土木工程地质 教学课件 作者 李定龙 李洪东第六章 地下洞室围岩稳定性分析.ppt

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1、土木工程地质李定龙李洪东主编地下洞室是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。地下洞室具有隐蔽、隔热、密闭、抗震、不占耕地等诸多优点，在国民经济各个部门被广泛采用，随着科学技术和人类文明的发展，其利用程度和规模将会日益扩展，21世纪将是大力开发地下空间的世纪。洞室围岩应力重分布地下开挖前，岩体中每个质点在天然应力作用下处于相对平衡状态。洞室开挖后，洞壁岩体因失去了原有岩体的支撑，破坏了原来的受力平衡状态，我们把地下开挖后围岩中应力应变调整而引起围岩中原有应力大小、方向和性质改变的作用，称为围岩应力重分布作用。经重分布作用后的围岩应力状态称为重分布应力状态，并把重分布应力影响范围内的

2、岩体称为围岩。据研究表明，围岩内重分布应力状态与岩体的力学属性、天然应力及洞室断面形状等因素密切相关。地应力由岩体自重所引起的应力称为岩体自重应力，它在空间中有规律的分布状态称为自重应力场。通常，假设岩体为均匀、连续且各向同性的弹性体，采用连续介质力学原理来确定岩体的自重应力。岩体形成以后，除了存在自重应力场外，由于在长期地质年代中历次构造运动的作用下，使得地壳隆起或下沉，在地壳中存在一种促进构造运动发生和发展的内在力量，这种力量称为岩体的构造应力。地层中由于过去地质构造运动产生的，与现在正在活动与变化的应力，统称为构造应力。通常可分为古构造应力和新构造应力两类。构造应力岩体形成以后，除了存在

3、自重应力场外，由于在长期地质年代中历次构造运动的作用下，使得地壳隆起或下沉，在地壳中存在一种促进构造运动发生和发展的内在力量，这种力量称为岩体的构造应力。地层中由于过去地质构造运动产生的，与现在正在活动与变化的应力，统称为构造应力。通常可分为古构造应力和新构造应力两类。原岩应力洞室围岩应力与变形的线弹性分析洞室围岩应力与变形的弹塑性分析洞室围岩变形与破坏地下洞室开挖前，岩体处于自然平衡状态，内部储蓄着大量的弹性能，地下洞室开挖后，这种自然平衡状态被打破，岩体在洞周处的地应力被释放，一定范围内的围岩发生弹性恢复变形。围岩的变形脆性破坏块体滑动与塌落层状岩体的弯曲折断碎裂岩体的松动解脱塑性变形和膨

4、胀松散围岩的变形与破坏围岩的破坏洞室围岩稳定性因素分析影响围岩稳定的因素岩石特性岩体结构地质构造构造应力地下水围岩稳定分类法数学解析法数值分析法工程地质类比法地下室洞室围岩稳定性的分析方法松动压力变形压力冲击压力膨胀压力洞室围岩压力围岩应力计算的普氏拱法太沙基理论洞室围岩压力详见课本P209-P210页详见课本P210-P211页围岩压力系数法详见课本P209-P210页洞室围岩压力洞室围岩承载性能洞室围岩压力洞室围岩的外水压力洞室常开挖在有地下水的岩体中，地下水作用在洞室衬砌上的静水压力，有时会超过围岩压力。洞室设计中通常把这种作用于衬砌上的地下水静水压力称为外水压力。此外，地下水常会大量突

5、然涌入洞室，使岩体软弱夹层强度减低，沙层冲溃，泥岩膨胀，造成洞室变形与破坏，给洞室施工和使用带来很大困难。洞室围岩压力保障洞室围岩稳定性措施合理选择施工方案围岩稳定程度不同，应选择不同的施工方案。施工方案选定合理，对保护围岩稳定性有很大意义。隧洞的开挖方式，基本上有两种：一种是全断面开挖法；另一种是导洞开挖法。导洞开挖法1）当围岩不太稳定，顶围易塌时，应在洞室最大断面的上部先挖导洞，立即支撑，达到要求的轮廓，作好顶拱衬砌。2）当围岩很不稳定，顶围塌落，侧围易滑时，可先在设计断面的侧部开挖导洞，由下处向上逐段衬护3）当围岩较稳定时，可采用单导洞全面开挖、上下双导洞全面开挖、连续衬砌的办法施工。全

6、断面开挖（1）新奥法喷射混凝土（或水泥砂浆）衬砌是近代隧洞施工的新型支护方法。它往往与锚杆（或钢拱架及钢丝网）结合起来使用，即喷锚结构。（2）盾构法盾构法是用特制机器开挖隧洞的施工技术，主要用于第四系松软地层掘进成洞洞室围岩压力支撑、衬砌与锚喷加固1.支撑支撑按材料可分为木支撑、钢支撑和混凝土支撑等。在不太稳定的岩体中开挖时，应考虑及时设置支撑，以防止围岩早期松动。支撑是保护围岩稳定性的简易可行的办法。2.衬砌衬砌的作用与支撑相同，但经久耐用，洞壁光坦。3.锚喷加固锚喷加固是充分利用围岩自身强度来达到保护围岩并使之稳定的目的。此方法在我国的应用日益广泛，国外采用也很普遍。4.灌浆加固在裂隙严重

7、的岩体和极不稳定的第四纪堆积物中开挖地下洞室，常需要加固以增大围岩稳定性，降低其渗水性。THANKYOU!谢谢观赏