围岩稳定性的工程地质

7.3

山岩压力与弹性抗力7.2

围岩稳定的工程地质分析7.1地下工程位置选择的工程地质评价7.5

提高围岩稳定性的措施7.4围岩工程地质分类第七章地下洞室围岩稳定性的工程地质研究

思考与作业为各种目的修建在地层之内的通道或空洞。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、地下导弹发射井、以及地下飞机库等。地下洞室大型古地下工程地下建筑位置的选择，除取决于工程目的要求外，需要考虑围岩的稳定、山体稳定及地形、岩性、地质构造、地下水及地应力等因素的影响。

理想的建洞山体应具备以下条件：

1)建洞区地质构造简单，岩层厚、节理组数少，间距大，无影响整个山捧稳定的断裂带；

2)岩体坚硬完整；

3)地形完整，没有滑坡、塌方等早期埋藏和近期破坏的地形。无岩溶或岩溶很不发育；

4)地下水影响小；

5)无有害气体和异常地热。7.1地下工程位置选择的工程地质评价地下洞室选址影响地质因素：地形条件（geographicconditions）岩性条件（rockandsoilengineeringcharacters）地质构造条件（geologecalstructureconditions）褶皱(fold)

断裂(fault)岩层产状（attitudeoflayer）地下水（水文地质hydrogeologicalconditions）地应力（naturalstress）隧洞进出口地段的边坡应下陡上缓，无滑坡、崩塌等现象存在。洞口岩石应直接出露或坡积层薄，岩层最好倾向山里以保证洞口边坡的安全。在地形陡的高边坡开挖洞口时，应不削坡或少削坡即进洞，必要时可做人工洞口先行进洞，以保证边坡的稳定性。隧洞进出口不应选在排水困难的低洼处，也不应选在冲沟、傍河山嘴及谷口等易受水流冲刷的地段。地形条件在地形上要求山体完整，洞室周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。隧洞选线利用沟谷示意图岩性是影响围岩稳定的基本因素之一，洞室位置应尽量选在坚硬完整岩石中。岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及变质岩，围岩的稳定性好，适于修建大型的地下工程。凝灰岩、粘土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩，稳定性差，不宜建大型地下洞室。松散及破碎岩石稳定性极差，选址时应尽量避开。此外，岩层的组合特征对围岩稳定也有重要影响。一般软硬互层或含软弱夹层的岩体，稳定性差。层状岩体的层次愈多，单层厚度愈薄，稳定性愈差。均质厚层及块状岩体稳定性好。岩性条件地质构造是控制岩体完整性及渗透性的重要因素。1.褶皱(fold)的影响

褶皱剧烈地区，一般断裂也很发育，特别是褶皱核部岩体完整性最差。(1)背斜(anticline)核部，岩层呈上拱形，有利于洞顶的稳定。洞顶虽张裂隙发育，然岩块呈上宽下窄形，不易掉块。(2)向斜(syncline)核部岩层呈倒拱形，顶部被张裂隙切割的岩块上窄下宽易于坍落。不宜修建地下洞室。

2.断裂(fault)的影响

断层破碎带及断层交汇区，稳定性极差。在选址时应尽量避开大断层。地质构造条件(1)洞室轴线与岩层走向垂直。这种情况围岩的稳定性较好，特别是对边墙稳定有利。(2)洞室轴线与岩层走向平行。1）当岩层近于水平时，软弱岩层位于洞室两侧或底部也不利，它容易引起边墙或底板鼓胀变形或被挤出。2）在倾斜岩层中，一般说来是不利的。岩层产状陡倾岩层中洞址缓倾岩层中洞址陡立岩层中洞址陡立岩层岩性分界处洞址水平岩层中洞址倾斜岩层中洞址地下工程与地下水位关系：1．在包气带中开挖地下工程，雨季可能沿裂隙滴水，旱季干燥，但是当地表有大面积稳定的地表水体时，也可能遇到集中的渗流。2．地下水位变幅带，涌水量及外水压力随季节而变化，由于岩体饱水脱水交替变化，可以加速软弱破碎岩石性质的恶化，引起塌方。3．在地下水位以下的地下工程，一开始施工就可能有较大的涌水和渗透压力，因此要作好防水排水设计。

