10第十章地下硐室围岩稳定性的工程地质分析(教案)

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1、第十章地下爾室围岩稳定性的工程地质分析1.围岩应力的重分布（1）一般特点嗣室开挖引起的应力状态的重大变化：②强烈的应力分异:①范围:3〜5D（围岩）；比与最大主应力5轴相切点:径向应力Or向自由临空面逐渐减小，嗣壁O=0；切向应力。0：向自由临空而逐渐增大，▲同壁J达最大值;b.与最大主应力Oi轴垂直点：径向应力。r向口由临空面逐渐减小，嗣壁。尸0；切向应力。。向自由临空面逐渐降低，嗣壁处甚至出现拉应力;術壁周边具有最不利的应力状态，出现强烈的应力分异现象（平面应力场中处于应力差最大的单向应力状态）。（

2、2）圆形、椭圆形嗣室周边应力集中的一般规律天然应力状态：5二NsN-天然应力比值系数，N二。h/。v洞壁上的两个特征点（其它点为过渡状态人A、B最大拉应力集小：初始最大主应力轴0I与周边垂直点;最大压应力集中：初始最小主应力轴03与周边垂直点;IHII_ANCt*■1(J二S),不发生应力集中;N<1(Oh>5),A点压应力集屮，B点拉应力集屮;(oh

3、A点拉应力集中，B点压应力集中;32N=0N=1z；JN=1V1//N=1A/-—/丿/N=0、/—6o0-1图10-5不同N值条件下圆形隧洞周团的应力分布(据D.F.科茨，1970)HI图10-6洞室周边应力集中系数与N值的和轴比的关系拉应力的形成取决于嗣形b/a与天然应力比值系数No①当N二1时，b/a为任何值均不111现拉应力；②当N二0时，b/a为任何值均可出现拉应力（A点）；③当N=b/a时，应力集中系数相等，周边各点的切向应力相等。压应力集中最小，不产生拉应力（最有利的情况）。N>b/a,

4、最大压应力集中在B点；N1―嗣形应为横椭岡。注意：a.设计嗣形时，调整嗣室宽高比b/a〜天然应力比值系数N,使得。0>0；b.嗣轴线平行于5（图示）；但对于大跨度術室，洞顶易产生较人的拉应力，应将嗣轴线垂直于5。（3）矩形嗣形周边应力集中的一般规律①角点出现最大切向应力集中，并随B/II变化，方形嗣形应力集中最小;①切向拉应力出现在与0i垂直边的中点；(d)(b)rui11r1111HUIV/*/1tfttt一-6图10-7不同宽高比，不

5、同N值条件下方形一矩形洞室周边的应力分布（据D.F.科茨，1970）2•地下围岩的变形破坏（1）围岩变形破坏的一般过程与特点变形破坏从砸室周边最大应丿J集中部位开始，逐步向围岩内部发展。形成松动圈一卸荷回弹：应力重分布、水分重分布；应力降低圈，应力集中向围岩内部转移。1-应力减低了的区域;2-应力增高了的区域;3-初始应力未受影响的区域恶化围岩稳定条件：岩体松弛、张裂；岩体水分：内部高应力区f围岩表部地应力区;（2）脆性围岩的变形破坏主因是回弹应力和重分彳

6、j应力，水分重分布影响不大。①弯折内鼓：图10

7、-16走向平行于洞轴的薄层状围岩的弯折内鼓破坏1-设计断向;2-破坏区;3-崩塌;4-滑动;5-弯曲、张裂及折断乩形成条件：层状、薄层状岩体。b・力学机制：卸荷回弹f应力集屮；切向压应力〉岩板抗弯折强度；C・发生部位：与5垂直的嗣壁一卸荷回弹（图示）；与5平行的爾壁一应力集屮（图示）。嗣轴线选择：避免与5垂直。①张裂塌落：a・形成条件：厚层状、块状岩体，拱顶部位。b.力学机制：N<1（ov>oh）：拱顶张应力集中〜垂直张裂、重力塌落;NHO（OhHO）：塌落一b/a变小，拉应力变小一压应力;拱顶塌落局限

8、在一定范围内；N二0（J=0）：塌落不受限制,可达地表（冒顶）。顺河隧道、越岭隧道。拱顶始终作用o、‘二yh,②劈裂剥落（图示）：过大的压应力集屮一压力成薄板（压致拉裂）一弯折内鼓。N<1（0v>oh）：嗣室侧壁；N>1（av1（ovoh）：ffi壁滑移-拉裂失稳（图示）;⑤岩爆：a.定义：突然爆炸形式的脆性破坏。b.产生条件高储能岩体，内部应力接近具强度（低强度）;诱发因素

9、（外因）。0.发生机制：岩体储能条件类型:10-24不同类型岩体的储能性能应力集屮条件：岩体原始应力较高；岩体处于有利于应力集中的部位：围岩最大压应力集屮部位；断层、岩脉及碎裂岩附近岩体;外因触发：爆破、机械及围岩局部破裂一弹性振动;快速挖掘一突然应力集中。d.岩爆类型：冲击地压：大型岩爆(煤矿);岩石“射击远围岩岩爆e・预测：地音、微震监听；观察山岩压力增大现彖；地质研究一地质构造~地应力集屮；f：防治：施工程序合理一施工速度、支护；钻孔