第六章 地下工程地质问题

第六章地下工程地质问题,第一节岩体、岩体结构及地应力的概念,一.岩体及岩体结构的概念1.岩体：,边坡岩体,洞室岩体,地基岩体,2.结构面：岩体中的力学性质不连续界面。按成因分为：,3.结构体：岩体中被结构面切割而成的岩石块体。,4.岩体结构及类型（1）岩体结构：岩体中结构面与结构体的组合关系（2）岩体结构类型：岩体中结构面与结构体的组合形式岩体结构分类（岩土工程勘察规范GB500212001）：,整体块状结构岩体,整体块状结构岩体,整体块状结构岩体,垂直层状结构岩体,水平层状结构岩体,镶嵌状结构岩体,散体状结构岩体,5.岩体破坏情况：,硬岩岩体沿结构面的剪切破坏,岩体变形的各向异性:当结构面发育时，受结构面控制的岩体各方向上的变形和强度有较大区别。通常垂直结构面方向的变形大于平行结构面方向的变形，垂直结构面方向的变形模量E小于平行结构面方向的变形模量E/，垂直结构面方向的抗压强度大于平行结构面方向的抗压强度/。,二.地应力1.定义：指存在于地壳岩体中的原始应力。又叫天然应力。2.类型：,3.地应力分布规律：,垂直应力与水平应力对隧道的破坏,隧道掌子面,第二节洞室围岩变形及破坏的基本类型,隧道掌子面开挖,隧道盾构施工,隧道衬砌施工,建好的地下厂房（二滩电站）,第二节洞室围岩变形及破坏的基本类型,一.围岩应力引起的变形与破坏1.围岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。2.二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力发生变化，其改变后重新分布的应力叫二次应力。又叫重分布应力或围岩应力。(一)围岩应力变化规律1.圆形洞室：,二次应力在围岩中形成的塑性圈,第二节洞室围岩变形及破坏的基本类型,2.直墙圆拱型洞室：,第二节洞室围岩变形及破坏的基本类型,（二）围岩应力引起的变形和破坏类型1.张裂塌落：拱顶张应力超过岩石抗拉强度，引起岩石破裂，导至洞顶塌落的现象。2.劈裂剥落：切向应力导至洞室周边岩石形成平行洞壁的密集破裂，并产生剥落的现象。,第二节洞室围岩变形及破坏的基本类型,3.碎裂松动：碎裂状岩体开挖后，岩块沿结构面滑移并形成松动圈的现象。4.弯折内鼓：径向应力挤压薄层围岩，使之向洞内弯折内鼓，甚至坍倒的现象。,第二节洞室围岩变形及破坏的基本类型,5.岩爆：在高应力地区，洞室开挖后，围岩因弹性应变能突然释放而发生的岩石弹射或抛出的现象。岩爆特点：,注：fr岩石单轴抗压强度：1-地应力的最大主应力。,第二节洞室围岩变形及破坏的基本类型,6.塑性挤出：软弱岩体在洞室开挖后，当围岩应力超过其屈服强度时，向洞内产生的塑性挤出的现象。7.膨胀内鼓：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动圈集中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出的现象。,隧道变型破坏,二.围岩构造控制的变形与破坏指围岩当结构面上剪应力超过抗剪强度而产生的沿结构面剪切滑移。,v,v,v,H,H,H,三.松散围岩的变形与破坏：1.重力坍塌：固结程度差的散体结构围岩，开挖后在重力作用下自由坍落。塑流涌出：当开挖饱水断层破碎带时，松散物质常形成碎屑流涌出。,第三节地下洞室特殊地质问题,一.突水突泥：突水突泥是指隧道开挖过程中，突然产生大量的水或泥涌入隧道的现象。地下洞室中，地下水影响可归纳为以下几个方面：1以静水压力的形式作用于同室衬砌。2使岩石和结构面软化，使其强度降低。3促使围岩中的软弱夹层泥化，减少层间阻力，造成岩体易于滑动。4石膏、岩盐及某些以蒙脱石为主的粘土岩类，在地下水的作用下将易发生剧烈的溶解或膨胀。随着膨胀的产生，将会出现附加的山岩压力。5含水层由于大量地下水的流出，在动水压力作用下，将出现流砂及渗透变形。6如地下水的化学成分中含有害化合物(硫酸、侵蚀性二氧化碳、硫化氢、亚硫酸)时。对衬砌将产生侵蚀作用。7最为不利的影响是发生突然的大量突水突泥。这种突然突水突泥常造成停工和人身伤亡事故。,第三节地下洞室特殊地质问题,造成地下洞室大量突水的条件是：洞室通过溶洞发育的石灰岩地段，尤其是遇到蓄水洞穴或地下暗河系统时，可能有大量的突水，其突水量可达几百至几千吨/小时。洞室通过厚层的含水砂砾石层，突水量可达几百吨/小时。遇到富水的断层破碎带，特别是它又与地表水连通时，也会发生大量的突水，突水量一般也在几十至几百吨/小时。洞室通过节理发育的背斜、向斜轴部，当其富水时。从已有资料来看，造成突水的多是有丰富的地表水，沿着溶洞、暗河或断层破碎带以及节理发育的背斜、向斜轴部等良好通道进入地下洞室通过部位，形成局部富水区，当洞室开挖时便突然产生大量突水。,第三节地下洞室特殊地质问题,（二）腐蚀：1.腐蚀类型：,第三节地下洞室特殊地质问题,2.腐蚀严重程度：3.腐蚀易发生地区：,第三节地下洞室特殊地质问题,（三）地温：G133mm（四）瓦斯：（以甲烷为主的有害气体的总称，主要发生在含煤地层）危害条件：施工要求：,常温、常压下各种易爆炸气体与空气合成的混合物的爆炸界限值,第四节围岩的工程地质分类及其应用,一、围岩分级：,式中：Q岩体分类RQD岩石质量指标（%）Jn节理组数影响系数Jr节理面粗糙度系数Ja节理面蚀变系数Jw节理水影响系数SRF地应力影响系数,目前国内外岩土工程勘察规范中，普通采用岩体基本质量分级。根据我国2002年颁布实行岩土工程勘察规范（GB50021-2001）3.2.1、3.2.1和3.2.7条规定，在进行岩土工程勘察时，应鉴定岩石的地质名称和风化程度，并进行岩石坚硬程度、岩体完整程度和岩体基本质量等级的划分。岩石坚硬程度、岩体完整程度和岩体基本质量等级的划分应分别按照下列表6-4、6-5、6-6执行。对地下洞室和边坡工程，尚应确定岩体的结构类型。,1.岩体基本质量分级（GB50021-2001）,岩体完整性程度分类,岩石坚硬程度分类,注：岩体完整性系数KV为岩体压缩波波速与岩石压缩波波速之比的平方,注：当岩体完整程度为极破碎时，可不进行坚硬程度分类,岩体基本质量等级分类,RQD:岩体质量指标