地下水(水文地质)地下工程施工中的塌方或冒顶事故，常常和地下水的活动有关。在洞室的设计和施工过程中，必须了解工程所在部位初始应力场的分布和变化规律，获得洞室开挖后围岩应力重分布的特征，以便选用相应的措施来维护围岩的稳定。1．初始应力状态是决定围岩应力重分布的主要因素。2．当初始应力场的水平主应力值较大，洞室轴线最好平行最大水平主应力方向布置，否则边墙将产生严重的变形和破坏。地应力7.2围岩稳定的工程地质分析地下洞室开挖前，岩体内的应力状态称为初始应力状态。开挖后，由于洞室周围岩体失去了原有的支撑，破坏了原来的受力平衡状态，围岩将向洞内产生松胀位移，从而引起洞周围一定范围内岩体的应力重新调整，形成新的应力状态。该应力称重分布应力、二次应力或围岩应力。直接影响围岩稳定的是二次应力状态，它与岩体的初始应力状态、洞室断面形状及岩体特性等因素有关。一、围岩的应力重分布二、围岩稳定的概念围岩稳定是指在一定时间内，在一定的地质力和工程力作用下岩体不产生破坏和失稳。围岩在压应力、拉应力及剪应力作用下能否破坏的判断：

围岩的抗压强度和抗拉强度是否适应围岩应力。（公式略）围岩的抗剪强度是否适应围岩的剪应力。（公式略）三、围岩变形破坏的类型和特点由于岩体在强度和结构方面的差异，洞室围岩变形与破坏的形式多种多样，主要的形式有：在坚硬完整的岩体中开挖地下洞室，围岩一般是稳定的。但是在高地应力地区，经常产生岩爆现象。岩爆是储存有很大弹性应变能的岩体，在开挖卸荷后，能量突然释放所形成的，它与岩石性质、地应力积聚水平及洞室断面形状等因素有关。坚硬完整岩体的脆性破裂岩爆的产生需要具备两方面的条件：高储能体的存在及其应力接近于岩体强度是产生岩爆的内在条件，而某些因素的触发效应则是岩爆产生的外因。岩爆产生的爆坑爆坑附近边墙下部破坏情况右侧拱顶位置塌方情况第二次岩爆塌方左侧拱架破坏情况锦屏二级水电站排水洞岩爆块体懂滑移是块状梨结构围盆岩常见司的破坏躲形式。覆这类破织坏常以趋结构面翼交切组驼合成不亚同形状握的块体谎滑移、理塌落等扛形式出搏现。分离块卡体的稳驰定性取决台于块体之的形至状有无临脖空条件、结构面水的光滑威程度及是否龄夹泥等。块体痰滑移坚硬廉岩体灭中的扩块体追滑移岩层仗的弯极曲折值断，是设层状俩围岩怠变形蓬失稳收的主绕要形瞧式。平缓皮岩层，当岩册层很薄拐或软硬扑相间时江，顶板葛容易下毅沉弯曲圣折断。在倾斜食层状冤围岩中，秤当层差间结紫合不接良时编，顺肿倾向次一侧洞拱脚陕以上各部分辩岩层和易弯诊曲折跃断，倍逆倾押向一和侧边同墙或剃顶拱菜易滑嫁落掉与块。在陡倾或卫直立岩替层中，因转洞周的泉切向应俘力与边纤墙岩层罢近于平够行，所非以边墙呆容易凸间帮弯曲吩。层状弯羞折和拱剪曲1-设计微断面2-破坏区3-崩塌4-滑动5-弯曲嚼、张贫裂及字折断平缓岩锐层堵倾斜勺岩层渗直赌立岩层碎裂惹岩体休的松柜动解徒脱碎裂结子构岩体撒在张屠力和胡振动驶力作桃用下阻容易叫松动锋、解映脱，心在洞傅顶则岗产生滩崩落麦，在弹边墙节上则帐表现茅为滑忌塌或夸碎块逃的坍洒塌。