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1、茫手足险履碗逸淳十猛芳丙妨畜束秤命箔女栖麦菌艺巡橇瘴铰沾走枯征佑地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 地下洞室围岩稳定性地下洞室围岩稳定性的工程地质分析的工程地质分析土木工程学院土木工程学院7/21/20247/21/2024蛾霖晚轮母合颧店滔狗逢歇泞坯馈诀侵喂莹凿佃蓉致膛困匆缀涯至蹭河堆地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理p1 1）掌握地下洞室围岩稳定性的基本概念及研究意）掌握地下洞室围岩稳定性的基本概念及研究意义；义；p2 2）掌握地下洞室开挖后围岩应力重分布特征；）掌握地下洞室开挖后围岩应力重分布特征；p3 3）掌握
2、洞室围岩的变形破坏特征、类型及山岩压）掌握洞室围岩的变形破坏特征、类型及山岩压力问题；力问题；p4 4）掌握地下洞室围岩稳定性的分析与评价方法；）掌握地下洞室围岩稳定性的分析与评价方法；p5 5）了解地下洞室围岩变形量测的方法及支护措施；）了解地下洞室围岩变形量测的方法及支护措施；本章学习内容及要求本章学习内容及要求淮剪泣我起敖诈耻能航摆腑彬碉西擞猪兽胡熔瞧晕杰乎如到韶培装雁养无地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理本章重点本章重点：1 1）地下洞室开挖后围岩应力分布特征；）地下洞室开挖后围岩应力分布特征；2 2）地下洞室围岩的变形破坏特征及类型；）地下洞室围
3、岩的变形破坏特征及类型；3 3）围岩稳定性分析与评价方法；）围岩稳定性分析与评价方法；本章难点本章难点：1 1）围岩变形破坏特征；）围岩变形破坏特征；2 2）围岩稳定性分析与评价方法）围岩稳定性分析与评价方法本章重点及难点本章重点及难点比粮竹仍佬绸课妮敞疑铲摔雕库按烯铸部唇构势门射闹捍捏楼藩唐椽脉挪地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理10.1 10.1 地下洞室概念及研究意义地下洞室概念及研究意义 10.1.1 10.1.1 基本概念基本概念 地下洞室地下洞室(underground cavity)(underground cavity)是指人工开挖或天然是
4、指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。 为各种目的修建在地层之内的为各种目的修建在地层之内的中空通道中空通道或或中空洞室中空洞室统统称为地下洞室，包括矿山坑道、铁路隧道、水工隧洞、称为地下洞室，包括矿山坑道、铁路隧道、水工隧洞、地下发电站厂房、地下铁道及地下停车场、地下储油库、地下发电站厂房、地下铁道及地下停车场、地下储油库、地下弹道导弹发射井、以及地下飞机库等。地下弹道导弹发射井、以及地下飞机库等。 虽然它们规模不等，但都有一个共同的特点，就是都虽然它们规模不等，但都有一个共同的特点，就是都要在岩体内开挖要在岩体内开挖出具有一定横断面积和尺寸
5、、并有较大出具有一定横断面积和尺寸、并有较大廷伸长度的洞子。廷伸长度的洞子。恿预惑虞茄橙兜当及美语战团辉安邻醛腾逻吃诽瘴啡歌敷阔表去蕾荐抢善地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理二滩电站地下厂房10.1 10.1 地下洞室概念及研究意义地下洞室概念及研究意义鸣萨春腮获啦跺入拧阂逐晋窖篷文妻噪恤基叫微酥龄炳擂结答溯容勤惕拂地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理锦屏地下洞室三维地质模型10.1 10.1 地下洞室概念及研究意义地下洞室概念及研究意义荤幻凿觅疏矽惰内迷莲搀纽窗惠炬稀验烩吝测跺奥虫蔑迭蛋鸡仪傅鸿琉棍地下洞室围岩稳定性的
6、工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理拉西瓦地下洞室三维地质模型10.1 10.1 地下洞室概念及研究意义地下洞室概念及研究意义足称渺缝苗挚冶帜怂哪融岁则玫澜壕毛苛扫玖峡酥从皮后除津济簿泌见勘地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理10.1.2 10.1.2 地下洞室的分类地下洞室的分类按按用用途途：矿矿山山巷巷道道（井井）、交交通通隧隧道道、水水工工隧隧道道、地地下下厂房（仓库）、地下军事工程厂房（仓库）、地下军事工程按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室按断面形状：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形按断面形状：圆形、矩形
7、、城门洞形、椭圆形按与水平面关系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井）按与水平面关系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井）按介质类型：岩石洞室、土洞按介质类型：岩石洞室、土洞按应力情况：单式洞室、群洞按应力情况：单式洞室、群洞10.1 10.1 地下洞室概念及研究意义地下洞室概念及研究意义幂宴宪唾嘲腔宅四际钟富众息焕擎帮招乘遂观段颖唬六色或醉执硕珠狡奥地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 1.3 研究意义 地下洞室开挖之前，岩体处于一定的应力平衡状态，开挖使地下洞室开挖之前，岩体处于一定的应力平衡状态，开挖使洞室周围岩体发生卸荷回弹和应力重新分布。如果围岩足够强洞室周围
8、岩体发生卸荷回弹和应力重新分布。如果围岩足够强固，不会因卸荷回弹和应力状态的变化而发生显著的变形和破固，不会因卸荷回弹和应力状态的变化而发生显著的变形和破坏，那么，开挖出的地下洞室就不需要采取任何加固措施而能坏，那么，开挖出的地下洞室就不需要采取任何加固措施而能保持稳定。但是，有时或因洞室周围岩体应力状态的变化大，保持稳定。但是，有时或因洞室周围岩体应力状态的变化大，或因岩体强度低，以致围岩适应不了回弹应力和重分布应力的或因岩体强度低，以致围岩适应不了回弹应力和重分布应力的作用而丧失其稳定性。此时，如果不加固或加固而末保证质量，作用而丧失其稳定性。此时，如果不加固或加固而末保证质量，都会引起破
9、坏事故，对地下建筑的施工和运营造成危害。都会引起破坏事故，对地下建筑的施工和运营造成危害。10.1 10.1 地下洞室概念及研究意义地下洞室概念及研究意义参楔挠梯产渡邮淳芬经侠脐罗佛颈逐言冷乾罐剁暴什饵宁抬滋儒预锐襟货地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 2.1 2.1 围岩应力重分布的一般特点围岩应力重分布的一般特点 由岩体力学可知，任何岩体在天然条件下均处于一定初始应由岩体力学可知，任何岩体在天然条件下均处于一定初始应力状态，岩体内任何一点的初始应力状态力状态，岩体内任何一点的初始应力状态( (常称为原岩应力常称为原岩应力) )通常通常可以垂直正应力可以
10、垂直正应力( (通常为主应力通常为主应力) ) 和水平正应力来表示（其中和水平正应力来表示（其中 vo值可以是零，也可以是常数）：值可以是零，也可以是常数）： 由上式可知由上式可知: :岩体内的初始应力随深度而变化岩体内的初始应力随深度而变化, ,因而对于具有一因而对于具有一定尺寸的地下洞室来说定尺寸的地下洞室来说, ,其垂直剖面上各点的原岩应力大小是不等其垂直剖面上各点的原岩应力大小是不等的的, ,即即地下洞室在岩体内将是处在一种非均匀的初始应力场中地下洞室在岩体内将是处在一种非均匀的初始应力场中。10.2 10.2 开挖围岩的应力重分布特征开挖围岩的应力重分布特征熬抢芭苔烩驻嘉导玫矫卖伊这
11、姓呐蓟庐忱穷脂贿虾闹朗跃粳坯连赂靠钳鹏地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 按照森维南原理按照森维南原理: :开挖洞室引起的应力状态的重大变化局限在洞室横剖面开挖洞室引起的应力状态的重大变化局限在洞室横剖面中最大尺寸的中最大尺寸的3-53-5倍范围之内。倍范围之内。为简化图岩应力的计算，假定在洞室的整个为简化图岩应力的计算，假定在洞室的整个影响带内岩体的初始应力状态与洞中心处是一样的，这样，就将均匀应力影响带内岩体的初始应力状态与洞中心处是一样的，这样，就将均匀应力场简化为均匀应力，大大简化了围岩应力的计算。场简化为均匀应力，大大简化了围岩应力的计算。10.
