岩石力学课程Chapter6

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1、第六章山岩压力与围岩稳定性Chapter6RockPressureandStabilityofSurroundingRock学习内容→地下洞室概述，洞室围岩应力计算，岩体的应力和稳定性验算；山岩压力的概念，松散围岩压力计算，形变山岩压力-围岩压力的弹塑性理论计算；衬砌刚度影响的山岩压力计算。学习对象→地下洞室，围岩应力，岩体稳定性，山岩压力，松散围岩压力，形变山岩压力-围岩压力的弹塑性。学习目的→了解地下洞室、山岩压力、松散围岩压力、形变山岩压力-围岩压力的弹塑性理论；掌握洞室围岩应力计算，山岩压力

2、的概念，松散围岩压力计算，形变山岩压力-围岩压力的弹塑性理论计算以及衬砌刚度影响的山岩压力计算。学习提示LearningHints§6.1概述6.1.1基本概念地下洞室UndergroundCavity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。地下洞室的分类按用途：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

3、式洞室、群洞§6.1概述6.1.1基本概念围岩surroundingRock在岩体内开挖地下洞室以后，岩体的原始平衡状态被破坏，发生应力重分布。这种重新分布的应力称为岩体中的二次应力或称为洞室围岩应力。因人类活动影响（洞室开挖或支护等）而产生应力重分布的这一部分岩体，一般称为洞室的围岩。（对于作为基础的岩体而言，我们一般称为基岩或岩基，对于边坡，则称为边坡岩体等）。§6.1概述6.1.1基本概念当围岩压力到达或超过岩体强度时，洞室围岩就出现拉裂、塑性变形，剪切破坏甚至崩塌、滑动。为保证洞室的稳定，常

4、对洞室进行必要的支护，支护作用包括：（1）承担坍落岩块的重量（松动压力）；（2）限制围岩变形（形变压力）。因而，支护与衬砌必然要受到岩石的压力。我们把由于地下洞室开挖形成的围岩变形或破坏，且作用于衬砌（支护）上的压力称为山岩压力，包括松动压力和形变压力。山岩压力§6.1概述6.1.1基本概念变形压力是由于围岩的弹性恢复或塑性变形所产生的围岩压力。一般塑性变形主要有塑性挤入、膨胀内鼓及弯折内鼓等，变形山压具有随时间延长而增大的特点。山岩压力松动压力是由于围岩拉裂塌落、块体滑移、碎裂松动等所引起的。松动

5、山压仅限于围岩产生松动脱落的局部范围内。它是以重力的形式作用在衬砌上，其大小取决于脱落岩石的重量。§6.2山岩压力的影响因素6.2.1山岩压力的形成围岩质量优良（完整、强度等）：地下洞室开挖后，围岩仅产生弹性回弹，二次应力小于围岩强度，围岩只有弹性变形而无塑性变形，且开挖后即完成，岩石无破坏或松动，围岩整体稳定，无支护力，支护（水工隧洞，较小糙率），防止表层岩石风化及局部剥落。此时山岩压力很小或几乎没有。中等质量岩石：地下洞室开挖后，围岩产生弹性、塑性变形，少量岩石破坏，应力重分布需要一定时间，具有

6、粘性（变形随时间发展），但围岩整体稳定，作用于支护上形变压力；但支护的浇筑时间和结构刚度对山岩压力影响大。质量较差围岩（破碎、软弱岩体）：岩石强度低，洞室开挖，塑性+粘弹性变形较大，二次应力超过岩石强度很多，局部围岩不稳定，容易塌落，形成松动压力和形变压力，支护的作用主要是支撑塌落岩块的重量，阻止岩体继续变形、松动和破坏。初始地应力释放荷载：二次应力→松动+变形→大小洞室的形状及大小洞室形状，大小→影响二次应力一般而言，圆形、椭圆、拱形，优于其他洞形，围岩压力～跨度近似成正比。岩体质量岩石的强度，节

7、理裂隙发育程度，节理的方向。6.2.2影响山岩压力的因素§6.2山岩压力的影响因素支护刚度＆时间施工方法刚度→约束变形能力→围岩压力围岩变位u随t发展→最佳支护时间。洞室埋深浅埋洞室→承担洞顶岩体重量。深埋：承担压力拱至洞顶之间岩体重量。开挖爆破形式：钻爆法，全断面掘进机6.2.2影响山岩压力的因素§6.2山岩压力的影响因素地质构造地质构造简单，地层完整、无软弱结构面，围岩稳定，山岩压力小；反之～。6.2.2影响山岩压力的因素§6.2山岩压力的影响因素时间因素山岩压力随时间的增加而增大（一方面，变形

8、和破坏有一个过程，另外还有流变/蠕变的原因）§6.3坚硬岩体的应力和稳定验算对于整体性良好的坚硬岩体来说，节理不发育，强度较大，无塑性变形，且弹性变形迅速完成。洞室稳定分析只需验算边界上的切向应力是否超过岩体强度。地应力特征、洞室形状、尺寸许可抗压强度一般取单轴湿抗压强度的0.5～0.6倍取值注意围岩质量§6.3坚硬岩体的应力和稳定验算对于稳定性不佳或较差的围岩，需要确定作用于支护上的山岩压力的大小，从而确定支护的参数（如喷混凝土的厚度，锚杆的直径、间距、是否施加钢支