巖體力學(xué)教學(xué)課件 第五章 地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析

巖體力學(xué)教學(xué)課件第五章地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析目錄contents地下洞室圍巖穩(wěn)定性概述地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析方法地下洞室圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)地下洞室圍巖失穩(wěn)案例分析提高地下洞室圍巖穩(wěn)定性的措施01地下洞室圍巖穩(wěn)定性概述指地下洞室周邊巖體在各種應(yīng)力作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。圍巖穩(wěn)定性定義圍巖穩(wěn)定性是地下洞室設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵因素，直接關(guān)系到工程的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。圍巖穩(wěn)定性重要性圍巖穩(wěn)定性的定義與重要性地層巖性是影響圍巖穩(wěn)定性的根本因素，不同巖性的地層具有不同的物理、力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。地層巖性地質(zhì)構(gòu)造如斷層、節(jié)理、裂隙等對(duì)圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，破壞巖體的完整性。地質(zhì)構(gòu)造地下水活動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，可降低巖體強(qiáng)度、增加變形和破壞的可能性。水文地質(zhì)條件施工方法和支護(hù)措施對(duì)圍巖穩(wěn)定性具有重要影響，合理的施工方法和支護(hù)措施可以提高圍巖穩(wěn)定性。施工方法與支護(hù)措施影響圍巖穩(wěn)定性的因素通過對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析，評(píng)估洞室周邊巖體的穩(wěn)定狀態(tài)，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的變形和破壞，為工程設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。目的圍巖穩(wěn)定性分析有助于確保地下洞室工程的安全性，減少工程風(fēng)險(xiǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，通過分析圍巖穩(wěn)定性，還可以為巖石力學(xué)學(xué)科的發(fā)展提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論支持。意義圍巖穩(wěn)定性分析的目的與意義02地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析方法數(shù)值分析方法有限元法通過離散化的數(shù)值計(jì)算方法，將連續(xù)的巖體離散成有限個(gè)單元，并建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變和位移進(jìn)行計(jì)算和分析。有限差分法將連續(xù)的巖體離散成有限個(gè)差分網(wǎng)格，通過差分方程近似描述巖體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算和分析。邊界元法基于邊界積分方程的數(shù)值方法，適用于求解具有復(fù)雜邊界條件的圍巖穩(wěn)定性問題。無(wú)單元法不需對(duì)巖體進(jìn)行離散，而是通過節(jié)點(diǎn)信息直接建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算和分析。使用與實(shí)際巖體相似的材料制作模型，模擬圍巖的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)和變形過程，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)和分析。相似材料模型試驗(yàn)利用離心力模擬地心應(yīng)力狀態(tài)，制作小尺度模型進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性試驗(yàn)。離心模型試驗(yàn)在振動(dòng)臺(tái)上模擬地震等動(dòng)力作用下的圍巖穩(wěn)定性問題。振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)通過壓密實(shí)的方法模擬圍巖在受力狀態(tài)下的變形和破壞過程。壓密實(shí)試驗(yàn)物理模擬方法極限平衡法赤平投影法塊體理論關(guān)鍵塊體分析法解析方法01020304基于力的平衡原理，通過分析巖體的滑移、傾倒等極限狀態(tài)，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。利用赤平投影原理，對(duì)巖體的節(jié)理、斷層等結(jié)構(gòu)面進(jìn)行投影分析，評(píng)估圍巖的穩(wěn)定性。將巖體離散成若干個(gè)塊體，基于塊體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。通過分析關(guān)鍵塊體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用，評(píng)估圍巖的整體穩(wěn)定性。制作小尺度模型，模擬實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造和受力狀態(tài)，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)和分析?？s尺模型試驗(yàn)原位試驗(yàn)離心機(jī)試驗(yàn)在地下洞室施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位試驗(yàn)，直接觀測(cè)圍巖的變形和破壞過程。利用離心機(jī)模擬地心應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)圍巖進(jìn)行加卸載和擾動(dòng)試驗(yàn)。030201地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)03地下洞室圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)圍巖分類根據(jù)圍巖的完整程度、巖石性質(zhì)、地下水條件等因素，將圍巖分為不同等級(jí)，如堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬、軟弱等。