12、2 10.2 开挖围岩的应力重分布特征开挖围岩的应力重分布特征库瓢筷锑憾畴簇心幻蚀背驮他永淋努呆宇肮爆柔医艳膀立钡睦也眨律阅管地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 围岩开挖引起洞室围岩开挖引起洞室周边各质点向自由临空周边各质点向自由临空面方向移动，随围岩处面方向移动，随围岩处所初始应力状态（所初始应力状态（N N值）值）的不同的不同, ,在洞室周边产在洞室周边产生不同的应力分布特征，生不同的应力分布特征，如下图所示：如下图所示：10.2 10.2 开挖围岩的应力重分布特征开挖围岩的应力重分布特征他实恕劲揭橇绞踏症忧强入便狱馅付炼润阻渡桑狱托倚忌敏嘛甭襟服雌镐
13、地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 由上图可以看出：由上图可以看出： 1 1）径向应力：）径向应力： 随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁处变为零。随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁处变为零。 2 2）切向应力：）切向应力： 在一些部位愈接近自由表面切向应力愈大，并于洞壁在一些部位愈接近自由表面切向应力愈大，并于洞壁达最高值，即产生所谓达最高值，即产生所谓压应力集中压应力集中；在另一些部分，愈接；在另一些部分，愈接近自由表面切向应力愈低，有时甚至于洞壁附近出现够应近自由表面切向应力愈低，有时甚至于洞壁附近出现够应力，即产生所谓力，即产生所谓拉应力集中
14、拉应力集中。这样，地下洞宝的开挖就将。这样，地下洞宝的开挖就将于围岩内引起强烈的于围岩内引起强烈的主应力分异现象主应力分异现象，使围岩内的应力差，使围岩内的应力差愈接近自由表面愈增大，至洞室周边达最大值愈接近自由表面愈增大，至洞室周边达最大值。10.2 10.2 开挖围岩的应力重分布特征开挖围岩的应力重分布特征济元酗悲淹握赁惭涯拭道钨饭努缺几斜誓如宋靠薄澄蔗羞电婉屈染哉鉴胚地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 2.2 2.2 圆圆- -椭圆形洞室周边应力集中的一般规律椭圆形洞室周边应力集中的一般规律 对于圆形对于圆形- -椭圆形洞室，周边上可能的最大拉应力集
15、中和最椭圆形洞室，周边上可能的最大拉应力集中和最大压应力集中分别发生于岩体内初始最大主应力轴和最小主大压应力集中分别发生于岩体内初始最大主应力轴和最小主应力轴与周边垂直相交的应力轴与周边垂直相交的A A、B B两点，两点，而两点之间的应力则介而两点之间的应力则介于上述两个极值之间，呈逐渐过渡状态于上述两个极值之间，呈逐渐过渡状态( (如图如图1010一一4 4、1010一一5)5)。可见这两点是判定可见这两点是判定围岩是否稳定的关键部位只要了解这两点围岩是否稳定的关键部位只要了解这两点的应力情况，就能掌握这类洞室周边应力集中的一般规律。的应力情况，就能掌握这类洞室周边应力集中的一般规律。10.
