5復雜條件地下洞室ppt課件

1、復雜條件地下洞室工程復雜條件地下洞室工程穩(wěn)定分析及運用穩(wěn)定分析及運用 我國是世界上地下工程的最大開挖國。我國是世界上地下工程的最大開挖國。 隨著采礦業(yè)深度的添加，復雜地層的巷道維護問題日益突隨著采礦業(yè)深度的添加，復雜地層的巷道維護問題日益突出。特別是煤炭行業(yè)，每年因巷道的過度變形、底彭、頂出。特別是煤炭行業(yè)，每年因巷道的過度變形、底彭、頂板冒落等呵斥的巷道翻修量和人身傷亡事故是其他行業(yè)的板冒落等呵斥的巷道翻修量和人身傷亡事故是其他行業(yè)的數(shù)十倍。數(shù)十倍。 我國近年在鐵路交通系統(tǒng)也將建筑一系列的長、大山嶺隧我國近年在鐵路交通系統(tǒng)也將建筑一系列的長、大山嶺隧道而面臨著大埋深條件下的復雜地層開挖支護技

2、術問題。道而面臨著大埋深條件下的復雜地層開挖支護技術問題。 國內(nèi)興建的大型水電工程，如二灘、小浪底、小灣、溪洛國內(nèi)興建的大型水電工程，如二灘、小浪底、小灣、溪洛渡、龍灘、水布埡、三峽右岸電站等都有規(guī)模宏大的地下渡、龍灘、水布埡、三峽右岸電站等都有規(guī)模宏大的地下廠房群體廠房群體 復雜條件有二重含義：復雜條件有二重含義： 一是圍巖復雜，主要指的是脆弱、破碎、易膨脹、大變形、一是圍巖復雜，主要指的是脆弱、破碎、易膨脹、大變形、節(jié)理發(fā)育、地下水富集、大埋深和高地應力區(qū)的巖層；節(jié)理發(fā)育、地下水富集、大埋深和高地應力區(qū)的巖層； 二是工程復雜。假設系大斷面巷道或為洞室巷道群體就屬二是工程復雜。假設系大斷面巷

3、道或為洞室巷道群體就屬工程構造復雜。工程構造復雜。 無論是一類復雜或兩者并存，這時地下工程的開挖支護技無論是一類復雜或兩者并存，這時地下工程的開挖支護技術及其平安性就會構成難題。術及其平安性就會構成難題。 這里重點針對上述復雜條件下的兩大類巖體，即脆弱具流這里重點針對上述復雜條件下的兩大類巖體，即脆弱具流變特性的巖體和節(jié)理巖體，研討巖體流變屬性及其在軟巖變特性的巖體和節(jié)理巖體，研討巖體流變屬性及其在軟巖洞室中的工程運用。洞室中的工程運用。 1 圍巖穩(wěn)定控制實際與模擬方法的進展圍巖穩(wěn)定控制實際與模擬方法的進展 一、地下工程開挖支護和圍巖穩(wěn)定的控制原理一、地下工程開挖支護和圍巖穩(wěn)定的控制原理 將復

4、雜地層中開挖地下工程和采取相應支護手段看成是將復雜地層中開挖地下工程和采取相應支護手段看成是一項系統(tǒng)工程。一項系統(tǒng)工程。 由于圍巖是非線性的，所以要運用非線性的力學原理和方由于圍巖是非線性的，所以要運用非線性的力學原理和方法為指點思想。法為指點思想。 應強調(diào)指出其開挖支護是在空間和時間不斷變化的過程中應強調(diào)指出其開挖支護是在空間和時間不斷變化的過程中實施的，而該施工過程實踐上是對圍巖進展的反復加卸載，實施的，而該施工過程實踐上是對圍巖進展的反復加卸載，因此要注重和思索該過程對圍巖穩(wěn)定的影響。因此要注重和思索該過程對圍巖穩(wěn)定的影響。(一一)施工過程力學原理施工過程力學原理 (1)工程巖體的穩(wěn)定不

5、僅與自然要素有關，還與人為的工工程巖體的穩(wěn)定不僅與自然要素有關，還與人為的工程要素親密相關。程要素親密相關。 (2)復雜巖體的施工，對圍巖是一個非線性的力學荷載過復雜巖體的施工，對圍巖是一個非線性的力學荷載過程。其穩(wěn)定性是與應力途徑及歷史相關的。施工前要進展程。其穩(wěn)定性是與應力途徑及歷史相關的。施工前要進展動態(tài)施工過程力學的優(yōu)化分析，尋求幾個較優(yōu)方案，以供動態(tài)施工過程力學的優(yōu)化分析，尋求幾個較優(yōu)方案，以供決策。決策。 (3)根據(jù)巖體及工程特點，要有針對性地運用開挖和支護根據(jù)巖體及工程特點，要有針對性地運用開挖和支護手段，把有害的影響及隱患控制在盡量低的范圍內(nèi)。手段，把有害的影響及隱患控制在盡量

6、低的范圍內(nèi)。 (4)做好施工期間圍巖動態(tài)呼應的察看和監(jiān)測，用以判別做好施工期間圍巖動態(tài)呼應的察看和監(jiān)測，用以判別施工方案的合理性，并及時調(diào)整。施工方案的合理性，并及時調(diào)整。 (5)強調(diào)勘察、設計、施工、科研各環(huán)節(jié)嚴密結合、相互強調(diào)勘察、設計、施工、科研各環(huán)節(jié)嚴密結合、相互浸透，允許調(diào)整施工方案。浸透，允許調(diào)整施工方案。(二二)能量轉(zhuǎn)化原理能量轉(zhuǎn)化原理 對于軟巖巷道支護問題，工程界長期以來對能否要“先柔后剛的方針來實施支護不斷有爭議。此外，對“柔到什么程度，“剛到多少以及什么時候再設置剛性的二次支護都有不同見解，從能量分析的角度提出的“能量轉(zhuǎn)化原理對此做了科學的解釋。 洞巷開挖的非線性能量守恒定

7、律在一定條件下可簡化為：其中： 為在非完全彈性介質(zhì)中開挖洞巷時圍巖中重新積聚的彈性能； 為開挖洞巷過程中損失的非彈性能； 為人工構筑的支護所吸收的能量。這就是說在允許圍巖先變形和損傷到一定程度 及 ，并不至于使圍巖過度破壞的情況下，應使 就可使支護的代價最小，且保證了巷道的穩(wěn)定。就有一個 、 和 三值的優(yōu)化問題。 此項原理可歸納為以下幾條：此項原理可歸納為以下幾條： (1)對非線性的復雜圍巖，當其潛在的變形能很大時，應對非線性的復雜圍巖，當其潛在的變形能很大時，應使其非彈性的變形能使其非彈性的變形能 得到適量的釋放。但不能到達使得到適量的釋放。但不能到達使整體圍巖失穩(wěn)坍落或大到其變形量影響運用

