第七章地下洞室圍巖穩(wěn)定性的工程地質研究

1、整理ppt整理ppt大型古地下工程整理ppt第第1節(jié)、地下洞室開挖前后的應力特征節(jié)、地下洞室開挖前后的應力特征整理ppt洞室周邊圍巖應力彈性重分布計算公式2sin231212cos31211212cos43121121220440440220220440220rrrrrrrrrrrrrrvrvvrrr為徑向應力為切向應力為剪應力r為質點至洞軸線的距離r0為隧洞半徑當天然應力比=1時，洞室周邊圍巖應力彈性重分布計算公式011220220rvvrrrrr整理pptvv24r05r06r07r08r02r03r0r0圓形洞室周邊應力重分布整理ppt圍巖一旦松動，如不加支護，則圍巖一旦松動，如不加支護

2、，則會向深部發(fā)展，形成具有一定范會向深部發(fā)展，形成具有一定范圍的圍的應力松弛區(qū)應力松弛區(qū)，稱為，稱為塑性松動塑性松動圈圈。在松動圈形成過程中，原來周邊在松動圈形成過程中，原來周邊集中的高應力逐漸向深處轉移，集中的高應力逐漸向深處轉移，形成新的形成新的應力增高區(qū)應力增高區(qū)，該區(qū)巖體，該區(qū)巖體被擠壓緊密，稱為被擠壓緊密，稱為承載圈承載圈。此圈。此圈之外為之外為初始應力區(qū)初始應力區(qū)。洞室開挖后圍巖的穩(wěn)定性，取決于二次應力與圍巖洞室開挖后圍巖的穩(wěn)定性，取決于二次應力與圍巖強度之間的關系。強度之間的關系。如果洞周邊應力小于巖體的強度，圍巖穩(wěn)定。如果洞周邊應力小于巖體的強度，圍巖穩(wěn)定。否則，周邊巖石將產生

3、破壞或較大的塑性變形。否則，周邊巖石將產生破壞或較大的塑性變形。整理ppt圍巖這類變形破壞的發(fā)展進程當圍巖應力已經超過巖體的極限強度時，圍巖發(fā)生破壞。當圍巖應力的量級介于巖體的極限強度和長期強度之間時，圍巖需經瞬時的彈性變形及較長時期蠕動變形的發(fā)展方能達到最終的破壞，通?？筛鶕鷰r變形歷時曲線變化的特點而加以預報。當圍巖應力的量級介于巖體的長時間強度及蠕變臨界應力之間時，圍巖除發(fā)生瞬時的彈性變形外，還要經過一段時間的蠕動變形才能達到最終的穩(wěn)定。當圍巖應力小于巖體的蠕變臨界應力時，圍巖將于瞬時的彈性變形后立即穩(wěn)定下來。第第2節(jié)、洞室圍巖的變形與破壞節(jié)、洞室圍巖的變形與破壞整理ppt整理ppt在堅

4、硬完整的巖體中開挖地下洞室，圍巖一般是穩(wěn)定的。但是在高地應力地區(qū)，經常產生巖爆現象。巖爆是儲存有很大彈性應變能的巖體，在開挖卸荷后，能量突然釋放所形成的，它與巖石性質、地應力積聚水平及洞室斷面形狀等因素有關。堅硬完整巖體的脆性破裂巖爆的產生需要具備兩方面的條件高儲能體的存在及其應力接近于巖體強度是產生巖爆的內在條件，而某些因素的觸發(fā)效應則是巖爆產生的外因。整理ppt巖爆產生的爆坑爆坑附近邊墻下部破壞情況右側拱頂位置塌方情況第二次巖爆塌方左側拱架破壞情況錦屏二級水電站排水洞巖爆整理ppt塊體滑移是塊狀結構圍巖常見的破壞形式。這類破壞常以結構面交切組合成不同形狀的塊體滑移、塌落等形式出現。分離塊體