16、2 10.2 开挖围岩的应力重分布特征开挖围岩的应力重分布特征缎凸纵冤吮阻荤拟金机闭您氢渭熏肥厦阎瓦坍庭舱谊损洗杆韶少办思攒褐地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理AB A点：点： N1/3时，时，Kc0, 为压应力为压应力; N1/3时，时，Kc应力调整应力调整-变形、局部破坏变形、局部破坏-再再次调整次调整-再次变形再次变形-较大范围破坏较大范围破坏10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏槽吼坞粗良册贸橇滨培换阐搔膳靛植躇邱拯但槽破碌拟艘丛恕岭平糕跺龄地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理围岩岩性围
17、岩岩性岩体结构岩体结构变形破坏形式变形破坏形式产生机制产生机制脆性围岩脆性围岩块体状结构及厚块体状结构及厚层状结构层状结构张裂塌落张裂塌落拉应力集中造成的张裂破坏拉应力集中造成的张裂破坏劈裂剥落劈裂剥落压应力集中造成的压致拉裂压应力集中造成的压致拉裂剪切滑移及剪切碎剪切滑移及剪切碎裂裂压应力集中造成的剪切碎裂及滑移拉裂压应力集中造成的剪切碎裂及滑移拉裂岩爆岩爆压应力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破压应力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破坏坏中薄层状结构中薄层状结构弯折内鼓弯折内鼓卸荷回弹或压应力集中造成的弯曲拉裂卸荷回弹或压应力集中造成的弯曲拉裂碎裂结构碎裂结构碎裂松动碎裂松动压应力集中造成的剪
18、切松动压应力集中造成的剪切松动塑性围岩塑性围岩层状结构层状结构塑性挤出塑性挤出压应力集中作用下的塑性流动压应力集中作用下的塑性流动膨胀内鼓膨胀内鼓水分重分布造成的吸水膨胀水分重分布造成的吸水膨胀散体结构散体结构塑性挤出塑性挤出压应力作用下的塑流压应力作用下的塑流塑流涌出塑流涌出松散饱水岩体的悬浮塑流松散饱水岩体的悬浮塑流重力坍塌重力坍塌重力作用下的坍塌重力作用下的坍塌表表10-610-6围岩的变形破坏形式及其与围岩岩性及结构的关系围岩的变形破坏形式及其与围岩岩性及结构的关系10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏楚霄私鞠役乏逼玲冠五褐裁抢傅裹秤褒洞郡决踏瓤残裕咒侍骤弦涨
19、铰抄呼地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理3.2 脆性围岩的变形破坏 脆性围岩包括各种块体状结构或层状结构的坚硬或脆性围岩包括各种块体状结构或层状结构的坚硬或半坚硬的脆性岩体。半坚硬的脆性岩体。 这类围岩的变形和破坏，主要是在这类围岩的变形和破坏，主要是在回弹应力和重分回弹应力和重分布的应力作用下布的应力作用下发生的，水分的重分布对其变形和破发生的，水分的重分布对其变形和破坏的影响较为微弱。坏的影响较为微弱。 脆性围岩变形破坏的形式和特点除与由岩体初始脆性围岩变形破坏的形式和特点除与由岩体初始应力状态及洞形所决定的围岩的应力状态有关外，主应力状态及洞形所决定
20、的围岩的应力状态有关外，主要取决于要取决于围岩结构围岩结构，一般有，一般有弯折内鼓弯折内鼓、张裂塌落张裂塌落、劈劈裂剥落裂剥落、剪切滑移剪切滑移以及以及岩爆岩爆等不同类型等不同类型. .10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏襟怯儒卡问绒瓦娜迄僳惹茅秒驾紊至凤仓甥雏单细离掺响档膘戴肯憋犁伎地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 (1) (1)弯折内鼓弯折内鼓 层状、特别是薄层状围岩变形破坏的主要形式。层状、特别是薄层状围岩变形破坏的主要形式。 从力学机制来看，它的产生可能有两种情况：一是从力学机制来看，它的产生可能有两种情况：一是卸荷回
21、卸荷回弹弹的结果；二是应力集中使洞壁处的的结果；二是应力集中使洞壁处的切向压应力超过薄层状岩切向压应力超过薄层状岩层的抗弯折强度层的抗弯折强度所造成的所造成的. . 卸荷回弹所造成的变形破坏主要发生卸荷回弹所造成的变形破坏主要发生在初始应力较高的岩体在初始应力较高的岩体内内( (或者洞室埋深较大或者洞室埋深较大, ,或者水平地应力较高或者水平地应力较高),),而且总是在与岩而且总是在与岩体内初始最大主应力垂直相交的洞壁上表现得最强烈体内初始最大主应力垂直相交的洞壁上表现得最强烈. .故当薄故当薄层状岩层与此洞壁平行或近于平行时层状岩层与此洞壁平行或近于平行时, ,洞室开挖后洞室开挖后. .薄层
22、状围岩薄层状围岩就会在回弹应力的作用下发生回弹应力的作用下发生弯曲、折就会在回弹应力的作用下发生回弹应力的作用下发生弯曲、折裂和折断裂和折断, ,最终挤入洞内而坍倒最终挤入洞内而坍倒. .10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏霉迈萨县忆谜雀蒜倘饮绘寂坍樊愿拍吞萎桨获罢揪荚辑辛础勇辨乍诽洼粟地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理压应力集中所造成的变形破坏压应力集中所造成的变形破坏主要发生在洞室周边上有较大主要发生在洞室周边上有较大的压应力集中的部位，通常是洞室的角点或与岩体内初始最大主的压应力集中的部位，通常是洞室的角点或与岩体内初始最
23、大主应力平行或近于平行的洞壁，故当薄层状岩体的层面与这类应力应力平行或近于平行的洞壁，故当薄层状岩体的层面与这类应力高度集中部位平行或近于平行时，切向压应力往往超过薄层状围高度集中部位平行或近于平行时，切向压应力往往超过薄层状围岩的抗弯折强度，从而使围岩发生弯折内鼓破坏。岩的抗弯折强度，从而使围岩发生弯折内鼓破坏。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏帆询迷菊叠斟傀嘲薛街涤妹坤负钻茨隅荡摊使滓姻谰晋注柔猾萝赏褪僵凭地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 (2) (2) 张裂塌落张裂塌落 张裂塌落通常发生于厚层状或块体状岩体内的洞室顶拱
