围岩稳定性分析方法作业.doc

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1、围岩稳定性分析方法研究现状研究围岩的稳定性，首先需要了解围岩的分类情况，围岩稳定性分类方法中包含的参数较多，而有些参数难以准确测定。其岩体工程力学行为及其变形、破坏机理带有不确定性和不确知性。随着大型地下工程建设的迅速发展，国内外把围岩分类作为地下工程技术基础研究的重要课题之一。现行的隧道围岩分类一般是根据围岩主要工程地质条件(主要工程地质特征、结构特征和完整状态) 和围岩开挖后的稳定状态(坑道跨度为5m 时) 来划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ六种。岩石等级划分、围岩受地质构造影响程度的等级划分、围岩节理(裂隙

2、) 发育程度的划分、层状岩层的层厚划分、风化作用、地下水等众多因素和围岩分类有着密切的关系。新的围岩分类方法从定性到定量、从单一指标向复合型指标发展，应用模糊数学理论、灰色系统理论、神经网络等理论，使围岩分类更趋科学化、合理化。我国的科技工作者也已经编制出适应我国国情的各种专门的围岩分类方案，而且多数部门已编制出了相应行业的地下工程围岩分类方案。目前分析围岩稳定的方法很多，主要有以下几类1规范的方法规范方法由于其必须具有普遍的适应性，所以常常仅给出了一个较大的范围，这样给现场工程人员应用时带来极大不便，且随意

3、性大，对有些现场情况并不适用。规范推荐方法给出的围岩类别、埋深等主要影响因素之间的量值标准与量化关系是基于经验的、粗糙的、随意性很大的框架，所以对于围岩失稳报警来说，其评判方法也只能作为失稳的必要条件而非充分条件。2解析分析法是指对地表原型的高度抽象，得出简单的计算模型，借助数学力学工具来计算围岩中的应力分布状态，进行围岩稳定性评价。在进行围岩稳定性分析时，经常采用复变函数法进行围岩应力与变形计算，并能得出弹性解析解。解析法具有精度高，分析速度快和易于进行规律性研究等优点。但解析法分析围岩应力和变形目前多限于

4、深埋地下工程，对于受地表边界和地面荷载影响的浅埋隧道围岩分析在数学处理上存在一定的困难。3图解分析法通过作图来分析结构面之间、结构面和开挖临空面之间的空间组合关系，确定出在不同工程部位可能形成块体的边界，进而分析其稳定性。常用的作图法有赤平极射投影分析法，实体比例投影分析法和关键块体分析法等。3.2.4物理模拟法基于相似性原理和量纲分析原理，通过模型或模拟试验的手段来研究围岩中的应力分布状态以及稳定性。常用的方法主要有相似材料法、离心试验和光测弹性法。。尤其是相似材料法，能较好地模拟岩体的物理力学性能以及节理

5、裂隙等构造情况，考虑围岩与支护结构之间的共同作用，作用较为广泛。尽管地下工程围岩稳定性问题的研究始终与模拟试验相伴随，但是模型与实际工程问题的相似性是模型试验问题解决的关键。理论分析时，往往需要对原型进行一定的简化和假设，并且分析中所采用的参数的精度和可靠度也很有限，由此导致理论分析的结果和工程实际情况往往存在一定的偏差。4数值计算方法随着计算机技术与岩土本构关系研究的进展，支护系统的数值计算法有了新的发展。用弹塑性力学理论分析围岩和支护结构的有限元程序迅速普及，边界元及边界元与有限元耦合法在隧道工程中的应用

6、也有不少成果，用于裂隙岩体的块体理论和离散元理论也编出了相应的程序。就目前的数值计算而言，从分析原理、基本思路和适用条件等方面可以分为如下几种：(1)有限元法。有限元法发展至今已经相当成熟，是目前最广泛使用的一种数值方法，可以用来求解弹性、弹塑性、粘弹塑性、粘塑性等问题，是地下工程岩体应力应变分析最常用的方法。其优点是部分地考虑了地下结构岩体的非均质和不连续性，可以给出岩体的应力、变形大小和分布，并可近拟地依据应力、应变规律去分析地下结构的变形破坏机制。但有限元是基于小变形和连续介质的假设，因此不能计算岩体沿

7、某些结构面所发生的滑动变形。(2)块体—弹簧元分析法。Kawai于1987年提出了采用简化的刚性块体来模拟不连续介质的刚体弹簧元数值模型。它以单元形心的刚体位移为基本未知量，仅考虑单元之间缝面的变形协调和本构关系来建立求解的支配方程，确定缝面的相对位移和应力。该模型在分析节理岩体的稳定性时具有一定的优点，可以反映围岩不连续的变形和运动规律。(3)FLAC。为了克服有限元等方法不能求解大变形问题的缺陷，Cundall根据有限差分法的原理，提出了FLAC数值分析方法，主要用于模拟由岩土体及其他材料组成的结构体在达

8、到屈服极限后的破坏行为。FLAC在计算中使用了“混合离散化”技术，使用了全过程动力运动方程，采用显示差分求解法，在某种程度上克服了有限元和离散元不能同意的矛盾，是目前公认的较为合理地计算方法之一。该方法与有限元法相比，能更好地考虑岩土体的不连续和大变形特性，求解速度较快。其缺点是计算边界、单元网格的划分带有很大的随意性。(4)离散单元法。自从Cundall首次提出离散单元DEM模型以来，这一方法已在