5、的穩(wěn)定性取決于塊體的形狀有無臨空條件、結構面的光滑程度及是否夾泥等。整理ppt巖層的彎曲折斷，是層狀圍巖變形失穩(wěn)的主要形式。平緩巖層，當巖層層次很薄或軟硬相間時，頂板容易下沉彎曲折斷。在傾斜層狀圍巖中，當層間結合不良時，順傾向一側拱腳以上部分巖層易彎曲折斷，逆傾向一側邊墻或頂拱易滑落掉塊。在陡傾或直立巖層中，因洞周的切向應力與邊墻巖層近于平行，所以邊墻容易凸邦彎曲。1-設計斷面2-破壞區(qū)3-崩塌4-滑動5-彎曲、張裂及折斷 整理ppt碎裂結構巖體在張力和振動力作用下容易松動、解脫，在洞頂則產生崩落，在邊墻上則表現為滑塌或碎塊的坍塌。整理ppt松軟巖體一般強烈風化、強烈構造破碎或新近堆積的土體，

6、在重力、圍巖應力和地下水作用下常產生冒落及塑性變形。常見的塑性變形和破壞的形式有邊墻擠入、底鼓及洞徑收縮等。水電站引水隧洞的塑性變形與塌方整理ppt 地下建筑位置的選擇，除取決于工程目的要求外，需要考慮圍巖的穩(wěn)定、山體穩(wěn)定及地形、巖性、地質構造、地下水及地應力等因素的影響。 理想的建洞山體應具備以下條件： 1)建洞區(qū)地質構造簡單，巖層厚、節(jié)理組數少，間距大，無影響整個山捧穩(wěn)定的斷裂帶； 2)巖體堅硬完整； 3)地形完整，沒有滑坡、塌方等早期埋藏和近期破壞的地形。無巖溶或巖溶很不發(fā)育； 4)地下水影響?。?5)無有害氣體和異常地熱。第第3節(jié)、影響地下地下洞室圍巖穩(wěn)定性的地質因素節(jié)、影響地下地下洞

7、室圍巖穩(wěn)定性的地質因素整理ppt對地下洞室選址影響對地下洞室選址影響地質因素地質因素地形條件（geographic conditions）巖性條件（rock and soil engineering characters）地質構造條件（geologecal structure conditions） 褶皺(fold) 斷裂(fault)巖層產狀（attitude of layer）地下水（水文地質hydrogeological conditions）地應力（natural stress）整理ppt隧洞進出口地段的邊坡應下徒上緩，無滑坡、崩塌等現象存在。洞口巖石應直接出露或坡積層薄，巖層最好傾向

8、山里以保證河口坡的安全。在地形徒的高邊坡開挖洞口時，應不削坡或少削坡即進洞，必要時可做人工洞口先行進洞，以保鉦邊坡的穩(wěn)定性。隧洞進出口不應選在排水困難的低洼處，也不應選在沖溝、傍河山嘴及谷口等易受水流沖刷的地段。地形條件在地形上要求山體完整，洞室周圍包括洞頂及傍山側應有足夠的山體厚度。隧洞選線利用溝谷示意圖整理ppt巖性是影響圍巖穩(wěn)定的基本因素之一，洞室位置應盡量選在堅硬完整巖石中。巖漿巖、厚層堅硬的沉積巖及變質巖，圍巖的穩(wěn)定性好，適于修建大型的地下工程。凝灰?guī)r、粘土巖、頁巖、膠結不好的砂礫巖、千枚巖及某些片巖，穩(wěn)定性差，不宜建大型地下洞室。松散及破碎巖石穩(wěn)定性極差，選址時應盡量避開。此外，巖