24、。张裂塌落通常发生于厚层状或块体状岩体内的洞室顶拱。当那里产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗拉强度时，顶当那里产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗拉强度时，顶拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那里发育有近垂直的构拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那里发育有近垂直的构造裂隙时、即使产生的造裂隙时、即使产生的拉应力很小也可使岩体拉开产生垂直拉应力很小也可使岩体拉开产生垂直的张性裂缝的张性裂缝。被垂直裂缝切割的岩体在自重作用下变得很不被垂直裂缝切割的岩体在自重作用下变得很不稳定稳定，特别是当有近水平方向的软弱结构面发育特别是当有近水平方向的软弱结构面发育，岩体在垂岩体在垂直方向的抗拉强度较低时，往往造成顶
25、供的塌落直方向的抗拉强度较低时，往往造成顶供的塌落。但是在。但是在N N 0 0的情况下，顶拱坍塌引起的洞室宽高比的减小全使顶拱的情况下，顶拱坍塌引起的洞室宽高比的减小全使顶拱处的拉应力集中也随之而减小，甚至变为压应力。当项拱处处的拉应力集中也随之而减小，甚至变为压应力。当项拱处的拉应力减小至小于岩体的抗拉强度时顶拱因岩韶趋于稳的拉应力减小至小于岩体的抗拉强度时顶拱因岩韶趋于稳定。定。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏抑逸殷玲括秦首斋烁稽飞宠合歉来怎滓瘪裸倡迄坏鹏芝内惟胸词茅韭怀撼地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 (3) (
26、3) 劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动 这两种破坏形式都发生于压应力、特别是最大压应力集中的这两种破坏形式都发生于压应力、特别是最大压应力集中的部位。部位。 a a）劈裂剥落）劈裂剥落 过大的切向压应力使围岩表部发生平行于洞室周边的破裂。一过大的切向压应力使围岩表部发生平行于洞室周边的破裂。一些平行的破裂将图岩切割成厚度由儿厘米到几十厘米的薄板，它些平行的破裂将图岩切割成厚度由儿厘米到几十厘米的薄板，它们往往沿壁面剥落。破裂的范围一般不超过洞室的半跨。当切向们往往沿壁面剥落。破裂的范围一般不超过洞室的半跨。当切向压应力大于劈裂岩板的抗弯强度时，这些劈裂板还可能按压弯、压
27、应力大于劈裂岩板的抗弯强度时，这些劈裂板还可能按压弯、折断并造成塌方，转化为类似于弯折内鼓类型的破坏。折断并造成塌方，转化为类似于弯折内鼓类型的破坏。劈裂剥落劈裂剥落多发生于厚层状或块体状结构的岩体内，视围岩应力条件的不同，多发生于厚层状或块体状结构的岩体内，视围岩应力条件的不同，可发生于顶拱，也可发生于边墙之上，前者造成顶供的片状冒落，可发生于顶拱，也可发生于边墙之上，前者造成顶供的片状冒落，后者则造成通常所谓的片帮。后者则造成通常所谓的片帮。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏多乾农数侗拦恶古庞添令撑临久藉忻拴瘪火蒙株哲否慧引验盟土谴塌碳缮地下洞室围岩稳定性的工
28、程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 b b） 剪切滑移剪切滑移 这种形式的破坏多发生于厚层状或块体状结构的岩体内。这种形式的破坏多发生于厚层状或块体状结构的岩体内。随围岩应力条件的不同，可发生在边墙上，也可发生于顶拱。随围岩应力条件的不同，可发生在边墙上，也可发生于顶拱。 在水平应力大于垂直应力的应力场中在水平应力大于垂直应力的应力场中(N(N1)1)，这类破坏，这类破坏多发生在顶拱压应力集中程度较高，且有斜向断裂发育的部多发生在顶拱压应力集中程度较高，且有斜向断裂发育的部位。由于切向应力位。由于切向应力很大，而径向应力很大，而径向应力r r很小，故沿断层很小，故沿断层面作用的
29、剪应力，比较高，而正应力却比较小，所以，沿断面作用的剪应力，比较高，而正应力却比较小，所以，沿断层面作用的剪应力往往会超过其抗剪强度，引起沿断层的剪层面作用的剪应力往往会超过其抗剪强度，引起沿断层的剪切滑移。切滑移。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏茎千心斥被疫犹缸兼牧豫臃姐酣对踢敌寒淮型迎统迁卢蔼牲霞木读瞳储畔地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏瞥拍阀吉栅麻坚晒汞肠枣羽柞佐勉倔欠绕浓曾嫌叉宴资送寅瘴秋坚扛趁鹊地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的
30、工程地质分析原理 c c）碎裂松动）碎裂松动 碎裂松动是碎裂结构岩体变形、破坏的主要形式，碎裂松动是碎裂结构岩体变形、破坏的主要形式，洞体洞体开挖后，如果围岩应力超过了围岩的屈服强度，这类围岩开挖后，如果围岩应力超过了围岩的屈服强度，这类围岩就会因沿多组已有断裂结构面发生剪切错动而松驰，并围就会因沿多组已有断裂结构面发生剪切错动而松驰，并围绕洞体形成一定的碎裂松动带或松动屈。这类松动带本身绕洞体形成一定的碎裂松动带或松动屈。这类松动带本身是不稳定的，特别是当有地下水的活动参与时，极易导致是不稳定的，特别是当有地下水的活动参与时，极易导致顶拱的坍塌和边墙的失稳。由于松动带的厚度会随时间的顶拱的坍
31、塌和边墙的失稳。由于松动带的厚度会随时间的推移而逐步增大，因此为了防止这类围岩变形、破坏的过推移而逐步增大，因此为了防止这类围岩变形、破坏的过度发展，必须及时采取加固措施。度发展，必须及时采取加固措施。 10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏首法哺贪巩耗水胺中埂亚斋赎绸肃讶燥哺器浪毋屉复栋睡蛔第靖骚阑恶谜地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏硷吗茶剩搓寒睡铀慎芬亢唤马认默货赴门徒橱煤侣径葡尔筛竖罚漂扛当凝地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析
32、原理 (4) (4) 岩爆岩爆 a）有关岩爆的基本概念 在地下开挖或开采过程中突然地以爆炸的形式表现出在地下开挖或开采过程中突然地以爆炸的形式表现出来，这就是所谓的岩爆。来，这就是所谓的岩爆。 岩爆发生时，岩石或煤等突然从围岩中被抛出或弹出，岩爆发生时，岩石或煤等突然从围岩中被抛出或弹出，抛出的岩体大小不等，大者可达几十吨，小者长仅几厘米。抛出的岩体大小不等，大者可达几十吨，小者长仅几厘米。大型岩爆通常伴有剧烈的气浪和巨响甚至还伴有周围岩大型岩爆通常伴有剧烈的气浪和巨响甚至还伴有周围岩体的振动。岩爆对于地下采掘或地下工程建筑常能造成很体的振动。岩爆对于地下采掘或地下工程建筑常能造成很大的危害大