8、空間的程度。整體圍巖失穩(wěn)坍落或大到其變形量影響運用空間的程度。 (2)圍巖中重新積聚的彈性能圍巖中重新積聚的彈性能 可以盡量堅持較高值，但可以盡量堅持較高值，但對脆性巖石那么不能使其增大到有能夠發(fā)生巖爆的程度。對脆性巖石那么不能使其增大到有能夠發(fā)生巖爆的程度。 (3)由于支護所吸收的能量由于支護所吸收的能量 是與是與 和和 成反比的，要成反比的，要使支護代價盡量小，應爭取使支護代價盡量小，應爭取 和和 到達較高值。但由于到達較高值。但由于前兩條的限制，那么應進展三者的優(yōu)化分析，以到達既平前兩條的限制，那么應進展三者的優(yōu)化分析，以到達既平安又經(jīng)濟的目的。安又經(jīng)濟的目的。 (4)某些支護方式是與圍

9、巖結合為一個整體的(如錨固、注漿等)。這就使相關區(qū)域的圍巖也成為支護的一部分。這時應使支護技術充分發(fā)揚圍巖的強度和剛度潛力令其本身能吸收更多的圍巖變形能，以降低支護的本錢。這種自動支護方式就比傳統(tǒng)的被動支護方式更為有效和經(jīng)濟。(三三)時空變載原理時空變載原理 近年來又提出了適于復雜地層開挖和支護研討的近年來又提出了適于復雜地層開挖和支護研討的“時間和時間和空間載荷變化分析原理，簡稱空間載荷變化分析原理，簡稱“時空變載原理：時空變載原理： (1)地下工程是建造在具有一定初始應力的圍巖中，復地下工程是建造在具有一定初始應力的圍巖中，復雜地層中的施工和維護難度劇烈遭到應力場及其方向的影雜地層中的施工

10、和維護難度劇烈遭到應力場及其方向的影響。在設計工程的主軸方位時應充分留意使二者的主向較響。在設計工程的主軸方位時應充分留意使二者的主向較為有利于工程的穩(wěn)定。在圍巖中假設存在系統(tǒng)的構造斷裂為有利于工程的穩(wěn)定。在圍巖中假設存在系統(tǒng)的構造斷裂(斷層、節(jié)理等斷層、節(jié)理等)，那么還應留意洞軸與不利穩(wěn)定的構造方，那么還應留意洞軸與不利穩(wěn)定的構造方向間的關系。在預測圍巖的失穩(wěn)類型和失穩(wěn)程度時就應以向間的關系。在預測圍巖的失穩(wěn)類型和失穩(wěn)程度時就應以三者間方向的相互關系為優(yōu)化抉擇的主要根據(jù)。三者間方向的相互關系為優(yōu)化抉擇的主要根據(jù)。 (2)無論是開挖和支護都是對圍巖施加的一種荷載。對于無論是開挖和支護都是對圍巖

11、施加的一種荷載。對于施工工期較長的長大洞巷或大斷面洞室群，其不斷推進的施工工期較長的長大洞巷或大斷面洞室群，其不斷推進的開挖支護，對圍巖的每一個特定部位幾乎都是一個反復的開挖支護，對圍巖的每一個特定部位幾乎都是一個反復的加卸載過程。因此，要留意研討圍巖在這種不斷加卸荷變加卸載過程。因此，要留意研討圍巖在這種不斷加卸荷變換情況下其力學特性的變化。換情況下其力學特性的變化。 (3)工程開挖從宏觀來說似乎是對圍巖的一種卸荷行為，工程開挖從宏觀來說似乎是對圍巖的一種卸荷行為，但實踐上從力學分析角度來看，即使對同一個開挖斷面，但實踐上從力學分析角度來看，即使對同一個開挖斷面，普通來講圍巖周邊總是同時存在

12、著加載區(qū)和卸載區(qū)。這兩普通來講圍巖周邊總是同時存在著加載區(qū)和卸載區(qū)。這兩種區(qū)域往往是成對相隔分布的，其分布方位與初始地應力種區(qū)域往往是成對相隔分布的，其分布方位與初始地應力場的主向相關。沿著這個主向普通都為卸荷區(qū)或主要的能場的主向相關。沿著這個主向普通都為卸荷區(qū)或主要的能量釋放區(qū)。對于三維空間來說其加卸載區(qū)的分布就更為復量釋放區(qū)。對于三維空間來說其加卸載區(qū)的分布就更為復雜了。雜了。 (4)對脆弱圍巖，由于普通的具有流變性能。在研討開挖支護對圍巖的作用時，不僅要思索推進過程中其空間坐標的變化，還應思索時間效應，就是時間和空間的雙重效應。 (5)在對這種情況做數(shù)值分析時，應思索到其加卸載過程特定應

13、力途徑和時間效應的特點。假設不符合上述的實踐情況那么會得到不真實的結果。因此，時空仿真分析非常重要。 (6)由于復雜地層中的這些特點，其開挖和支護影響的科學分析實踐上是一個對開放的系統(tǒng)的系統(tǒng)工程分析。施工過程中圍巖與外界有十清楚顯的能量交換。所以，今后的數(shù)值分析方法中應充分思索空間和時間雙重作用下的能量耗散問題。 二、復雜地層的圍巖力學模型及模擬方法復雜地層包含了眾多的復雜地質(zhì)條件，主要指兩大類型常見的問題：復雜地層包含了眾多的復雜地質(zhì)條件，主要指兩大類型常見的問題：一種是相對較為鞏固的巖質(zhì)，但其節(jié)理或斷層發(fā)育，或地應力較高，一種是相對較為鞏固的巖質(zhì)，但其節(jié)理或斷層發(fā)育，或地應力較高，或有滲漏

14、問題等或有滲漏問題等(水電工程為主水電工程為主)；一種那么為埋深大或地應力高的脆弱破碎地層一種那么為埋深大或地應力高的脆弱破碎地層(以煤礦等工程為主以煤礦等工程為主)。 (一一)節(jié)理發(fā)育圍巖的根本力學特性節(jié)理發(fā)育圍巖的根本力學特性大型水電工程，其圍巖大多賦存有假設干組節(jié)理裂隙。圍巖的穩(wěn)定性大型水電工程，其圍巖大多賦存有假設干組節(jié)理裂隙。圍巖的穩(wěn)定性那么主要取決于這些節(jié)理裂隙在開挖后的行為及對巖體強度和變形的那么主要取決于這些節(jié)理裂隙在開挖后的行為及對巖體強度和變形的影響。影響。這些節(jié)理多為構造形跡且成組出現(xiàn)，其分布多為斷續(xù)性的。這種既非這些節(jié)理多為構造形跡且成組出現(xiàn)，其分布多為斷續(xù)性的。這種既

15、非完全延續(xù)又非完全斷開的介質(zhì)，研討起來難度很大。因此，采用以模完全延續(xù)又非完全斷開的介質(zhì)，研討起來難度很大。因此，采用以模型實驗和分析模型相結合的方法來進展模擬研討，并將二者的結果進型實驗和分析模型相結合的方法來進展模擬研討，并將二者的結果進展對比，相互檢驗。最后在現(xiàn)場運用時以觀測資料為根據(jù)，再用反分展對比，相互檢驗。最后在現(xiàn)場運用時以觀測資料為根據(jù)，再用反分析和正分析的方法不斷改良，以求不斷完善析和正分析的方法不斷改良，以求不斷完善 1節(jié)理巖體的模型實驗研討 參照我國某些典型水電工程的節(jié)理圍巖特點，如：二灘電站、小浪底電站、廣州蓄能電站、李家峽電站等工程的圍巖特點。以幾種典型節(jié)理組合為研討對