碎裂电岩体绪松动宗解脱膏及顶俱拱破娱裂碎裂结喂构围岩线塌方示颠意图松软贪岩体洞的塑洋性变邻形一般强音烈风化隆、强烈应构造破范碎或新括近堆积师的土体违，在重晴力、围渐岩应力葱和地下储水作用祖下常产旱生冒落镰及塑性浴变形。常见火的塑需性变恨形和漏破坏备的形拨式有边墙运挤入、底鼓及洞径凤收缩等。变形法山压是由于久围岩变进形受到塞支护的第抑制而渡产生的洒。松动山闻压是由于怕围岩拉寨裂塌落省、块体房诚滑移、蚂碎裂松蔽动等所拳引起的之，以重票力的形舒式作用宾在衬砌本上的压甚力。冲击山更压是由灯于岩体体中会积聚揭的弹休性应贯变能宁突然员释放是所引何起的亦，具间有产均生岩蓬爆的兰条件教时才努能产贸生冲男击山伐压。膨胀唱压力是由挺于围办岩吸软水膨坝胀、随崩解磁而引呼起的波压力倦。山岩压次力也称围岩毕压力，是指帝围岩租的强部度适舌应不晃了围坑岩应很力而价产生价塑性的变形苦或破牢坏时结，作册用在零支护决或衬览砌上沟的力。7.3山岩躺压力村与弹夺性抗产力一、山娃岩压力1．散误粒体庄理论（1）普氏秘压力拱(p码re卧ss池ur理e镰ar葡ch块)理论（2）太沙律基理论（3）围岩侍压力系皇数法(co古eff丘ici借ent敏of缘瑞co溉unt侍ry延roc占k)2．弹塑总性（ela萌sti伸ca歇nd广pla山sti咏c）平芳衡(eq券uil仇ibr财ium桨)理论适用由于具爷有镶宾嵌结枝构和协碎裂咽结构鞭的岩律体3．流变(fl只ow)融—徐变理军论4．块体写极限半浆衡法(li木mit管eq愉uil驴ibr膜ium此)围岩瓣压力挪的确赤定方企法围岩按弹性莲抗力僵的大隶小，俱通常扣是用弹性抗尺力系数表示的屈。2.弹性娘抗力对于股有压择隧洞沾，常叨存在尚很高售的内或水压籍力，门使衬弦砌向扭围岩冬方向项变形刷挤压格围岩朵，围哑岩将咽产生租一个供被动郊的抵喉抗力狮，称川为弹性闪抗力。围岩抗躁力愈大若，愈有闻利于衬灿砌的内水压力作用下的洞径变形稳定神，等舒于围隐岩承粉担了喜一部拾分内写水压降力。辰因此茂，弹贺性抗厘力是筋有压俯隧洞蒙设计发时必终须确没定的母重要货参数艺之一爬。式中箱：K为弹性盘抗力系天数(M嘱Pa后/c岁m)；P为围湖岩所哗承受碗的压执力，么对于寸有压泥隧洞刃即为容内水距压力(MP撕a)；y为洞徐壁的丽径向染变形(c漫m)。弹性党抗力渔系数根据文努克尔假收定，抗海力系数:从上谅式看咽出：K的物理腾意义是迫使洞温壁产生菠一个单寒位径向浆变形所浙需施加诊的力。K值愈大速，说明喜围岩承微受内水柔压力的积能力愈肠大。弹性缠抗力恭系数盼的确视定方傍法试验浅法计算法工程类袄比法橡皮囊法径向千斤顶法隧洞水压法根据促抗力魄系数狼与岩棋体弹殖性模悦量及橡泊松碌比之偷间的啦关系绕确定7.停4围岩工熄程地质责分类7.拥5提高钓围岩注稳定厘性的挑措施一、支匠护与衬箩砌1.支撑在洞室赵开挖过越程中，炮用以稳壁定围岩字用的临谎时性措熔施。按体照选用活材料的纺不同，甩有木支蛋撑、钢支撑及混凝肤土支鱼撑等。在门不太稳缴定的岩掩体中开衣挖时，布需及时扮支撑以或防止围请岩早期雁松动。2.衬砌衬砌是周加固围需岩的永做久性工惨程结构贸。衬砌寺的作用掏主要是第承受围鱼岩压力棕及内水露压力，颗坚硬完闸整的岩隆体中，谋围岩的遵自稳能销力高，往也可以条不衬砌完。衬砌星类型短示意索图