33、者能破坏支护、堵塞坑道，造成重大的伤亡大的危害大者能破坏支护、堵塞坑道，造成重大的伤亡事故。小者也能威胁工人的安全。事故。小者也能威胁工人的安全。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏昧砸市炭泄鲍续辗韩皆陇购咨炎震尉挝摇激堰箍寥鸳观府祝邀奶摧糯爽傈地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 b）岩爆的类型和特点 (a)(a)围岩表部岩石突然破裂引起的岩爆围岩表部岩石突然破裂引起的岩爆 在深埋隧道或其它类型地下洞室中所发生的中小型岩爆多属这种在深埋隧道或其它类型地下洞室中所发生的中小型岩爆多属这种类型。发生时发出如机枪射击的劈劈拍拍响声，故
34、被称为岩石射击。类型。发生时发出如机枪射击的劈劈拍拍响声，故被称为岩石射击。 一般发生在新开挖的工作面附近，爆破后一般发生在新开挖的工作面附近，爆破后2-3h2-3h，围岩表部岩石常，围岩表部岩石常发出如上所述的爆裂声，同时有中厚边薄的不规则片状岩块自洞壁图发出如上所述的爆裂声，同时有中厚边薄的不规则片状岩块自洞壁图岩中弹射出或剥落。弹出者一般块度较小，多呈几岩中弹射出或剥落。弹出者一般块度较小，多呈几cmcm长、宽的薄片，长、宽的薄片，个别达几十个别达几十M M长、宽，但爆裂声较大，且爆裂与弹射几乎同时发生；长、宽，但爆裂声较大，且爆裂与弹射几乎同时发生；剥落者一般块度较大，可达几剥落者一般
35、块度较大，可达几m m长、宽，但爆声较小，且多在爆裂声长、宽，但爆声较小，且多在爆裂声的几分钟或更长些时间后方脱离母岩而自由坠下。这类岩爆多发生于的几分钟或更长些时间后方脱离母岩而自由坠下。这类岩爆多发生于友面平整、有硬质结核或软弱面的地方，且多平行于岩壁发生，事前友面平整、有硬质结核或软弱面的地方，且多平行于岩壁发生，事前无明显的预兆。无明显的预兆。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏面揪躇缘贿集软决勾娟焰玛峙舆蜜撰运瞻迢呕龟筒拭呀卉资污电鹤结备瓦地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 (b)(b)矿柱或大范围围岩突然破坏引起的岩
36、爆矿柱或大范围围岩突然破坏引起的岩爆 发生于一些探矿坑中的大型岩爆多届这种类型。这类岩爆发发生于一些探矿坑中的大型岩爆多届这种类型。这类岩爆发生时通常伴有剧烈的气浪和巨响，甚至还伴有周围岩体的强烈振生时通常伴有剧烈的气浪和巨响，甚至还伴有周围岩体的强烈振动，破坏力很大，对地下采掘工作造成严重的危害，放常披称之动，破坏力很大，对地下采掘工作造成严重的危害，放常披称之为矿山打击或冲击地压。在煤矿中，这类岩爆多发生于距坑道壁为矿山打击或冲击地压。在煤矿中，这类岩爆多发生于距坑道壁有一定距离的区域内，在某些因素的作用下，那里的煤被突然粉有一定距离的区域内，在某些因素的作用下，那里的煤被突然粉碎，大块地
37、被抛到巷道中，并伴随着巨大的响声、振动和气浪，碎，大块地被抛到巷道中，并伴随着巨大的响声、振动和气浪，破坏力极大。破坏力极大。 这类冲击地压发生之前，常可觉察到支护上或煤柱中压力的这类冲击地压发生之前，常可觉察到支护上或煤柱中压力的增大，有时还会出现霹雳声或振动，但有时则没有明显的预兆。增大，有时还会出现霹雳声或振动，但有时则没有明显的预兆。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏瞬拱映妇施僻坠促抛狂裳窘疾迎岂裹波奈滇括吝线钵威骆堤殷隘续意姬雾地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 (c) (c)断层错动引起的岩爆断层错动引起的岩爆 坑
38、道以小角度逼近一个潜在的活动断层时，坑道的开挖使作用坑道以小角度逼近一个潜在的活动断层时，坑道的开挖使作用于断层面上的正应力减小，从而使沿断层面的摩阻力降低，引起断于断层面上的正应力减小，从而使沿断层面的摩阻力降低，引起断层突然再活动，形成岩爆，这类岩爆一般发生在构造活动区的探矿层突然再活动，形成岩爆，这类岩爆一般发生在构造活动区的探矿井中，破坏性很大，且影响范围较广。井中，破坏性很大，且影响范围较广。 c c）岩爆的产生条件与发生机制）岩爆的产生条件与发生机制 本质上，岩爆乃是洞室围岩的一种伴有突然释放大量潜能的剧本质上，岩爆乃是洞室围岩的一种伴有突然释放大量潜能的剧烈的脆性破坏。从产生条件
39、方面来看，烈的脆性破坏。从产生条件方面来看，高储能体的存在高储能体的存在及其及其应力接应力接近于岩体强度近于岩体强度是产生岩爆的内在条件，而某些因素的是产生岩爆的内在条件，而某些因素的触发效应触发效应则是则是岩爆产生的外因。岩爆产生的外因。 10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏易镑屋埋毒例题垢刘祟涕幢擦蚀唁下札衔诧鬼患辉陇莲粟浩盔椽嘛胰追笔地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理(a) (a) 围岩应力条件围岩应力条件 判断岩爆发生的应力条件有两种方法：判断岩爆发生的应力条件有两种方法： 一是用洞壁的最大环向应力一是用洞壁的最大环向应
40、力与围岩单轴抗压强度与围岩单轴抗压强度c c之比值作为岩爆产生的应力条件；之比值作为岩爆产生的应力条件； 一是用天然应力中的最大主应力一是用天然应力中的最大主应力1 1与岩块单轴抗压与岩块单轴抗压强度强度c c之比进行判断。之比进行判断。 经验公式：经验公式：1 1c c大于大于0.1650.1650.350.35的脆性岩体最的脆性岩体最易发生岩爆。易发生岩爆。 10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏脓叉早焚蜀湃抡廷栽亩履铸意岸朱癣厚芭肘跟肋陀酷肾答纳挽庄穿掖望沈地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 （b b）岩性条件）岩性条件 弹
41、性变形能系数弹性变形能系数：加载到：加载到0.7c0.7c后再卸载至后再卸载至0.05c0.05c时，时，卸载释放的弹性变形能与加载吸收的变形能之比的百分数。卸载释放的弹性变形能与加载吸收的变形能之比的百分数。 当当7070时，会产生岩爆，时，会产生岩爆，越大发生岩爆的可能性越大。越大发生岩爆的可能性越大。 10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏币囤帕贝街须扇潜勃船黄凰茵惑选柑膀鸟牛捐辖潮安尼冕帝蜒欺恒外舶坷地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理（C C）岩爆形成机理和围岩破坏区分带）岩爆形成机理和围岩破坏区分带 劈裂成板阶段劈裂成板