16、象開展了大量的節(jié)理巖膂力學特性研討的平面模型實驗。 節(jié)理巖體分為四種類型，用綜合性包絡線表示的四種巖體的整體強度，資料強度和節(jié)理面強度。采用了歸一化的比強度的分析法，定義比粘聚力及比內(nèi)摩擦系數(shù)為巖體或節(jié)理的目的與資料目的之比。 節(jié)理巖體的三種強度的相關關系可近似取節(jié)理巖體的整體內(nèi)摩擦系數(shù)等于資料及節(jié)理面平均內(nèi)摩擦系數(shù)；而節(jié)理巖體的整體粘聚力為資料及節(jié)理面平均粘聚力的2030。 2節(jié)理巖體的非線性力學模型及分析方法 (1)節(jié)理剛度法斷裂損傷模型： 本模型是運用彈性體功的互等定律，引入傳壓和傳剪系數(shù)Cn及Cr，在裂隙的變形參數(shù)上援用節(jié)理單元的法向和剪切剛度參數(shù)而推導出二維及三維問題的本構方程。損傷

17、演化方程不是采用裂紋的共線擴展，而是采用次生的拐折裂紋模型。其原理是運用斷裂力學方法，并思索裂隙面閉合時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力和粘聚力。對二維情況，針對多組裂隙推導了損傷演化方程。 以上述推得的公式編制了計算程序。對裂隙巖體的變形及強度特性進展預測，并與相應的模型實驗進展對比，獲得了良好的效果。 (2)節(jié)理巖體加錨時的損傷斷裂模型： 李術才等按應變能等效假設和自洽實際建立加錨條件下節(jié)理巖體的本構關系和損傷演化方程。推導出了壓剪應力形狀，張剪應力形狀的本構方程和損傷演化方程。 張強勇等經(jīng)過引入有效應力反映拐傷與塑性變形的耦合效應，導出了能量損傷演化方程。運用不可逆熱力學定律、廣義正交法那么和塑性損傷一致性

18、條件，建立了裂隙巖體在初始損傷、損傷演化和塑性損傷變外形狀下的三維彈塑性損傷本構關系。同時還建立了錨桿支護的空間損傷巖錨柱單元模型。(二二)脆弱具流變特性圍巖的力學模型及分析方法脆弱具流變特性圍巖的力學模型及分析方法對于脆弱具流變特性的巖體，假設其初始地應力場屬各向均勻場，并對于脆弱具流變特性的巖體，假設其初始地應力場屬各向均勻場，并且圍巖單一，那么可采用解析方法求解圍巖穩(wěn)定和支護計算。假設不且圍巖單一，那么可采用解析方法求解圍巖穩(wěn)定和支護計算。假設不能滿足此條件，那么可采用數(shù)值分析法分析計算。能滿足此條件，那么可采用數(shù)值分析法分析計算。 1粘彈粘彈-粘塑性圍巖的二維數(shù)值分析粘塑性圍巖的二維數(shù)

19、值分析 對二維問題可采用反映圍巖粘彈對二維問題可采用反映圍巖粘彈-粘塑性特性的西源模型。經(jīng)過分粘塑性特性的西源模型。經(jīng)過分析粘彈性應變增量和粘塑性應變增量，求得該模型在三軸應力形狀下析粘彈性應變增量和粘塑性應變增量，求得該模型在三軸應力形狀下的普通表達式。的普通表達式。 采用上述模型和分析法可以利用有限元法分析相關地下工程的圍巖采用上述模型和分析法可以利用有限元法分析相關地下工程的圍巖穩(wěn)定和支護方案問題。穩(wěn)定和支護方案問題。 2圍巖穩(wěn)定的流變損傷分析 由于脆弱圍巖在一定條件下發(fā)生顯著變形時，往往產(chǎn)生大量裂隙從而發(fā)生擴容，因此運用流變損傷力學原理作穩(wěn)定性分析是一種合理的選擇。在損傷力學的運用上就

20、有有效應力和表觀應力采用的Desai提出的基于各向同性損傷概念而提出的關系式。我國著名專家陳宗基先生曾提出了巖體擴容起始的判據(jù)。 流變損傷的本構方程采用等效應變的原理和以有效應力替代原來的表觀應力，根據(jù)導出的損傷變量表達式，得到在某時段內(nèi)表觀應力增量與當前時辰的有效應力形狀、損傷形狀，以及該時段內(nèi)損傷的變化及有效應力的關系式。 3圍巖有膨脹性情況下粘彈塑性分析 當圍巖中有遇水膨脹的巖層時，地層外水入滲、水工隧洞內(nèi)的水外滲或施工用水都能夠?qū)е聡鷰r膨脹。對較脆弱的圍巖，這種膨脹力(或膨脹變形)將會與圍巖流變變形相耦合而構成復合性壓力作用在支護(襯砌)上。同濟大學孫鈞對這一情況提出分析模型和方法。根

21、據(jù)巖石膨脹實驗結果的回歸分析，得到了膨脹主向應變與主向應力間的關系式。在做出一些必要的假定之后，提出了相應的膨脹模型和本構方程，該模型將膨脹的計算問題歸結為流變計算問題，在計算中思索了應力場和滲流場的耦協(xié)作用，也思索了巖石吸水后彈性模量和剪切強度的降低。第二節(jié)第二節(jié) 地下工程的優(yōu)化分析及施工原那么地下工程的優(yōu)化分析及施工原那么一、單一的軟巖巷道開挖支護的優(yōu)化分析和設計計算一、單一的軟巖巷道開挖支護的優(yōu)化分析和設計計算 我國當前地下工程特別是隧道工程的開挖支護設計主要還是根據(jù)圍我國當前地下工程特別是隧道工程的開挖支護設計主要還是根據(jù)圍巖分類。巖分類。目前除了可參考國際上的南非圍巖分類法目前除了可

22、參考國際上的南非圍巖分類法(RMR)和挪威圍巖分類法和挪威圍巖分類法(Q系統(tǒng)系統(tǒng))以外，國內(nèi)各大行業(yè)系統(tǒng)都有本人分類方法，以外，國內(nèi)各大行業(yè)系統(tǒng)都有本人分類方法，1994年又出臺了年又出臺了一套國標分類法一套國標分類法(工程巖體分級規(guī)范工程巖體分級規(guī)范)。但這些分類方法仍都具有一定局限性，比如說對初始地應力要素的影但這些分類方法仍都具有一定局限性，比如說對初始地應力要素的影響有的分類就沒有反映，有的方法中很難合理地將其量化。響有的分類就沒有反映，有的方法中很難合理地將其量化。一些有代表性的開挖支護設計方法。一些有代表性的開挖支護設計方法。(一一)類比分析法類比分析法 李世輝等提出了一種將圍巖分

