岩石地下工程之一概述

岩石地下工程概述岩石地下工程围岩应力解析法分析围岩的变形与破坏围岩压力计算围岩抗力与极限承载力岩石地下工程稳定与围岩控制岩石地下工程的监测岩石地下工程之一--概述地下工程：为各种目的修建在地层之内的中空巷道或中空洞室统称为地下工程，包括矿山坑道、铁路及公路隧道、水工隧洞、地下发电站厂房、地下铁道及地下停车场、地下储油库及储气库、地下弹道导弹发射井、地下飞机库以及地下核废料密闭储藏库等。岩石地下工程：是指在地下岩石中开挖并临时或永久修建的各种工程，如地下井巷、隧道、通道、峒室、地下仓库、厂房等。而采矿所涉及的往往是规模最大、条件最复杂的地下工程。地下工程的分类：按用途：矿山巷道（井）、交通隧道、水工隧道、地下厂房（仓库）、地下军事工程按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室按断面形状：圆形、矩形、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）按介质类型：岩石洞室、土洞按应力情况：单式洞室、群洞地下工程与地面建筑工程的对比项目地下工程地面建筑工程地质条件特点复杂多变，意外情况较多简单明确对工程的影响较地面建筑影响更大决定基础的设计与施工力学分析与设计方法受力结构（1）在岩体中开挖，围岩与支护共同组成承载体，受力结构不明确（2）工程结构在超负荷时具有可缩性（3）几何不稳定的结构在地下工程中可能稳定在地表筑基础，其上建结构，受力结构明确材料特性（1）岩体亦可视为地下结构的建材（2）岩体一般是非均质、非连续、非线性、有流变性的（1）主要结构材料一般是人造的（2）材料均质、连续，正常荷载下表现为线弹性，流变性可忽略外载条件（1）初始地应力场为主要荷载来源（2）先受力后开挖（3）原岩应力及边界条件不明确（4）支护压力不是定值，而是变值；不仅与围岩性质有关，还与支护结构的性质有关（1）结构承载包括恒载（如结构自重、永久承重等）、活载（如风载、楼面活荷载、移动承载物重量）等（2）结构承载是确知的计算参数往往要进行原位试验与测试一般在室内试验计算误差计算误差常达百分之几十至几倍，甚至一个数量级以上上部结构的计算误差可小于5％，下部结构也不超过百分之几十设计方法设计还是以经验准测和模拟法为主已形成统一的标准和设计规范实施施工作业面狭窄，工期长场地开阔，便于组织，工期短造价高低修建岩石地下工程必然要进行岩石开挖和施筑维护结构工程，岩石开挖将使周围岩石失去原有的平衡状态，其内部原有应力场将发生改变。如果周围岩石新应力场中的应力没有超过岩石的承载能力，岩石就会自行平衡；否则，周围岩石将可能产生破坏，如出现破裂甚至冒落，或者断面产生很大的变形。在这种情况下，就要求构筑承力结构或支护结构，如支架、锚喷、衬砌等，进行人工稳定。围岩：在岩石地下工程中，由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体。应力重分布（redistributionstress）：从原始地下应力场变化至新的平衡应力场的过程。次生应力（secondarystresses）：经应力重分布形成的新的平衡应力，又称为诱发应力（induccdstress）围岩应力状态(二次应力状态)：开挖后，无支护时，调整后的应力状态（原始应力，又称一次应力状态）。①围岩应力为弹性分布（岩体坚硬，原岩应力小，不要支护）。②围岩应力为弹塑分布围岩分两部：弹性区、塑性区围岩二次应力状态(重分布应力)计算：

①开挖前岩体天然应力状态的确定②开挖后围岩重分布应力的计算③支护衬砌后围岩应力状态的改善求二次应力状态时，要给出的基本条件：①原始应力②本构关系③岩体性质参数地下工程稳定

稳定定义：

地下工程工作期限内，安全和所需最小断面得以保证，称为稳定。

稳定条件：

σmax<[σ]，Umax<[U]σmax

，Umax地下工程岩体或支护体中危险点的应力和位移；[σ]，[U]岩体或支护材料的强度极限（允许最大应力）和位移极限（允许最大位移）。注：此处所讨论的稳定性问题，与压杆、薄壁、壳体等结构稳定性问题的概念有所不同，采用的理论分析方法也是不一样的。地下工程稳定性可分为两类自稳：不需要支护围岩自身能保持长期稳定人工稳定：需要支护才能保持围岩稳定自稳不自稳计算围岩压力支护中危险点的应力或位移小于支护极限大于支护极限人工稳定改革支护σmax<[σ]，Umax<[U]σmax>[σ]，Umax>[U]围岩内危险点的应力和位移σmax

，Umax稳定性问题的力学本质解析方法：指采用数学力学的的计算取得闭合解解的方法数值方法：用微分方程的数值值解法进行分析计计算的方法，如限限元法、差分法、、变分法、加权余余量法及边界元法法等。试验方法：运用实验仪器、设设备、装置等物质质手段获得有关关问题解的方法，，如静力试验、动动力试验、模型试验等。地下工程稳定性分分析途径深埋地下工程地下工程自身影响达不到地地表的，称为深埋，反之浅埋。深埋地下工程的特点为：（3点）（1）可视为无限体中的孔洞问问题，孔洞各方向无穷穷远处，仍为原岩岩应力；（2）当埋深等于或大于巷巷道二十倍半径，20R0（R0半径）或其宽、高高之半的20倍以上时：①巷道影响范围在在（3～5R0）以内的岩体自重重可以忽略不计；；②原岩水平应力可可以简化为均匀分分布，通常误差不不大（10％以下）；（3）深埋的水平巷道道长度较大时，可可作为平面应变问问题处理。其它类类型巷道，或作为为空间问题