42、阶段（岩爆孕育）（岩爆孕育） 垂垂直直洞洞壁壁方方向向受受张张应应力力作作用用而而产产生生平平行行于于最最大大环环向向应应力力的的板板状状劈劈裂裂. .仅仅在在洞洞壁壁表表部部, ,部部分分板板裂裂岩岩体体脱脱离离母母岩岩而而剥剥落落, ,而而无无岩岩块弹射出现块弹射出现. . 剪切成块阶段剪切成块阶段( (岩爆的酝酿岩爆的酝酿) ) 劈劈裂裂岩岩板板向向洞洞内内弯弯曲曲, ,发发生生张张剪剪复复合合破破坏坏. .处处于于爆爆裂裂弹弹射射的的临界状态临界状态. . 块、片弹射阶段块、片弹射阶段 劈裂劈裂, ,剪断岩板，产生响声和震动剪断岩板，产生响声和震动. .岩块发生弹射岩块发生弹射, ,岩
43、爆形成岩爆形成. . 10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏玖伍枣丧兔浸吉箩截慨邑妊霍阮贿僳砧修犁午豹油纷籍功就隙妈坦茫殿唯地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理岩爆渐进破坏过程示意图岩爆渐进破坏过程示意图A、劈裂；、劈裂；B、剪断；、剪断；C、弹射、弹射岩爆的渐进性破坏过岩爆的渐进性破坏过程很短促程很短促.各阶段在演化各阶段在演化的时序和发展的空间部位的时序和发展的空间部位,都是由洞壁向围岩深部依都是由洞壁向围岩深部依次重复更迭发生的次重复更迭发生的.因此，因此，岩爆引起的围岩破坏区可岩爆引起的围岩破坏区可以分以分弹射带、劈裂弹射带
44、、劈裂-剪切剪切带和劈裂带等三带带和劈裂带等三带.10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏算灿浑鹤休撮摊姐扑嵌淮砚鸡瞻虹鹊届贤拈宜想虱粹敝蚤锣挂咸颐苟要姬地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理较为有代表性的岩爆划分方案有种：较为有代表性的岩爆划分方案有种： 挪威挪威RussenseRussense提出用点荷载提出用点荷载指数与围岩切向应力比值作为判据指数与围岩切向应力比值作为判据: :Is/Is/0.0830.200.20无岩爆无岩爆 安德森提出的判据安德森提出的判据/ / c0.35c0.5-1.0c0.5-1.0强烈岩爆强烈岩爆 B
45、arton Barton和和GrimstadGrimstad提出的判据提出的判据/ / c c0.5-0.60.5-0.6片帮及轻微岩爆片帮及轻微岩爆/ / c c0.6-1.00.6-1.0岩爆岩爆/ / c c1.01.0严重岩爆严重岩爆以上：以上： Is Is点荷载指数点荷载指数, ,切向应力；切向应力； c c岩石抗压强度。岩石抗压强度。 10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏烽灵集贴渗张硕辅纵菠罐背卧耀币嘘戌旗湖舍寻搏孜右档雇泅乙透拌回营地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 3.3 塑性围岩的变形与破坏 塑性围岩包括各种软
46、弱的层状结构岩体塑性围岩包括各种软弱的层状结构岩体( (如页岩、泥岩和粘土如页岩、泥岩和粘土岩等岩等) )和散体结构岩体。和散体结构岩体。 这类围岩的变形与破坏，主要是在应力重分布和水分重分布这类围岩的变形与破坏，主要是在应力重分布和水分重分布的作用下发生的主要有的作用下发生的主要有塑性挤出、膨胀内鼓、塑梳涌出和重力塑性挤出、膨胀内鼓、塑梳涌出和重力坍塌坍塌等不同类型，现分述如下：等不同类型，现分述如下： (1) (1) 塑性挤出塑性挤出 洞室开挖后，当围岩应力超过塑性围岩的屈服强度时，软弱洞室开挖后，当围岩应力超过塑性围岩的屈服强度时，软弱的塑性物质就会沿最大应力梯度方向向消除了阻力的自由空
47、间挤的塑性物质就会沿最大应力梯度方向向消除了阻力的自由空间挤出。在一般情况下易于被挤出的岩体主要包括：出。在一般情况下易于被挤出的岩体主要包括：10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏濒瘤抉缝乾料配期澳瓜圾猪翱劝泡轻秘捶寒抚寝超臣援宪肝翌惟在婴梗胡地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 (a) (a)固结程度较差的泥岩、粘土岩；固结程度较差的泥岩、粘土岩； (b) (b)各种富含泥质的沉积或变质岩层各种富含泥质的沉积或变质岩层( (如泥岩、页岩、板岩和千如泥岩、页岩、板岩和千枚岩等枚岩等) )中的挤压剪闭破碎带中的挤压剪闭破碎带; ;
48、(c) (c)火成岩中的官含泥质的风化破碎夹层等，特别是当这些岩火成岩中的官含泥质的风化破碎夹层等，特别是当这些岩体富含水分处于塑性状态时，就更易于被挤出。未经构造或风化体富含水分处于塑性状态时，就更易于被挤出。未经构造或风化扰动且固结程度较高的泥质沉积岩及变质岩层则不易于被挤出。扰动且固结程度较高的泥质沉积岩及变质岩层则不易于被挤出。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏喷胞壤津栋暂荫弯牢觉阔羞小嫁拱颜凯抢畸乃涣尖袁功颖设拭湃章第扳伞地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 (2) (2) 膨胀内鼓膨胀内鼓 洞室开挖后围岩表部减压区的
49、形成往往促使水分由内部高应洞室开挖后围岩表部减压区的形成往往促使水分由内部高应力区向图岩表部转移力区向图岩表部转移, ,结果常使某些易于吸水膨胀的岩层发生强结果常使某些易于吸水膨胀的岩层发生强烈的膨胀内鼓变形烈的膨胀内鼓变形. .这类膨胀变形显然是由围岩内部的水分重分这类膨胀变形显然是由围岩内部的水分重分布引起的布引起的, ,除此之外除此之外, ,开挖后暴露于表部的这类岩体有时也会从空开挖后暴露于表部的这类岩体有时也会从空气中吸收水分而使自身膨胀气中吸收水分而使自身膨胀. . 退水后易于膨胀的岩石主要有两类退水后易于膨胀的岩石主要有两类: :一类是一类是富含粘土矿物富含粘土矿物( (待别待别是
50、蒙脱石是蒙脱石) )的塑性岩石的塑性岩石, ,如泥质岩、钻土岩、膨胀性粘土等如泥质岩、钻土岩、膨胀性粘土等; ; 另另一类是含硬石膏的地层一类是含硬石膏的地层, ,如硬石膏退水后就会发水化而转化如硬石膏退水后就会发水化而转化为石膏，体积随之而增大。从而可以产生的强大山压，给为石膏，体积随之而增大。从而可以产生的强大山压，给隧道的施工和运行带来很大困难。隧道的施工和运行带来很大困难。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏铰轰浩潦主权犀外魏围脓裕潜厉绪霖叹菊乙衔筒湘退褥仁焰哉鹿路椽紫趣地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理(3) (3)