23、類與簡易的數(shù)值分析相結合李世輝等提出了一種將圍巖分類與簡易的數(shù)值分析相結合的方法。的方法。 其原理是將隧道圍巖其原理是將隧道圍巖-支護體系看成一種開放的復雜巨系支護體系看成一種開放的復雜巨系統(tǒng)。其方法由典型個體測試數(shù)據(jù)，分類與類比，并且先后統(tǒng)。其方法由典型個體測試數(shù)據(jù)，分類與類比，并且先后已開發(fā)了可實現(xiàn)人機對話便于現(xiàn)場運用的已開發(fā)了可實現(xiàn)人機對話便于現(xiàn)場運用的BMP等假設干等假設干系列性的程序，既可用于單一隧洞，也可用于洞群的反分系列性的程序，既可用于單一隧洞，也可用于洞群的反分析和正分析。已先后在引大入秦工程有關隧道和二灘導流析和正分析。已先后在引大入秦工程有關隧道和二灘導流洞工程等現(xiàn)場運用

24、，獲得好的效果。洞工程等現(xiàn)場運用，獲得好的效果。 (二二)圍巖松動圈支護分類法圍巖松動圈支護分類法 董方庭等經(jīng)過多年在煤炭礦山巷道的實際并做了假設干模型實驗進展驗證而提出的。 其主要指點思想以為圍巖失穩(wěn)，主要是由于地應力重分布與圍巖強度二者相互作用使圍巖到達破壞的結果。 測試地應力和測取現(xiàn)場圍巖強度都不是每個工程所能隨便做到和測準的。但較易于實施測試的圍巖松動圈卻是這二者相互作用的結果。 此圈范圍越大越難支護或說支護措施的代價和要求也越高。這時圍巖的收斂位移也越大。 因此，用實測的該圈范圍的大小進展支護分類，并且提出了相應的圍巖支護分類表，在許多礦山獲得了一定的勝利。 該法的一個缺乏之處是必需

25、在已實施開挖的巷道現(xiàn)場才干測到松動圈進而確定其分類級別。這說是說在施工之前難以進展支護方法的預設計。(三三)流變性圍巖的支護設計計算及優(yōu)化流變性圍巖的支護設計計算及優(yōu)化軟巖巷道分為全部或部分圍巖是軟巖兩種類型。軟巖巷道分為全部或部分圍巖是軟巖兩種類型。首先根據(jù)地質(zhì)資料和現(xiàn)場或?qū)嶒炇規(guī)r膂力學實驗數(shù)據(jù)判別所研討的工首先根據(jù)地質(zhì)資料和現(xiàn)場或?qū)嶒炇規(guī)r膂力學實驗數(shù)據(jù)判別所研討的工程圍巖屬于何種類型的本構模型，選取適宜的力學分析方式，并在思程圍巖屬于何種類型的本構模型，選取適宜的力學分析方式，并在思索尺寸效應條件下選用合理的力學參數(shù)。然后進展軟巖巷道的穩(wěn)定分索尺寸效應條件下選用合理的力學參數(shù)。然后進展軟巖

26、巷道的穩(wěn)定分析和支護設計。析和支護設計。 由于軟巖在多數(shù)情況下流變效應都比較明顯，因此對有時間效應的由于軟巖在多數(shù)情況下流變效應都比較明顯，因此對有時間效應的軟巖，應采用軟巖，應采用“流變力學設計的方法。流變力學設計的方法。當初始應力場為非均勻場時，可選用適宜的本構模型當初始應力場為非均勻場時，可選用適宜的本構模型(如彈塑性、粘如彈塑性、粘彈塑性或流變損傷模型等彈塑性或流變損傷模型等)用數(shù)值方法做分析，確定一次、二次支護用數(shù)值方法做分析，確定一次、二次支護的剛度和二次支護的合理時機的剛度和二次支護的合理時機(或用現(xiàn)場變形監(jiān)測曲線來確定此時機或用現(xiàn)場變形監(jiān)測曲線來確定此時機)。對此類軟巖當初始應

27、力場為均勻應力場時對此類軟巖當初始應力場為均勻應力場時(即遠區(qū)的即遠區(qū)的PV=Ph時時)，可以，可以用解析方法來做支護的優(yōu)化設計用解析方法來做支護的優(yōu)化設計(確定剛度、合理支護時間等確定剛度、合理支護時間等)。如朱維申曾提出粘彈如朱維申曾提出粘彈-塑性圍巖，其支護上的應力形狀的切向分量表塑性圍巖，其支護上的應力形狀的切向分量表達式闡明，襯砌上荷載是與其設置時間、當時塑性區(qū)大小、襯砌與圍達式闡明，襯砌上荷載是與其設置時間、當時塑性區(qū)大小、襯砌與圍巖剪切模量比及各種物理、力學、幾何參量有關的函數(shù)。襯砌設置愈巖剪切模量比及各種物理、力學、幾何參量有關的函數(shù)。襯砌設置愈晚，荷載愈小。晚，荷載愈小。在研

28、討軟巖巷道設計和支護方案及其實施的合理時機時，有時為了更在研討軟巖巷道設計和支護方案及其實施的合理時機時，有時為了更好地思索時間和空間效應，要進展軸對應的圍巖應力分析或三維數(shù)值好地思索時間和空間效應，要進展軸對應的圍巖應力分析或三維數(shù)值分析。以研討超前臺階開挖或大斷面的巷道的分部開挖以及隨后的支分析。以研討超前臺階開挖或大斷面的巷道的分部開挖以及隨后的支護效應，并做多方案的比較。這可以在施工前進展預分析。施工開場護效應，并做多方案的比較。這可以在施工前進展預分析。施工開場后進展反分析或反響分析以調(diào)整最初的施工方案，使后續(xù)方案更為優(yōu)后進展反分析或反響分析以調(diào)整最初的施工方案，使后續(xù)方案更為優(yōu)化。

29、化。(四)復合支護構造的計算孫鈞對隧道孫鈞對隧道(或巷道或巷道)的圍巖穩(wěn)定和支護提出了兩種承載的概念。的圍巖穩(wěn)定和支護提出了兩種承載的概念。對中等強度的圍巖，應盡量采用噴錨支護使圍巖構成一個對中等強度的圍巖，應盡量采用噴錨支護使圍巖構成一個(第二類第二類)承承載環(huán)以保證隧道的穩(wěn)定。載環(huán)以保證隧道的穩(wěn)定。對較脆弱的圍巖，那么必需采用錨噴支護以外的附加支護以構成第二對較脆弱的圍巖，那么必需采用錨噴支護以外的附加支護以構成第二類承載環(huán)。類承載環(huán)。對第二類承載環(huán)假設采用二層構造的復合支護方式，提出了相應的適對第二類承載環(huán)假設采用二層構造的復合支護方式，提出了相應的適用計算方法。其中包括：根據(jù)構造特點，

30、認定噴層和內(nèi)襯構造的內(nèi)力用計算方法。其中包括：根據(jù)構造特點，認定噴層和內(nèi)襯構造的內(nèi)力主要由形變壓力產(chǎn)生；而后者的構成和分布規(guī)律與圍巖變形的依時性主要由形變壓力產(chǎn)生；而后者的構成和分布規(guī)律與圍巖變形的依時性特征相關。該依時性可簡化地用三單元粘彈性模型表述；由形變壓力特征相關。該依時性可簡化地用三單元粘彈性模型表述；由形變壓力產(chǎn)生的復合支護內(nèi)力可借助變形協(xié)調(diào)條件建立計算方法。該種支護的產(chǎn)生的復合支護內(nèi)力可借助變形協(xié)調(diào)條件建立計算方法。該種支護的截面設計要進展抗剪、抗壓、抗拉才干和洞徑向張應變的驗算。截面設計要進展抗剪、抗壓、抗拉才干和洞徑向張應變的驗算。 (五五)大斷面軟巖巷道分部開挖支護過程大斷

