第十章地下洞室因岩稳定性的工程地质分析.ppt

地下洞室围岩稳定性的工程地质分析 土木工程学院 * 1）掌握地下洞室围岩稳定性的基本概念及研究意义； 2）掌握地下洞室开挖后围岩应力重分布特征； 3）掌握洞室围岩的变形破坏特征、类型及山岩压力问题； 4）掌握地下洞室围岩稳定性的分析与评价方法； 5）了解地下洞室围岩变形量测的方法及支护措施； 3.2 脆性围岩的变形破坏 脆性围岩包括各种块体状结构或层状结构的坚硬或半坚硬的脆性岩体。 这类围岩的变形和破坏，主要是在回弹应力和重分布的应力作用下发生的，水分的重分布对其变形和破坏的影响较为微弱。 脆性围岩变形破坏的形式和特点．除与由岩体初始应力状态及洞形所决定的围岩的应力状态有关外，主要取决于围岩结构，一般有弯折内鼓、张裂塌落、劈裂剥落、剪切滑移以及岩爆等不同类型. (1)弯折内鼓 层状、特别是薄层状围岩变形破坏的主要形式。 从力学机制来看，它的产生可能有两种情况：一是卸荷回弹的结果；二是应力集中使洞壁处的切向压应力超过薄层状岩层的抗弯折强度所造成的. 卸荷回弹所造成的变形破坏主要发生在初始应力较高的岩体内(或者洞室埋深较大,或者水平地应力较高),而且总是在与岩体内初始最大主应力垂直相交的洞壁上表现得最强烈.故当薄层状岩层与此洞壁平行或近于平行时,洞室开挖后.薄层状围岩就会在回弹应力的作用下发生回弹应力的作用下发生弯曲、折裂和折断,最终挤入洞内而坍倒. 第三类因素是既能影响应力状态，又能影响围岩强度的因素。主要为地下水的赋存活动条件。结构面中的空隙水压力减小结构面上的有效应力，降低沿结构面的抗滑稳定性。地下水物理化学作用降低岩体的强度。所以，地下水活动往往是围岩失稳的一个重要因素。 需要指出的是，上述三类因素，在内外营力作用下是不断变化的。 §10.4 围岩稳定性分析与评价 4.2 隧洞围岩稳定性的定性评价 对于一般的工程隧洞，由于规模和埋深不大，围岩应力较低且影响范围较小，因而破坏失稳总是发生在围岩强度显著降低的部位，不稳定的地质标志较为明显，通常能够通过一般的地质工作加以研究和评价。 大量的实践经验表明，在一般工程隧洞中，围岩的失稳或破坏通常发生于下述几类地区。 (1)破碎松散岩石或软弱的塑性岩类分布区，包括岩体中的风化、构造破碎带以及风化速度快、力学强度低、遇水易于软化、膨胀或崩解的钻土质岩类的分布地带； (2)碎裂结构岩体及半坚硬的薄层状结构岩体分布区; (3)坚硬块体状及厚层状岩体中，为几组软弱结构面切割、能于洞顶或边墙上构成不稳定结构体的部位。 §10.4 围岩稳定性分析与评价 1 解析分析法 4.3 隧洞围岩稳定性的定量评价 围岩整体稳定性 局部块体稳定性 2 数值模拟 1 矢量分析法 2 图解法（实体比例投影法） 3 数学解析法 §10.4 围岩稳定性分析与评价 （1）局部块体稳定性分析 赤平投影+实体比例投影 （a）图解法 §10.4 围岩稳定性分析与评价 O O 90 §10.4 围岩稳定性分析与评价 W E S N L1 L2 L3 L1 L2 L3 A C B O W S N L1 L2 L3 E W S N L1 L2 L3 E A B C 2 1 3 D E B’ D’ E’ A’ O’ D” E” B” A” 拱顶块体实体比例投影 E W S N L1 L2 L3 A B C D E F W E S N L1 L2 L3 A B C D E F A’ B’ C’ O P l O O’ P W E S N L1 L2 L3 A C D E F A’ C’ B B’ A B E F A’ C’ C B’ D W E S N L1 L2 L3 D’ A” E’ B C” F’ A B F A’ C’ C B’ D W E S N L1 L2 L3 D’ A” E’ B C” F’ O W E S N L1 L2 L3 A B E F A’ C’ C B’ D A” C” B E’ F’ D’ L1 L2 L3 边墙块体实体比例投影 （b）数学解析法 通过平面方程与曲面方面联立求解，获得局部块体的几何学参数 几何学分析 §10.4 围岩稳定性分析与评价 分解为平面四面体和曲面五面体 分解为平面五面体和曲面四面体 拱顶块体分解为平面四面体和曲面楔形体 ①脱离岩体的运动 运动学分析 其稳定性系数为： K=0 ②沿单面滑动 其稳定性系数按下式计算： §10.4 围岩稳定性分析与评价 ③沿双面滑动 其稳定性系数按下式计算： （2）整体稳定性分析 通过建模技术，利用有限元、离散元、有限差分等数值计算方法进行分析洞室的整体稳定状况。 §1