地下洞室围岩稳定性.ppt

第9章 地下洞室围岩稳定性,洞室围岩应力重分布特征 洞室围岩的变形破坏方式 洞室围岩稳定性评价 洞室围岩失稳的防治措施,地下洞室:建在地下岩土体内，具有一定断面形状和尺寸，并有较大延伸长度的中空通道或中空洞室。,围岩：洞室周围受到开挖影响的岩土体，大体相当于地下洞室横剖面最大尺寸的35倍范围内的岩体。围岩范围与洞室大小有关,第一节 洞室围岩应力重分布特征,围岩应力重分布：由于洞室的开挖，围岩中应力、应变调整而引起原有天然应力大小、方向和性质改变的过程和现象。,：切向应力 r：径向应力r、r：剪应力,r=a；r=0，=2r=b；r=，=,第二节 洞室围岩的变形破坏方式,一、围岩变形破坏的一般过程和特点,=1应力场中圆形隧洞周边的应力分带1应力减低区;2应力增高区;3天然应力区,二、脆性围岩的变形破坏方式,弯折内鼓：层状、薄层状结构围岩,脆性围岩：块体状结构或层状结构的坚硬、半坚硬岩体,张裂塌落：厚层状或块体状岩体内的洞室顶拱。,劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动,劈裂剥落：厚层状或块体结构围岩内,剪切滑移：厚层状或块体结构围岩内,碎裂松动:碎裂结构岩体内,岩爆岩爆:在地下洞室开挖过程中，围岩突然地以爆炸的形式，呈透镜体碎片或岩块突然弹出或抛出，并发出噼啪声响。,京西煤田门头沟矿岩爆破坏井巷和设备,广西隆林县天生桥二级水电站岩爆破坏隧洞的情况,广西隆林县天生桥二级水电站岩爆破坏隧洞的情况,岩爆的产生条件与发生机制,一定地质条件下，围岩弹性应变能的高度集中，而又突然剧烈释放的过程。,三、塑性围岩的变形破坏方式,塑性围岩：软弱的层状结构岩体(如页岩、泥岩和粘土岩等)和散体结构岩体,塑性挤出,膨胀内鼓,重力坍塌：破碎松散岩体,塑流涌出,四、采空区围岩变形、破坏引起的地表沉陷,采空区浅、面积大、尺寸大：坍落带波及地面采空区深、面积小、尺寸小：不波及地面,第三节 洞室围岩稳定性评价,一、洞室围岩稳定性的影响因素,围岩的岩性和岩体结构,塑性围岩：力学强度低，抗水性差，易变 形破坏，岩性对围岩稳定性影 响大。脆性围岩：岩性对围岩稳定性影响小，主 要取决于岩体结构。土：强度低，易变形。,结构面组合形成有利于塌落或滑动的分离体，且其尺寸小于洞跨时，围岩易失稳。,岩体结构,地质构造,褶皱：洞轴褶皱轴有利稳定,地下水:空隙水压力、机械潜蚀、膨胀、崩解、溶解,围岩应力状态,洞轴1：最有利稳定,二、围岩压力问题,1.围压的基本概念,洞室围岩由于开挖引起应力重分布而形成塑性变形区，在一定条件下，围岩稳定性可能遭到破坏。为保证洞室的稳定，常须进行支护和衬砌。这样，洞室支护和衬砌上便必然受到围岩变形与破坏的岩土体的压力。这种由于围岩的变形与破坏而作用于支护或衬砌上的压力，称为围岩压力(简称围压)。,围压是设计支护或衬砌的依据之一,变形围压、松动围压、膨胀围压、冲击围压,2.围压计算,松动围压 a.用平衡拱理论(普氏fk法)确定围压,(适合松散岩土体和软弱岩体),洞室开挖后围岩一部分砂体失去平衡而向下坍落，坍落部位以外的岩土体仍处于平衡状态保持稳定，坍落的岩土体失稳坍落后边界轮廓呈拱形，这个拱称为自然平衡拱。若及时支护或衬砌，作用在支护或衬砌上的压力(即围压)便是平衡拱以内的坍落体的重量，而拱圈以外的砂体已维持自身平衡。,砂性土 fk=tg 粘性土 fk=tg+c/岩石 fk=R/100,b.用地质分析法(岩体结构分析)确定围压,(适合坚硬岩体),坚硬岩体被结构面切割成许多结构体的组合体，所以在坚硬岩体中开挖洞室，根据围岩失稳后由结构面围限的坍滑分离体的重量来确定围岩压力。,柱形分离体的围压,尖角形分离体的围压,塑性围压和膨胀围压,膨胀围压：超固结粘土、硬石膏作为围岩时，其变形会有岩土体积的膨胀，这种塑性围压就称膨胀围压。,塑性围压：粘土岩、页岩、千枚岩、凝灰岩等塑性岩石从洞室周边向压力减小的空间方向变形、挤出。它所产生的围压随变形的增大而增大，这种围压称为塑性围压。,流动围压:洞室揭穿处于地下水位以下的饱和细砂、淤泥及断层破碎带等时，由于开挖空间的形成，破坏了原始的按静水压力分布的应力状态，这些岩土就会和水一起流入洞室。若加支衬，这类围压即称为流动围压。,第四节 洞室围岩失稳的防治措施,一、合理施工,原则：尽可能先开挖断面尺寸小的导洞。开挖后及时衬砌。,分部开挖，分部衬砌，逐步扩大断面（边开挖边衬砌）导洞全面开挖，连续衬砌全断面开挖,二、支撑、衬砌、锚杆加固、“锚杆喷射 混凝土”联合支护,半衬砌 有边墙的衬砌 全衬砌,支撑：临时性保护，木、钢支架 衬砌：永久性加固，砖石、混凝土、钢筋混凝土,锚杆加固,“喷一锚”联合支护,1、解释围岩、围岩压力、岩爆2、洞室围岩变形破坏方式有哪些？3、对地下建筑中最常见的松动围压有哪些评 价方法？,