第七章地下洞室围岩稳定性的工程地质研究

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1、授课题目第七章地下洞室围岩稳定性的工程地质研究教学目的与教学要求了解地下洞室开挖前后的应力特征；掌握洞室围岩的变形与破坏、影响地下洞室围岩稳定性的地质因素；掌握围岩压力和弹性抗力的基本概念和确定方法、地下洞室围岩工程地质分类的原则和方法；了解改善地下洞室围岩稳定性的措施。主要内容第一节地下洞室开挖前后的应力特征一、应力重分布的特征二、围岩的松动圈和承载圈第二节洞室围岩的变形与破坏第三节影响地下洞室围岩稳定性的地质因素一、地形条件geographicconditions二、岩性条件rockandsoilengineeringcharacters三、地质构造条件geologecalst

2、ructureconditions四、地下水(水文地质hydrogeologicalconditions)五、地应力(naturalstress)第四节围岩压力第五节水工隧洞围岩的承载力第六节地下洞室围岩工程地质分类第七节改善地下洞室围岩稳定性的措施重点与难点洞室围岩的变形与破坏、影响地下洞室围岩稳定性的地质因素，岩压力和弹性抗力的基本概念和确定方法。教学方法手段（教具）参考资料1戚筱俊．工程地质及水文地质．北京：中国水利水电出版社，19972陈德基主编．水利工程勘测分册．北京：中国水利水电出版社，20043崔冠英主编，水利工程地质，北京：中国水利水电出版社，1999．4左建，郭成

3、久等主编．水利工程地质．北京：中国水利水电出版社，20045孙文怀．工程地质与岩石力学．北京：中央广播电视大学出版社，20026李智毅，杨裕云主编．工程地质学概论．武汉：中国地质出版社，19947张倬元，王士天，王兰生编著．工程地质分析原理．北京：地质出版社，19818胡厚田．土木工程地质．北京：高等教育出版社，2001课后作业与思考题课后思考题：第七章课后思考题与练习题1、2、4、6、8题；教学后记讲稿部分教学过程时间分配第七章地下洞室围岩稳定问题第一节地下洞室围岩应力重分布一、应力重分布的特征地下洞室（undergroundcavern）开挖前，岩体内的应力状态称为初始应力状态

4、。开挖后，由于洞室周围岩体失去了原有的支撑，破坏了原来的受力平衡状态，围岩将向洞内产生松胀位移，从而引起洞周围一定范围内岩体的应力重新调整，形成新的应力状态。该应力称重分布应力、二次应力或围岩应力(stressofcountryrock)。直接影响围岩稳定的是二次应力状态，它与岩体的初始应力状态、洞室断面形状及岩体特性等因素有关。在简单情况下，假定岩体为弹性介质，对于侧压力系数(水平应力与垂直应力的比值)λ＝1的圆形洞室，围岩中任一点的应力(图7—2)可用公式7-4计算。从式(7—4)可知，当A点处于洞壁，即R＝r时，σr＝o，σθ=2σ。因此，围岩应力重分布的特征，是径向应力减小

5、至洞壁处为零，切向应力集中，当λ＝1时，洞壁处的切向应力约为初始应力的2倍左右。应力重分布的范围，一般为3倍洞径左右(图7—3)，在此范围外，岩体仍处于初始应力状态，不受开挖影响。通常所说的围岩，就是指洞周受应力重分布影响范围内的岩体。二、围岩的松动圈和承载圈洞室开挖后围岩的稳定性，取决于二次应力与围岩强度之间的关系。如果洞周边应力小于岩体的强度，围岩稳定。否则，周边岩石将产生破坏或较大的塑性变形。围岩一旦松动，如不加支护，则会向深部发展，形成具有一定范围的应力松弛区，称为塑性松动圈。在松动圈形成过程中，原来周边集中的高应力逐渐向深处转移，形成新的应力增高区，该区岩体被挤压紧密，称

6、为承载圈。此圈之外为初始应力区。第二节地下洞室围岩的变形与破坏由于岩体在强度和结构方面的差异，洞室围岩变形(deformation)与破坏的形式多种多样，主要的形式有脆性破裂、块体滑移、弯曲折断、松动解脱、塑性变形等。上述的变形破坏形式与围岩的结构类型有关。1．坚硬完整岩体(firmrock)的脆性破裂(fragilityfragment)在坚硬完整的岩体中开挖地下洞室，围岩一般是稳定的。但是在高地应力地区，经常产生岩爆现象(rockpopping)。岩爆形成的机理是很复杂的，它是储存有很大弹性应变能的岩体，在开挖卸荷后，能量突然释放所形成的，它与岩石性质、地应力积聚水平及洞室断面

7、形状等因素有关。在坚硬岩体中易于发生岩爆。岩爆的防治措施，一般有松动爆破或超前钻孔法降低围岩的应力、加固围岩或用注水法等提高围岩塑性变形的能力。2．块体滑移(slippage)块体滑移是块状结构围岩常见的破坏形式。这类破坏常以结构面交切组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。分离块体的稳定性取决于块体的形状有无临空条件、结构面的光滑程度及是否夹泥等。3．层状弯折和拱曲岩层的弯曲折断，是层状围岩变形失稳的主要形式。1）平缓岩层(mildrocklayer)，当岩层层次