31、面軟巖巷道分部開挖支護過程的仿真模擬的仿真模擬 由于軟巖的非線性性質(zhì)，模擬其開挖支護的真實過程非常重要，由于過程不同其結果也會相差很大。 朱合華根據(jù)此問題的特點，建立了一種施工動態(tài)仿真數(shù)值方法。用該法可在施工設計階段預先模擬施工過程。還可在施工中進展動態(tài)反演分析，并研發(fā)出一種集成化的通用軟件系統(tǒng)。陳錦清、陳鈞等也曾對大斷面巷道采用不同分部開挖方案時的圍巖塑性區(qū)和收斂位移值做了分析比較。闡明各種方案的結果也有相當大的差別。二、復雜地層中建筑隧道的指點原理二、復雜地層中建筑隧道的指點原理據(jù)不完全統(tǒng)計，我國在鐵路部門已建成的隧道已超越據(jù)不完全統(tǒng)計，我國在鐵路部門已建成的隧道已超越5 000座，總長座

32、，總長超越超越2 000km。自新奧地利施工法傳人我國以來，我國的建筑閱歷和。自新奧地利施工法傳人我國以來，我國的建筑閱歷和技術實踐上已在多方面超出了新奧法。王蘿恕提出應總結并構成技術實踐上已在多方面超出了新奧法。王蘿恕提出應總結并構成“中中國隧道建筑法。他以為應以巖膂力學原理為根底，以支護與圍巖共國隧道建筑法。他以為應以巖膂力學原理為根底，以支護與圍巖共同作用的現(xiàn)代支護實際為根據(jù)，抓住四大原那么：同作用的現(xiàn)代支護實際為根據(jù)，抓住四大原那么：(1)一切施工方法和支護手段要嚴密圍繞維持圍巖穩(wěn)定的目的；一切施工方法和支護手段要嚴密圍繞維持圍巖穩(wěn)定的目的；(2)把支護和圍巖視做共同承載構造；把支護和

33、圍巖視做共同承載構造；(3)用現(xiàn)場量測實驗了解和掌握圍巖用現(xiàn)場量測實驗了解和掌握圍巖_支護體系的力學動態(tài)，進展反響支護體系的力學動態(tài)，進展反響設計和施工；設計和施工；(4)開挖后及時加固，穩(wěn)定圍巖；開挖后及時加固，穩(wěn)定圍巖；(5)開挖處于時空不斷變化中，應使開挖系統(tǒng)具有整體性、有序性、開挖處于時空不斷變化中，應使開挖系統(tǒng)具有整體性、有序性、反響性、動態(tài)性等，使之處于人為的控制之中。反響性、動態(tài)性等，使之處于人為的控制之中。 襯砌構造。以三種方式運用于不同條件：(1)專長、長大隧道應采用復合襯砌構造。初期支護有錨、噴、網(wǎng)和鋼拱架等組成。二次襯砌由模筑混凝土或鋼筋混凝土組成；(2)普通中長隧道可用

34、單層模筑混凝土襯砌，有時也可先用暫時噴錨支護；(3)地層強度高，圍巖完好性好時，可采用單層噴錨永久支護構造。應確立兩個設計階段的法規(guī)：一是預設計；二是施工中的信息化反響設計，后者更為重要。環(huán)境管理(防排水)。根據(jù)不同環(huán)境及要求，要確定是以排堵結合以排為主還是以堵為主的原那么，并設計好排水系統(tǒng)。留意環(huán)境的綜合治理，為現(xiàn)場工人減少身心危害和負擔。 施工方法。提出了共施工方法。提出了共20余條施工要點，以保證在圍巖穩(wěn)定余條施工要點，以保證在圍巖穩(wěn)定的條件下平安施工。其要點主要包括以下方面：的條件下平安施工。其要點主要包括以下方面： 1快速施工。用礦山法時，好巖石可全斷面開挖，或快速施工。用礦山法時，

35、好巖石可全斷面開挖，或先導坑后擴展，或加設輔助導坑等；先導坑后擴展，或加設輔助導坑等； 2脆弱地層。應采用正臺階法施工，絕不能采用半斷脆弱地層。應采用正臺階法施工，絕不能采用半斷面超前施工又不設仰拱的方法，應盡快構成一次支護的封面超前施工又不設仰拱的方法，應盡快構成一次支護的封鎖斷面是勝利的關鍵；鎖斷面是勝利的關鍵； 3開挖后及時放射混凝土，加設短錨桿。在惡劣條件開挖后及時放射混凝土，加設短錨桿。在惡劣條件下采用超前支護、注漿加固，不允許過多釋放圍巖的變形下采用超前支護、注漿加固，不允許過多釋放圍巖的變形能；能； 4特大斷面，據(jù)不同條件可采用中隔墻法、中隔墻交特大斷面，據(jù)不同條件可采用中隔墻法

36、、中隔墻交叉臺階法、雙側(cè)壁導坑法等；叉臺階法、雙側(cè)壁導坑法等； 5脆弱圍巖中實施管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、脆弱圍巖中實施管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、緊封鎖、勤量測的緊封鎖、勤量測的18字方針；字方針； 6支護順序為一次支護自上而下進展，待圍巖穩(wěn)定后再支護順序為一次支護自上而下進展，待圍巖穩(wěn)定后再做二次襯砌，這時應自下而上進展。底部混凝土先鋪，對做二次襯砌，這時應自下而上進展。底部混凝土先鋪，對圍巖穩(wěn)定至關重要；圍巖穩(wěn)定至關重要； 7因施工對地層擾動深度普通在因施工對地層擾動深度普通在2.02.5m，因此盡速設，因此盡速設置長度為置長度為24m的中短錨桿較適宜；的中短錨桿較適宜； 8超

37、前地質(zhì)預告已日趨成熟，應正式列入工序環(huán)節(jié)；超前地質(zhì)預告已日趨成熟，應正式列入工序環(huán)節(jié)； 9監(jiān)控量測是中心任務，必需作好，重點留意一倍洞徑監(jiān)控量測是中心任務，必需作好，重點留意一倍洞徑處的隧道變化。處的隧道變化。三、大型洞室及其群體的穩(wěn)定性和施工三、大型洞室及其群體的穩(wěn)定性和施工方案的優(yōu)化分析研討方案的優(yōu)化分析研討 在大型水電工程中地下洞室群體的規(guī)模往往很大，構造復雜。大多由二個大洞室或三個大洞室以及它們間的許多聯(lián)絡通道組成。而在礦山，比如井底車場或采場附近也是巷道密集的部位所在。在復雜地層中開挖這類工程群體，其開挖支護順序和方案對圍巖穩(wěn)定的影響至關重要。 朱維申等在前述的施工過程力學原理指點下

