地下洞室围岩稳定性

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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3—5倍范围内的岩体。围岩范围与洞室大小有关(3-5)DD第一节洞室围岩应力重分布特征围岩应力重分布：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。dsdθ0drθσrσrσθσθτrθτθrτrθτθrσθ：切向应力σr：径向应力τrθ、τθr：剪应力baσrσθσr2σσ

2、r=a；σr=0，σθ=2σr=b；σr=σ，σθ=σ第二节洞室围岩的变形破坏方式一、围岩变形破坏的一般过程和特点ξ=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312σrσθσD2σ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σσ剪切滑移：厚层状或块体结构围岩内σhσvσθσrσθσθ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，

3、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

4、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Ⅲ弯曲带Ⅰ冒落带Ⅱ裂隙带采空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：不波及地面第三节洞室围岩稳定性评价一、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

5、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围岩应力状态洞轴∥σ1：最有利稳定σ1σ1σ1近水平，且σ1┴洞轴：顶围、底围处于压应力，有利稳定σ1σ1σ1σ1二、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

6、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Hhb/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

7、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。柱形分离体的围压haP0=ah尖角形分离体的围压ahβα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