粘土、硬石膏作为围岩时 ，其变形会有岩土体积的膨胀，这种塑性围 压就称膨胀围压。 塑性围压：粘土岩、页岩、千枚岩、凝灰岩 等塑性岩石从洞室周边向压力减小的空间方 向变形、挤出。它所产生的围压随变形的增 大而增大，这种围压称为塑性围压。流动围压:洞室揭穿处于地下水位以下的饱 和细砂、淤泥及断层破碎带等时，由于开挖 空间的形成，破坏了原始的按静水压力分布 的应力状态，这些岩土就会和水一起流入洞 室。若加支衬，这类围压即称为流动围压。 偏压结构面、 软弱岩石 、断层保护围岩原有稳定性 ，使之不降低赋予围岩一定强度， 增高稳定性途 径合理施工和支 护衬砌方案加固围岩一、合理施工 原则：尽可能先开挖断面尺寸小的导洞。开挖后及时衬砌。分部开挖，分部衬砌，逐步扩大断 面（边开挖边衬砌）导洞全面开挖，连续衬砌全断面开挖方 案二、支撑、衬砌、锚杆加固、“锚杆喷射混凝土”联合支护半衬砌 有边墙的衬砌 全衬砌 支撑：临时性保护，木、钢支架 衬砌：永久性加固，砖石、混凝土、钢筋混凝土锚杆加固“喷一锚”联合支护作 业1、解释围岩、围岩压力、岩爆2、洞室围岩变形破坏方式有哪些？3、对地下建筑中最常见的松动围压有哪些评价方法？