巖石力學(xué)性質(zhì)圍巖的巖石力學(xué)性質(zhì)是影響圍巖穩(wěn)定性的重要因素，包括巖石的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)。結(jié)構(gòu)面特征圍巖中存在的結(jié)構(gòu)面（如斷層、節(jié)理等）對(duì)圍巖穩(wěn)定性有顯著影響，需考慮結(jié)構(gòu)面的分布、產(chǎn)狀、連通性等因素。對(duì)地下洞室圍巖進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，獲取圍巖的巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面特征、地下水條件等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)值模擬分析穩(wěn)定性評(píng)價(jià)支護(hù)設(shè)計(jì)利用數(shù)值模擬軟件對(duì)圍巖進(jìn)行應(yīng)力分析、位移分析、穩(wěn)定性分析等，預(yù)測(cè)圍巖在不同工況下的穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和數(shù)值模擬分析結(jié)果，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，確定圍巖的穩(wěn)定等級(jí)和安全系數(shù)。根據(jù)圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果，進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，包括錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等支護(hù)措施的選擇和設(shè)計(jì)。圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)流程位移監(jiān)測(cè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)通過應(yīng)力傳感器對(duì)圍巖的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。通過聲發(fā)射傳感器監(jiān)測(cè)圍巖中的聲發(fā)射事件，判斷圍巖是否處于破裂失穩(wěn)的前兆。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果，建立預(yù)警系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，發(fā)出預(yù)警信號(hào)，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。通過位移傳感器對(duì)圍巖的位移量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括水平位移和垂直位移。04地下洞室圍巖失穩(wěn)案例分析在此添加您的文本17字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字工程地質(zhì)條件復(fù)雜該水電站地下廠房位于工程地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)，巖體中存在多組結(jié)構(gòu)面和軟弱夾層，導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定性較差。地下水作用影響廠房靠近地下水位，圍巖長(zhǎng)期受到地下水滲透壓力作用，降低了巖石的抗剪強(qiáng)度，加速了圍巖失穩(wěn)。設(shè)計(jì)施工不當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)未能充分考慮圍巖的復(fù)雜性和地質(zhì)條件的不確定性，施工時(shí)對(duì)地質(zhì)勘查資料掌握不足，導(dǎo)致支護(hù)措施不當(dāng)，引發(fā)圍巖失穩(wěn)。案例一：某水電站地下廠房圍巖失穩(wěn)案例二：某高速公路隧道圍巖失穩(wěn)淺埋偏壓該高速公路隧道穿越淺埋地段，受到較大偏壓力作用，加之隧道跨度較大，使得圍巖難以保持穩(wěn)定。節(jié)理裂隙發(fā)育施工方法不當(dāng)施工過程中未能采取適當(dāng)?shù)拈_挖和支護(hù)方法，對(duì)圍巖擾動(dòng)較大，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重分布不均，引發(fā)失穩(wěn)。隧道圍巖中存在大量節(jié)理裂隙，降低了巖石的整體性和穩(wěn)定性，容易引發(fā)圍巖失穩(wěn)。地應(yīng)力作用顯著金屬礦地下開采過程中，地應(yīng)力作用對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響顯著，高地應(yīng)力可能導(dǎo)致圍巖變形和破壞。采空區(qū)處理不當(dāng)金屬礦開采后未能及時(shí)處理采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)頂板垮塌，進(jìn)而引發(fā)周邊圍巖失穩(wěn)。地下水與礦坑充填處理不當(dāng)?shù)V坑充填不密實(shí)或排水措施不當(dāng)，可能導(dǎo)致地下水與礦坑充填物相互作用，降低圍巖穩(wěn)定性，引發(fā)失穩(wěn)。案例三：某金屬礦地下開采圍巖失穩(wěn)05提高地下洞室圍巖穩(wěn)定性的措施通過在圍巖中打入錨桿，提高圍巖的整體性和穩(wěn)定性，防止巖體崩塌。錨桿加固通過向圍巖裂隙中注入漿液，使圍巖膠結(jié)成一個(gè)整體，提高其承載能力。注漿加固降低地下水位，減少水壓力對(duì)圍巖的影響，提高圍巖穩(wěn)定性。排水降壓工程措施在洞室內(nèi)設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，如混凝土拱、鋼拱等，以承受圍巖壓力。設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)根據(jù)圍巖應(yīng)力分布情況，合理調(diào)整洞室斷面形狀，降低應(yīng)力集中程度。調(diào)整洞室斷面形狀在洞室周邊設(shè)置防爆層，以減輕爆炸等突發(fā)事件對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。設(shè)置防爆層結(jié)構(gòu)措施施工監(jiān)測(cè)在施工