38、，提出了用動態(tài)規(guī)劃的方法和人工智能技術相結合的方法來做多要素多方案的優(yōu)選任務 (一)動態(tài)規(guī)劃分析法 動態(tài)規(guī)劃是處理最正確化問題的一種特殊途徑。他可把一個n維最優(yōu)問題變換為n個一維最正確化問題。它的一個最重要的特點是把一個復雜的系統(tǒng)工程決策問題化為分段決策問題。該方法中的關鍵元素是級、形狀、決策、變換和效益。 我們在確定施工順序的優(yōu)化方向時采用的判據(jù)，即收益函數(shù)，用的是圍巖中塑性區(qū)(當用彈塑性模型時)或損傷區(qū)(當用斷裂損傷模型時)的面積多少作為決策根據(jù)。(二二)人工智能技術的運用人工智能技術的運用 大型洞群分部開挖施工順序的能夠組合非常多，假設有兩個大洞室那么施工排序方案能夠有百余種，對三個大洞

39、室那么將達上千種，假設全部用手工陳列，任務量很大且易脫漏。另外，在做優(yōu)化分析時需預備的計算用的數(shù)據(jù)文件也非常浩繁。因此，對這兩方面任務運用人工智能技術來處理，將洞室群分部開挖自動排序，數(shù)值計算所需數(shù)據(jù)文件自動生成，結果效果良好。第三節(jié)第三節(jié) 地下工程圍巖變形反分析方法的研討地下工程圍巖變形反分析方法的研討進展進展 一、反分析方法的研討進展一、反分析方法的研討進展 從從70年代起，日本、美國、意大利等學者就開場進展年代起，日本、美國、意大利等學者就開場進展了巖體位移反響實際和運用的研討。其中最有代表性的是了巖體位移反響實際和運用的研討。其中最有代表性的是日本的櫻井春輔提出的位移日本的櫻井春輔提出

40、的位移-應變反響確定初始地應力與應變反響確定初始地應力與地層彈性參數(shù)的有限元法。其特點是設巖體的垂直向地應地層彈性參數(shù)的有限元法。其特點是設巖體的垂直向地應力近似等于自重應力，程度向地應力和地層的力近似等于自重應力，程度向地應力和地層的E、值可值可以用多次反復計算來確定。以用多次反復計算來確定。 90年代，開展了彈塑圍巖中的一種簡化適用的反分析法。年代，開展了彈塑圍巖中的一種簡化適用的反分析法。意大利的意大利的Gioda研討了多年，也提出可同時確定初始地應研討了多年，也提出可同時確定初始地應力和地層參數(shù)的優(yōu)化反演實際及方法。力和地層參數(shù)的優(yōu)化反演實際及方法。 楊志法在楊志法在80年代初提出了對

41、彈性介質(zhì)圍巖運用位移圖譜法年代初提出了對彈性介質(zhì)圍巖運用位移圖譜法做反分析的方法。做反分析的方法。 其原理是將初始地應力荷載分解為四種方式。對不同工程其原理是將初始地應力荷載分解為四種方式。對不同工程條件，其實踐初始地應力可由上述四種方式的某種組合疊條件，其實踐初始地應力可由上述四種方式的某種組合疊加而成。再設定幾種的典型洞型作為規(guī)范洞型。經(jīng)過計算加而成。再設定幾種的典型洞型作為規(guī)范洞型。經(jīng)過計算分析，對它們分別得出與各類荷載相應的位移值，并將其分析，對它們分別得出與各類荷載相應的位移值，并將其繪制成一系列圖譜。假設實踐工程的計算剖面與繪制成一系列圖譜。假設實踐工程的計算剖面與“規(guī)范洞規(guī)范洞型

42、幾何類似，并且約束條件和彈性方程也類似，那么即型幾何類似，并且約束條件和彈性方程也類似，那么即可利用圖譜根據(jù)實測位移，直接得出初始地應力或地層的可利用圖譜根據(jù)實測位移，直接得出初始地應力或地層的彈性參數(shù)值。彈性參數(shù)值。 呂愛鐘等對彈性介質(zhì)位移反分析做了參數(shù)辨識的多方面研呂愛鐘等對彈性介質(zhì)位移反分析做了參數(shù)辨識的多方面研討。并對現(xiàn)場位移測點討。并對現(xiàn)場位移測點(線線)的最優(yōu)布置等做了較系統(tǒng)的研的最優(yōu)布置等做了較系統(tǒng)的研討，以便提高位移反分析的精度。再利用此類反分析確定討，以便提高位移反分析的精度。再利用此類反分析確定地下構造載荷時對所遇到的解的不穩(wěn)定性問題做了全面的地下構造載荷時對所遇到的解的不

43、穩(wěn)定性問題做了全面的研討，獲得了成果。研討，獲得了成果。 王芝銀等對反分析問題中的非線性問題、時間相關性問題、王芝銀等對反分析問題中的非線性問題、時間相關性問題、空間效應以及如何消除測前喪失位移的影響方面做了較深空間效應以及如何消除測前喪失位移的影響方面做了較深化的研討。并就粘彈性、粘彈塑性問題和三維反分析等方化的研討。并就粘彈性、粘彈塑性問題和三維反分析等方面提出了相應的反分析方法和適用性較強的程序設計面提出了相應的反分析方法和適用性較強的程序設計 90年代楊林德、馮紫良、朱合華等也出版專著全面系統(tǒng)地論述了國內(nèi)外反響實際及運用的現(xiàn)況。除了對彈性、粘彈性及彈塑性問題做了研討外，還詳細地引見了非

44、線性反響問題中的優(yōu)化搜索和目的函數(shù)的逼近問題的諸多方法。該項任務中還特別研討前人很少涉及的非線性問題的攝動數(shù)值法以及圍巖本構關系和模型識別問題。對后一問題，著重討論了確定性形變場的模型辨識和多介質(zhì)資料的模型識別。并給出了許多工程運用的算例。 由于巖土力學的非確定性特征很明顯，孫鈞、蔣樹屏等在其共同撰寫的專著(巖土力學反演問題的隨機實際與方法 )中系統(tǒng)論述巖土力學反問題的建模原理和方法，包括處置觀測中不確定性的最優(yōu)目的函數(shù)、模型的不確定性等問題；洞室圍巖變形隨機預告的原理和方法；穩(wěn)定的可靠性評價；對洞周圍巖的非確定性非線性動態(tài)問題，那么采用擴張卡爾曼濾波器的有限元的根本原理和方法進展研討， 第四

45、節(jié)第四節(jié) 大型洞群的工程運用大型洞群的工程運用 一、淮南煤礦軟巖巷道支護實驗研討一、淮南煤礦軟巖巷道支護實驗研討 淮南某煤礦石門大巷，埋深淮南某煤礦石門大巷，埋深640m。其圍巖巖性。其圍巖巖性為砂巖和頁巖互層。巖體裂隙發(fā)育，含水量高、為砂巖和頁巖互層。巖體裂隙發(fā)育，含水量高、易風化、強度低。程度向構造應力及垂直向應力易風化、強度低。程度向構造應力及垂直向應力均較大。附近已掘巷道礦壓顯現(xiàn)嚴重。程度和垂均較大。附近已掘巷道礦壓顯現(xiàn)嚴重。程度和垂直向收斂值達直向收斂值達16.5mmd和和45.2mmd。巷道。巷道成巷后兩個月內(nèi)料石碹即被壓跨。有的地方用每成巷后兩個月內(nèi)料石碹即被壓跨。有的地方用每米

