软岩的力学特性及工程危害

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1、软岩的力学特性及工程危害隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施学院：环境与土木工程学院任课老师：邓辉姓名：邹杰学号：2012050126班级：地质三班隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施摘要：深埋长大隧道在克服高山峡谷等地形障碍、缩短空间距离及改善陆路交通工程运行质量等方血具有不可替代的作用。随着我国基础建设事业的高速发展和西部大开发的进一步推进，大量深埋长大山岭隧道工程纷纷上马，特别是用于公路交通的长大山岭公路隧道得到了前所未有的发展，遇到的地质条件也越来越复杂。当隧道穿越高地应力区及软弱围岩区，常

2、引发隧道软岩大变形等地质灾害。深埋长大隧道投资巨大、建设周期长，一般都是整个建设项目的关键性控制工期工程，因此，研究深埋长大山岭隧道软岩大变形机理，对其进行灾害预测和治理研究有着非常重要的意义。本文首先对软岩的类型力学性质进行了划分，找到软岩的特点。对隧道软岩进行了分析，为隧道软岩大变形的工程危害及处理措施提供了理论基础。介绍了区域工程地质条件，主要包括区域地质，地形地貌，地层岩性，地质构造，水文地质条件及岩体物理力学性质等。总结了隧道围岩大变形特征，在综合考虑围岩岩性、地质情况、应力特性、变形速率

3、与累计变形量、施工与设计理念及施工扰动等多种因素的基础上，从工程性质方血着手,将云岭隧道围岩大变形定义为：在两员M那西■员B县）断裂影响下，隧道止常施工开挖后，围岩变形速率或累计变形量超过警戒值，且没有缓和趋势,超过预留变形量造成侵限，或者围岩产牛具有累进性和明显时间效应的塑性变形且变形得不到有效约束的现象。关键字：隧道软岩变形工程危害一、软岩的概念软岩是软弱不良岩层的简称。我国煤炭系统于1984年召开过矿山压力名词专题讨论会，初步将软岩定义为“强度低，孔隙大，胶结程度差,受构造切割面及风化影响显著

4、或含有大量膨胀粘土矿物的松、散、软、弱岩层。后认为该定义还应补充软岩的流变性及高地应力情况，综合这一定义又进行了一条列的软岩分类研究工作，例如早期提出的按单一指标分类的有：①单向抗压强度小于20入且〕a的岩层称为软岩。②抗压强度与上覆岩层荷重（rh）之比小于或等于2的岩层为软岩；③松动圈厚度大于或等于l.sm的围岩称为软岩周等等。但是此定义欠明确。突出表现以下两方血：①在软弱的岩石（岩块）、岩体（小范围）、岩层和围岩中到底定义哪一个?②是依据岩层（或其它）的基本特性来定义还是依据围岩的变形和破坏情况

5、来定义，或是依据支护的难易程度来定义？本文认为一个软岩概念难以包括以上所有内容，从较为科学的角度出发，应该用两个概念分别定义:(1)沿用岩体工程分类的思想和方法，只依据岩层的物理、力学和化学等性质来定义软岩。不再涉及地应力、围岩变形和支护难易程度，其定义可为：“软岩是松软、破碎、风化、软弱等不良岩层的总称。”(1)从围岩的变形和破坏或支护难易程度定义一个新概念-大变形围岩。其实质是考虑支护与围岩组成的力学系统的稳定性。一个力学系统的稳定性取决于四因素，即荷载、受力材料的物理力学特性，几何形状和材料的

6、强度。在地下工程中就是考虑地应力、岩层各方面的性质、地质影响因素和地下空间的几何形状。当围岩应力大于其强度时，支护与围岩系统就不稳定。大变形围岩可定义为:“大变形围岩是指地下空间开挖后会产生如流变，膨胀等显著时效变形但用常规支护困难的围岩。”二、软岩的基本力学属性软岩有两个基本力学属性：软化临界荷载和软化临界深度(1)软化临界荷载软岩的蠕变试验表明，当所施加的荷载小于某一荷载水平时，岩石处于稳定变形状态，蠕变曲线趋于某一变形值，随时间延伸而不再变化；当所施加的荷载大于某一荷载水平时，岩石呈现明显的塑

7、性变形加速现象，即产生不稳定变形，这一荷载称为软岩的软化临界荷载，亦即能使岩石产生明显变形的最小荷载。岩石种类一定时，其软化临界荷载是客观存在的。当岩石所受荷载水平低于软化临界荷载时，该岩石属于硬岩范畴；当岩石所受的荷载水平高于该岩石的软化临界荷载吋,则该岩石表现出软岩的大变形特性，此时的岩石被视为软岩。(2)与软化临界荷载相对应地存在着软化临界深度。对特定矿区,软化临界深度也是一个客观量。当巷道位置大于某一开采深度时，围岩产生明显的塑性大变形、大地压和难支护现象；但当巷道位置较浅，即小于某一深度时

8、，大变形、大地压现象明显消失。这一临界深度，称之为岩石软化临界深度。软化临界深度的地应力水平大致相当于软化临界荷载。三、软岩的分类软岩可分为四大类：膨胀性软岩（也称低强度软岩）、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩。（见表1）膨胀性软岩（SwellingSoftRock,简称S型），系指含有粘土高膨胀性矿物在较低应力水平（<25MPa）条件下即发生显著变形的低强度工程岩体。例如，通常软岩定义中所列举的软弱、松散的岩体，膨胀、流变、强风化的岩体以及指标化定义中所述的