9、層的組合特征對圍巖穩(wěn)定也有重要影響。一般軟硬互層或含軟弱夾層的巖體，穩(wěn)定性差。層狀巖體的層次愈多，單層厚度愈薄，穩(wěn)定性愈差。均質厚層及塊狀巖體穩(wěn)定性好。巖性條件整理ppt 地質構造是控制巖體斃整性及滲透性的重要因素。1褶皺(fold)的影響 褶皺劇烈地區(qū)，一般斷裂也很發(fā)育，特別是褶皺核部巖體完整性最差。 （1）背斜(anticline)核部，巖層呈上拱形，有利于洞頂的穩(wěn)定。洞頂雖張裂隙發(fā)育，然巖塊呈上寬下窄形，不易掉塊。 （2）向斜(syncline)核部巖層呈倒拱形，頂部被張裂隙切割的巖塊上窄下寬易于坍落。不宜修建地下洞室。 2斷裂(fault)的影響 斷層破碎帶及斷層交匯區(qū)，穩(wěn)定性極差。在

10、選址時應盡量避開大斷層。地質構造條件整理ppt整理ppt(1)洞室軸線與巖層走向垂直。這種情況，圍巖的穩(wěn)定性較好，特別是對邊墻穩(wěn)定有利。(2)洞室軸線與巖層走向平行。1）當巖層近于水平(傾角2m3m)分數 205E地下水（干燥流動）分數 150F不連續(xù)面產狀條件（很好很差） 分數 0-12等級劃分I 很好 RMR 10081II 好 RMR 8061III 中等 RMR 6041IV 差 RMR 4021V 很差 RMR=20R RS SR R系統(tǒng)系統(tǒng)RSR=A+B+C 和差綜合法 （并聯(lián)系統(tǒng)）（G.Wickham,1974)A地質（巖石類型：按三大巖類由硬質至破碎劃分四個等級。 構造由整體強

11、烈斷裂褶皺分為四等），分數 306B節(jié)理裂隙特征（按整體至極密集分為6個等級，按走向 傾角與掘進方向關系折減）分數 457C地下水（無至大量） 分數 256RSR的變化范圍 25100Q Q 系系統(tǒng)統(tǒng) Q=RQD/Jn . Jr/Ja . Jw/SRF 乘積法 串聯(lián)系統(tǒng) （Baton, 1974)RQD巖石質量指標 0100Jn裂隙組數，無裂破裂 ，0.520 Jr裂隙粗糙度，粗糙鏡面，40.5 Ja裂隙蝕變程度，新鮮蝕變夾泥，0.7520 Jw裂隙水折減系數，干燥特大水流，10.05SRF應力折減系數，表示洞室開挖中巖性和地應力對 圍巖抗變形能力的折減，高者可達20（高應力狀態(tài) 巖石 趨于流

12、動），低者2.5（接近地表的堅硬巖石） 很好 Q 4001000 極好 Q 100400 很好 Q 40100 好 Q 1040 一般 Q 4 10 壞 Q 14 很壞 Q 0.11 壞 Q 0.010.1 特壞 Q 0.0010.01Z Z系系統(tǒng)統(tǒng) Z=I . f . R 乘積法（串聯(lián)系統(tǒng)）谷德振，1979I完整性系數，I=V2m/V2rVm巖體中縱波速 Vr巖石中縱波速f結構面抗剪強度系數R巖石堅固系數（為巖石濕單軸抗壓強度的百分之一）Z的變化范圍為0.0120巖體質量分類代表性方案巖體質量分類代表性方案整理ppt（1 1）支撐）支撐 在洞室開挖過程中，用以穩(wěn)定圍巖用的臨時性措施，按照在洞室開挖過程中，用以穩(wěn)定圍巖用的臨時性措施，按照選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。在不太選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。在不太穩(wěn)定的巖體中開挖時，需及時支撐以防止圍巖早期松動。穩(wěn)定的巖體中開挖時，需及時支撐以防止圍巖早期松動。整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt（1 1）噴射混凝土）噴射混凝土整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt 錨桿有楔縫式金屬錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、普通砂漿金屬錨桿、預應力錨桿及木錨桿等。目前在大