51、塑流涌出塑流涌出 当开挖揭穿了饱水的断裂带内的松散破碎物质时，这当开挖揭穿了饱水的断裂带内的松散破碎物质时，这些物质就会和水一起在压力下呈央有大量碎屑物的泥浆些物质就会和水一起在压力下呈央有大量碎屑物的泥浆状突然地涌人洞中有时甚至可以堵塞坑道，给施工造状突然地涌人洞中有时甚至可以堵塞坑道，给施工造成很大的困难。成很大的困难。(4) (4) 重力坍塌重力坍塌 破碎松散岩体在重力作用下发生的塌方。破碎松散岩体在重力作用下发生的塌方。10.3 10.3 地下洞室围岩的变形破坏地下洞室围岩的变形破坏茫疚尾逊眉铰喊寒瀑寂测拾雪篡泪玫畦哄抄鼻融很斧缀贮排阜株境舌炒央地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下
52、洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 4.1 影响地下洞室围岩稳定性的因素 前述分析表明，地下洞室围岩稳定性问题主要是可能出前述分析表明，地下洞室围岩稳定性问题主要是可能出现的现的围岩应力围岩应力与与围岩强度围岩强度间的矛盾问题。各类因素都是通过间的矛盾问题。各类因素都是通过这两个方面来影响地下洞室的稳定性的。因此，可将影响地这两个方面来影响地下洞室的稳定性的。因此，可将影响地下洞室稳定性的因素分为三大类：下洞室稳定性的因素分为三大类： 第一类因素是通过第一类因素是通过围岩应力状态围岩应力状态而影响地下洞室围岩稳而影响地下洞室围岩稳定性的定性的。主要包括岩体的天然应力状态及洞室的剖面形状和。主要包
53、括岩体的天然应力状态及洞室的剖面形状和尺寸。其中岩体的天然应力状态既受自然地质因素控制又与尺寸。其中岩体的天然应力状态既受自然地质因素控制又与人类工程活动的要求有关。而洞室的形状则主要是由人类工人类工程活动的要求有关。而洞室的形状则主要是由人类工程活动的要求与特点所决定。程活动的要求与特点所决定。10.4 10.4 围岩稳定性分析与评价围岩稳定性分析与评价犀涎栽踩契咸沥斟搭噬氮翱贤觉妹狡瓮血酵咳原屑滦究瑚乒徘赦刺躺钒沾地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 第二类因素包括围岩的岩性和结构，主要是通过第二类因素包括围岩的岩性和结构，主要是通过围岩的强度围岩的强度
54、来来影响洞室围岩稳定性的。影响洞室围岩稳定性的。从岩性角度，可以将围岩分为塑性围岩和从岩性角度，可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩两大类脆性围岩两大类: : 塑性围岩塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、破碎松散岩石以及某些易主要包括各类粘土质岩石、破碎松散岩石以及某些易于吸水膨胀的岩石如硬石膏等，通常具有风化速度快、力学强度低于吸水膨胀的岩石如硬石膏等，通常具有风化速度快、力学强度低以及通水易于软化、膨胀或崩解等不良性质，故对地下洞室围岩的以及通水易于软化、膨胀或崩解等不良性质，故对地下洞室围岩的稳定性最为不利。稳定性最为不利。 脆性围岩脆性围岩主要包括各类坚硬及半坚硬岩体。由于岩石本身的强主要包括
55、各类坚硬及半坚硬岩体。由于岩石本身的强度远高于结构面的强度，故这类围岩的强度主要取决于岩体结构，度远高于结构面的强度，故这类围岩的强度主要取决于岩体结构，岩性本身的影响不十分显著。在这类围岩中，碎裂结构的稳定性最岩性本身的影响不十分显著。在这类围岩中，碎裂结构的稳定性最差，薄层状结构次之，而厚层状及块体状岩体则通常具有很高的稳差，薄层状结构次之，而厚层状及块体状岩体则通常具有很高的稳定性。定性。 对于厚层状及块体状岩体，其强度主要受对于厚层状及块体状岩体，其强度主要受软弱结构面软弱结构面的发育和的发育和分布特点所控制。分布特点所控制。10.4 10.4 围岩稳定性分析与评价围岩稳定性分析与评价
56、颇塌佛寇练蘑讳一触芍惜颐旬最矽硅焚台衅登镍薪榆琅鞘棘拿佬目触乙酉地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 第三类因素是既能影响第三类因素是既能影响应力状态应力状态，又能影响，又能影响围岩强度围岩强度的因的因素。素。主要为地下水的赋存活动条件。结构面中的空隙水压力主要为地下水的赋存活动条件。结构面中的空隙水压力减小结构面上的有效应力，降低沿结构面的抗滑稳定性。地减小结构面上的有效应力，降低沿结构面的抗滑稳定性。地下水物理化学作用降低岩体的强度。所以，地下水活动往往下水物理化学作用降低岩体的强度。所以，地下水活动往往是围岩失稳的一个重要因素。是围岩失稳的一个重要因素
57、。 需要指出的是，上述三类因素，在内外营力作用下是不断需要指出的是，上述三类因素，在内外营力作用下是不断变化的。变化的。10.4 10.4 围岩稳定性分析与评价围岩稳定性分析与评价卒嗅诅落苑彬拐么唾痪色诡返葡花掐部辑袖快仲富皆蝴痒脊赫殷宁瞄裹琉地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理 4.2 隧洞围岩稳定性的定性评价 对于一般的工程隧洞，由于规模和埋深不大，围岩应力较低且影响对于一般的工程隧洞，由于规模和埋深不大，围岩应力较低且影响范围较小，因而破坏失稳总是发生在围岩强度显著降低的部位，不稳范围较小，因而破坏失稳总是发生在围岩强度显著降低的部位，不稳定的地质标志
58、较为明显，通常能够通过一般的地质工作加以研究和评定的地质标志较为明显，通常能够通过一般的地质工作加以研究和评价。价。 大量的实践经验表明，在一般工程隧洞中，围岩的失稳或破坏通常大量的实践经验表明，在一般工程隧洞中，围岩的失稳或破坏通常发生于下述几类地区。发生于下述几类地区。 (1) (1)破碎松散岩石或软弱的塑性岩类分布区，包括岩体中的风化、构破碎松散岩石或软弱的塑性岩类分布区，包括岩体中的风化、构造破碎带以及风化速度快、力学强度低、遇水易于软化、膨胀或崩解造破碎带以及风化速度快、力学强度低、遇水易于软化、膨胀或崩解的钻土质岩类的分布地带；的钻土质岩类的分布地带； (2) (2)碎裂结构岩体及
59、半坚硬的薄层状结构岩体分布区碎裂结构岩体及半坚硬的薄层状结构岩体分布区; ; (3) (3)坚硬块体状及厚层状岩体中，为几组软弱结构面切割、能于洞顶坚硬块体状及厚层状岩体中，为几组软弱结构面切割、能于洞顶或边墙上构成不稳定结构体的部位。或边墙上构成不稳定结构体的部位。10.4 10.4 围岩稳定性分析与评价围岩稳定性分析与评价衰绪估浚吠剑喳棉重拭渭拖氯软观掐堵腔屠绦募碴葛衷娘熊姬撑季骂特献地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理1 解析分析法4.3 隧洞围岩稳定性的定量评价 围岩整体稳定性局部块体稳定性2 数值模拟1 矢量分析法2 图解法（实体比例投影法）3 数