46、米3架架29#U型鋼支架也未能處理問題。型鋼支架也未能處理問題。 武漢巖土力學所進展的此項研討那么決議采用錨武漢巖土力學所進展的此項研討那么決議采用錨噴網(wǎng)的自動支護方式，并引入新的研討和運用技噴網(wǎng)的自動支護方式，并引入新的研討和運用技術經(jīng)過實驗巷道來進展研討。術經(jīng)過實驗巷道來進展研討。 (一)綜合性的現(xiàn)場和實驗室實驗測試和分析研討 為了能弄清巷道所在區(qū)域的初始力學條件和圍巖力學性質(zhì)，進展了以下方面的測試和分析任務：(1)初始地應力現(xiàn)場測試；(2)巖膂力學特性大型現(xiàn)場雙軸實驗；(3)軟巖物理化學特性實驗；(4)軟巖巷道支護的模型實驗；(5)可伸縮錨桿研制；(6)柔性噴層資料研制；(7)松動圈測試

47、；(8)圍巖變形的深部和外表量測；(9)錨桿受力量測；(10)二維與三維的非線性數(shù)值正反分析；(11)現(xiàn)場開挖和支護的實施及綜合治理。 (二)巷道斷面和支護方案確實定巷道埋深大及程度地應力高(實測程度向最大約為15.7MPa)，且?guī)r體較破碎，將巷道斷面設計成雙圓拱型，毛洞高515cm，寬600cm。支護方式改被動式的襯砌或鋼拱架為錨噴網(wǎng)這種自動支護方式。 支護參數(shù)設計以模型實驗和初期的非線性有限元分析結果為根據(jù)。初始地應力場取重力應力和程度向應力的平均值16.15MPa。思索到圍巖中有一定塑性區(qū)，應力集中會有均化趨勢，因此取集中系數(shù)為1.5，那么緊鄰圍巖中應力強度約為24.23MPa。參照模型

48、實驗結果，假設采用優(yōu)化的“傾斜交叉布錨法，估計可提高圍巖強度1.3至1.5倍，經(jīng)加固后的巖體強度約可到達28.73MPa，支護參數(shù)根本上能滿足巷道的穩(wěn)定要求。 運用非線性有限元計算和模型實驗的結果都闡明，假設運用“傾斜交叉布錨法，圍巖塑性區(qū)約在1.5m，因此選定錨桿長度為1.7m，間排距為600mm600ram。上述的支護參數(shù)是預設計的結果，以后可以根據(jù)現(xiàn)場支護效果，用反響分析法再做適當調(diào)整。 (三)可伸縮錨桿和柔性噴層資料的研制 根據(jù)數(shù)年前在該礦的上程度洞進展圍巖變形測試的結果，巷道收斂變形量可達洞徑的3以上。再根據(jù)現(xiàn)場巖膂力學實驗、巖體的變形模量估計約在(14)103MPa。因此，要求錨桿

49、具有順應大變形的才干。經(jīng)測算，錨桿的可伸縮量約為50mm或更多。其初錨和終錨力那么應在329.4kN和549kN。由于傾斜交叉布錨法要求錨桿有較好的側(cè)向剪切剛度和強度。因此錨桿的直徑不能太小。根據(jù)上述要求，研制了三種類型的有伸縮性的錨桿： (1)全長粘結與端部錨固相結合的復合伸縮式錨桿； (2)摩擦式伸縮管縫-鋼筋復合性錨桿； (3)樹脂錨固加孔口伸縮式錨桿?，F(xiàn)場實驗以第一種錨桿為主。 為順應巷道的大變形，防止噴層的開裂和零落，研制成一種強度和變形量都能到達要求的柔性噴層資料配方。其要點是： 在現(xiàn)有噴層資料中添加了一種高分子聚合物和速凝劑。其強度在28天之后都可到達1822MPa。而變形量那么

50、根據(jù)添加劑的多少最后可到達56，即為現(xiàn)有普通噴層資料的810倍，可見其性能是良好的。 (四)可縮可轉(zhuǎn)型接頭的預制大弧板軟巖洞室支護的研制 在巖體流變和大變形繼續(xù)開展比較明顯的極軟巖洞室工程中，作為另外一種可行的比較方案，在國家第七個五年方案攻關工程中，孫鈞等曾研制了一種“邊支邊讓、“先柔后剛、可縮可轉(zhuǎn)型接頭(待變形趨于穩(wěn)定后再焊接)的預制鋼筋混凝土大型弧板支護，其后背與圍巖間充填特殊設計的襯墊資料，在淮南煤礦某處大跨度基建巷道中進展了工業(yè)性實驗并獲得勝利。 (五)圍巖收斂的非線性和流變力學分析 在施工期間還進展了流變力學的正反分析。根據(jù)現(xiàn)場實驗結果，選用彈-粘塑性模型并思索破壞后的剩余強度。利

51、用開挖后32天的實測程度收斂值，推算巖體的C、及2，求得參數(shù)為C=0.9MPa，=22.5O，2=8.3104MPa.h 運用反分析所得參數(shù)再做巷道穩(wěn)定性的正分析，結果闡明圍巖塑性區(qū)隨時間推移而增大，在兩幫深度可達2.0m左右。兩側(cè)收斂量最大達160mm。但開挖50天后，位移變化已很小，位移速率降到0.4mmd。從正反分析所得巷道程度收斂最大值為16cm。而現(xiàn)場實測的最大收斂值為11cm左右。思索測點的滯后埋設，假設設任務面前方漏測和滯后埋設所欠測為應有總量的13，那么可估出全部實測值約為5.5cm，那么實測收斂值應為16.5cm，可見此值與計算值16cm是相當接近的。這也闡明本工程計算模型和

52、有關參數(shù)的取值是合理的。 (六)現(xiàn)場實時監(jiān)測及結果 最初的支護設計和施工是在前述的一系列現(xiàn)場實驗研討根底上，根據(jù)初步的數(shù)值分析和閱歷類比確定的。需在施工的實施過程中進展必要的現(xiàn)場量測，以期掌握圍巖的動態(tài)，用以檢驗原方案的正確性和在以為需對原方案做修正時得到一定的根據(jù)。同時為確定最正確二次支護和底拱施工的時間以及計算判別巷道長期穩(wěn)定性提供必要的資料。在該實驗巷道里共進展了以下四個工程的量測： 1收斂量測 巷道的收斂變形顯示，由于采用了特殊的“傾斜交叉布錨法和新型可伸縮錨桿及柔性噴層，明顯地約束了巷道的變形。其變形率在巷道開挖后的40天左右已減少到0.1mmd。經(jīng)過3個月的時間考驗變形已趨于穩(wěn)定。

53、 2深部多點位移計量測 多點位移計因施工干擾已有所滯后，但埋設8天后，位移量開場明顯增大。至30天左右最大值已達1023mm。量測曲線顯示，頂拱有整體下沉趨勢，但在40天左右變形都漸趨穩(wěn)定。 3錨桿受力量測 埋設在上拱左右斜上方的量測錨桿測得的變形量較大。其應力均已超越資料的彈性極限，有的高達60kN以上，接近其斷裂值。當后來調(diào)整錨桿密度由600mm600mm到400mm400mm之后，其應力量值有所緩和，拱部錨桿受力相對較小，進一步闡明頂拱有整體下沉趨勢。 4松動圈測試 運用鉆孔聲波法對巷道圍巖在開挖后的15天、40天和70天分別進展了測試。經(jīng)分析可得到以下結果：(1)圍巖波速較低，最低可達