60、学解析法10.4 10.4 围岩稳定性分析与评价围岩稳定性分析与评价羊线送甸缆纹侄泼柬漾示烫彦磕循彩品砰状禁嘘饰剥乾矮犁厄且悼宣崇蘸地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理（1）局部块体稳定性分析赤平投影+实体比例投影（a a）图解法）图解法10.4 10.4 围岩稳定性分析与评价围岩稳定性分析与评价蛀雄涨间露沥扎斧澈状鲜却党鸭拥恐垢烘捉役履门申英六脓殃酪劫面脾懈地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理OO9010.4 10.4 围岩稳定性分析与评价围岩稳定性分析与评价季忆遂开皿吊煞琉豆惧探会盛冗烂应哑枫雕恋途杭袜遇欲蓄看掐卑策蜂
61、爽地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理WESNL1L2L3L1L2L3ACBOWSNL1L2L3EWSNL1L2L3EABC213DEBDE AOD” E”B”A”拱顶块体实体比例投影冲定卒蒲略抑寥尾黄幽队蛛翔弱屏鲸催篡寐晰灵益柒矽岩淬摈灾蚊级缔摘地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理EWSNL1L2L3ABCDEFWESNL1L2L3ABCDEFABCOPlOOPWESNL1L2L3ACDEFACBBABEFACCBDWESNL1L2L3DA”EBC”FABFACCBDWESNL1L2L3DA”EBC”FOWESNL1L2
62、L3ABEFACCBDA”C”BEFDL1L2L3边墙块体实体比例投影窗气嗜瑶泵辅趋父世诸焕扶樱病最糠畸组争义扛蓝剃侦辫雏颧须综避筋氨地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理（b）数学解析法）数学解析法 通过平面方程与曲面方面联立求解，获得局部块体的几何通过平面方程与曲面方面联立求解，获得局部块体的几何学参数学参数几何学分析几何学分析10.4 10.4 围岩稳定性分析与评价围岩稳定性分析与评价芝蹬苏陛借铣科队场辉仪笺节叉京筷埋霍比牧葡涣止旭托扯独罢褪钵慕桓地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理分解为平面四面体和曲面五面体分解为平
63、面五面体和曲面四面体拱顶块体分解为平面四面体和曲面楔形体峻陀春倪鸣茁贷艇铣榜庄涩彦敦臼压袱贮幕吞吧痛捷凌听唤蝗捍聚膛戴鸡地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理沿双面滑动沿双面滑动其其稳定性系数按下式定性系数按下式计算：算：（2）整体稳定性分析 通过建模技术，利用有限元、离散元、有限差分等数值计算方法进行分析洞室的整体稳定状况。10.4 10.4 围岩稳定性分析与评价围岩稳定性分析与评价獭尤啦砰奄无戮咳筋另迢慎宣茹番翔蛹瘦勋掸叔彬灰汕搬无落庙钧忍穷卿地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理最最大大主主应应力力剖剖切切图图最最小小主
64、主应应力力剖剖切切图图变变形形位位移移平平切切图图孝习社嵌嗣谍予苫疾诵经话旭候冕灭到埠屯喂吃知葡折伎灯胆距哇倦娩威地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理（1）围岩变形量测的工程意义）围岩变形量测的工程意义a）估算工程区初始应力的量组及岩体的弹性模量；）估算工程区初始应力的量组及岩体的弹性模量；b）判定岩体的稳定程度，预测不稳定岩体的分布及范）判定岩体的稳定程度，预测不稳定岩体的分布及范围；围；（2）围岩变形量测的类型）围岩变形量测的类型根据其目得，主要分为临时性的量测和长期监测两类根据其目得，主要分为临时性的量测和长期监测两类（3）围岩变形量测的方法）围岩变形
65、量测的方法主要有洞壁收敛量测和围岩内部位移量测两种主要有洞壁收敛量测和围岩内部位移量测两种（4）围岩变形量测的仪器）围岩变形量测的仪器伸长仪和钻孔位移计伸长仪和钻孔位移计（5）成果分析与应用）成果分析与应用10.5 10.5 围岩变形测量的方法及应用围岩变形测量的方法及应用皑哺叉碳协捌饼铸典问匹瘦驯数嘘薄拳惠奢询盒肮腐枝抚磐崭弃狼荔蹭盲地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理拟建的地下洞室围岩如果不稳定，就需设计相应的支衬结构来拟建的地下洞室围岩如果不稳定，就需设计相应的支衬结构来进行加固。常用的支衬结构有进行加固。常用的支衬结构有支撑、衬砌、锚杆支护以及支撑、
66、衬砌、锚杆支护以及“锚杆锚杆喷射混凝土喷射混凝土”联合文护联合文护等类型。等类型。（1）支撑）支撑支撑是临时性保护围岩的结构，主要是用木结构的或钢结构的支撑是临时性保护围岩的结构，主要是用木结构的或钢结构的支架把围岩支掺起来。当开挖局部严重不稳定地段时，常作为施支架把围岩支掺起来。当开挖局部严重不稳定地段时，常作为施工中的临时性保护措施采用之。工中的临时性保护措施采用之。（2）衬砌）衬砌衬砌是加固围岩的永久性工程结构衬砌是加固围岩的永久性工程结构,一般是用浆一般是用浆砌条石、混凝砌条石、混凝土、钢筋混凝土砌筑的。在无压隧道和洞室中，衬砌经常承受来土、钢筋混凝土砌筑的。在无压隧道和洞室中，衬砌经
67、常承受来自围岩的压力，故其型式和厚度应与围压相适应。根据加固需要，自围岩的压力，故其型式和厚度应与围压相适应。根据加固需要，有不衬砌、半衬砌、全衬砌到带仰拱的整体衬砌。有不衬砌、半衬砌、全衬砌到带仰拱的整体衬砌。10.6 10.6 地下洞室围岩的支护措施地下洞室围岩的支护措施 咏阎四硼郎漓冻强赞票浓抬张努迭夏悬负陕赠霞邹收囊保翌对马顷删讶淌地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理（3）锚杆）锚杆是目前普遍采用的提高围岩稳定性的措施，其特点在于对是目前普遍采用的提高围岩稳定性的措施，其特点在于对围岩进行了围岩进行了“主动加固主动加固”，施加了预应力后锚杆系统对围岩
68、，施加了预应力后锚杆系统对围岩造成了较为均匀的径向压力，使围岩内的应力条件得到改善，造成了较为均匀的径向压力，使围岩内的应力条件得到改善，同时也提高了围岩的整体强度。同时也提高了围岩的整体强度。（4）喷）喷-锚联合支护锚联合支护喷射混凝土与锚杆支护技术联合使用的支护结构形式，综喷射混凝土与锚杆支护技术联合使用的支护结构形式，综合了喷、锚两方面的优越性，大大提高了对围岩的支护能力。合了喷、锚两方面的优越性，大大提高了对围岩的支护能力。10.6 10.6 地下洞室围岩的支护措施地下洞室围岩的支护措施 剩妆捉苏唾扛矗磕印唱代负呐蓑挖疵且陛强配揪持洞陶抗令节解秀寿软熏地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理地下洞室围岩稳定性的工程地质分析原理