54、900ms，最高也只需2000ms；(2)隨時間推移圍巖波速逐漸降低，松動圈也有擴展趨勢，但最終到達穩(wěn)定；(3)除巷道壁面之內(nèi)左右為爆破松動區(qū)外，從0.51.5m范圍內(nèi)波速向深部方向由低變高為一過渡區(qū)。在1.52.0m深度范圍之外波速轉(zhuǎn)向正常值。 實驗巷道實踐開挖支護約35至40天后，圍巖變形測試和錨桿受力測試數(shù)據(jù)已根本趨于穩(wěn)定。巷道收斂速率已小于0.1mmd。根據(jù)國內(nèi)大量實際閱歷，普通都以為該速度小于0.2mmd，即可以為變形根本穩(wěn)定。因此，在這時即安排進展第二次常規(guī)噴混凝土的復噴任務，以構成二次支護。 五、金川鎳礦二礦區(qū)不良巖層巷道穩(wěn)定性研五、金川鎳礦二礦區(qū)不良巖層巷道穩(wěn)定性研討討金川鎳礦

55、是我國最大的鎳消費基地，也是我國三大資源綜合利用基金川鎳礦是我國最大的鎳消費基地，也是我國三大資源綜合利用基地之一。該礦最大的是二礦區(qū)，其儲量占全礦的地之一。該礦最大的是二礦區(qū)，其儲量占全礦的75。該礦區(qū)是我國初始地應力全國最高的地域。歷史上地質(zhì)構造運動長該礦區(qū)是我國初始地應力全國最高的地域。歷史上地質(zhì)構造運動長期活動，巖漿巖的侵入及相互交叉，使礦區(qū)巖層完好性遭到劇烈破期活動，巖漿巖的侵入及相互交叉，使礦區(qū)巖層完好性遭到劇烈破壞。礦井的巷道經(jīng)常發(fā)生冒頂片幫。以壞。礦井的巷道經(jīng)常發(fā)生冒頂片幫。以1 250m中段為例，一年內(nèi)片中段為例，一年內(nèi)片冒塌方達冒塌方達169次之多。大部分發(fā)生在地質(zhì)條件差的

56、不良巖層中。所謂次之多。大部分發(fā)生在地質(zhì)條件差的不良巖層中。所謂不良巖層主要指二輝橄欖巖。初步估計采準巷道的不良巖層主要指二輝橄欖巖。初步估計采準巷道的50，開辟巷道，開辟巷道的的2030，采區(qū)的，采區(qū)的6070屬這類巖體。屬這類巖體。決議在二礦區(qū)決議在二礦區(qū)1200m中段的一條圍巖為二輝橄欖巖的巷道中安排了中段的一條圍巖為二輝橄欖巖的巷道中安排了全面的實驗方案作為實驗巷道。其埋深為全面的實驗方案作為實驗巷道。其埋深為530m。 研討方案共分了七個子題：研討方案共分了七個子題： (1)二輝橄欖巖工程地質(zhì)力學特性研討；二輝橄欖巖工程地質(zhì)力學特性研討； (2)實驗巷道工程設計和施工研討；實驗巷道工

57、程設計和施工研討； (3)巖體變形模量時效研討和三軸流變現(xiàn)場研討；巖體變形模量時效研討和三軸流變現(xiàn)場研討； (4)巷道圍巖變形特性研討；巷道圍巖變形特性研討； (5)巷道圍巖應力丈量；巷道圍巖應力丈量； (6)斷層泥物化性質(zhì)和膨脹特性研討；斷層泥物化性質(zhì)和膨脹特性研討； (7)巷道穩(wěn)定有限元流變分析。巷道穩(wěn)定有限元流變分析。 其中其中(3)、(4)、(7)項內(nèi)容是研討的重點。項內(nèi)容是研討的重點。二輝橄欖巖中二輝橄欖巖中、V級構造面發(fā)育，按產(chǎn)狀分達級構造面發(fā)育，按產(chǎn)狀分達5組以上，切割成的組以上，切割成的構造體為構造體為0.20.6m，呈鑲嵌碎裂構造。，呈鑲嵌碎裂構造。 圍巖的水文地質(zhì)條件簡單，

58、部分含裂隙脈狀水，在破碎帶有裂隙水圍巖的水文地質(zhì)條件簡單，部分含裂隙脈狀水，在破碎帶有裂隙水滲流。個別鉆孔涌水，水量為滲流。個別鉆孔涌水，水量為1td，以后逐漸減少。，以后逐漸減少。 根據(jù)構造類型實驗巷道的根據(jù)構造類型實驗巷道的37m長度中可分三段。其長度分別為長度中可分三段。其長度分別為10m、10m、17m左右。左右。第一、三段屬碎裂介質(zhì)。其巖塊強度較高，但其巖體變形破壞受第一、三段屬碎裂介質(zhì)。其巖塊強度較高，但其巖體變形破壞受、V級構造面控制。在宏觀上巖體變形量大，擴容景象明顯，且具強流級構造面控制。在宏觀上巖體變形量大，擴容景象明顯，且具強流變性。變性。第二段屬塊裂介質(zhì)。第二段屬塊裂介

59、質(zhì)。 、和和V級構造面都發(fā)育。圍巖變形主要受級構造面都發(fā)育。圍巖變形主要受級構造面控制，沿該面滑移或緊縮變形。巷道施工中應重點加固級構造面控制，沿該面滑移或緊縮變形。巷道施工中應重點加固類構造面，否那么易發(fā)生冒頂或片幫。類構造面，否那么易發(fā)生冒頂或片幫。 (一)巖膂力學現(xiàn)場實驗和觀測 難度和任務量最大的三軸流變強度特性實驗共開挖了四塊試件。巖體變形特性時效實驗采用剛性墊板法。圍巖應力丈量采用應力恢復法。共6個測點。圍巖變形觀測布設了二個斷面的多點位移計共6個測孔。內(nèi)空收斂丈量那么布設了5個斷面。還布測了6根量測錨桿做位移丈量。在斷層帶的三個取樣點提取斷層泥作為物理化學分析的樣品。 巖體彈模實驗

60、采用承壓面積為45cm45cm的剛性墊板法實驗，最大荷載P=150t。為了對比還對同類巖性的巖塊用美國MTS剛性壓力機做了實驗室抗壓實驗?，F(xiàn)場巖體和小巖塊彈模實驗結果的對比，見表6-3。 現(xiàn)場三軸緊縮流變強度實驗的試體開挖尺寸為65cm65cm130cm。垂直荷載由四個并聯(lián)的千斤頂施加，總出力11.76MN。四個側(cè)面壓力鋼枕加載最大內(nèi)壓10.1MPa，試體變形由電感位移計和百分表測試。 根據(jù)實驗曲線可求得單軸緊縮時E=4.3103MPa，=0.25，而三軸情況時E=(7.58.19)103MPa，=0.28。假設以試體V曲線最大緊縮點為強度根據(jù)，可根據(jù)包絡線分析求得巖體C=1.0MPa；=33