工程地质分析原理 (104).pdf

地下洞室围岩稳定性地下洞室围岩稳定性的工程地质分析的工程地质分析7.5.1 7.5.1 地下工程支护类型地下工程支护类型7.5 7.5 地下洞室围岩稳定性支护措施地下洞室围岩稳定性支护措施1）按用途区分：临时支护与永久支护临时支护临时支护是为满足施工操作安全需要而设置的，有木支护、钢架支护、锚杆支护、喷浆支护和喷混凝土支护等；永久支护永久支护是为了满足长期生产安全需要而设置的。用于非受力的离壁式支护有装配式支护、现浇钢筋混凝土或砌体支护等；用于受力的贴壁式支护有现喷混凝土支护、喷锚支护和喷网锚联合支护等。7.5.1 7.5.1 地下工程支护类型地下工程支护类型7.5 7.5 地下洞室围岩稳定性支护措施地下洞室围岩稳定性支护措施7.5.1 7.5.1 地下工程支护类型地下工程支护类型7.5 7.5 地下洞室围岩稳定性支护措施地下洞室围岩稳定性支护措施2）按其受力性质区分：有与围岩直接接触的受力支护贴壁式支护贴壁式支护和围岩相脱离的离壁式支护离壁式支护；用于受力的贴壁式支护有现喷混凝土支护、喷锚支护和喷网锚联合支护等。用于非受力的离壁式支护有装配式支护、现浇钢筋混凝土或砌体支护等。3）按所用材料性质区分：有木支护、钢架支护、钢筋混凝土支护、锚杆支护和喷射混凝土支护等。7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构按支护的作用机理，目前采用的支护大致可归纳为按支护的作用机理，目前采用的支护大致可归纳为三类：三类：刚性支护结构刚性支护结构柔性支护结构柔性支护结构复合式支护结构复合式支护结构1 1刚性支护结构刚性支护结构这类支护结构通常具有足够大的刚性和断面尺寸，这类支护结构通常具有足够大的刚性和断面尺寸，一般用来一般用来承受强大的松动地压承受强大的松动地压。通常采用现浇砼，有的。通常采用现浇砼，有的采用石砌块或砼砌块采用石砌块或砼砌块。7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构1 1刚性支护结构刚性支护结构衬砌的类型示意图（a a）半衬砌；（）半衬砌；（b b）有边墙的衬砌；（）有边墙的衬砌；（c c）全衬砌）全衬砌7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构2 2柔性支护结构柔性支护结构柔性支护结构是根据现代支护原理而提出来的，它既柔性支护结构是根据现代支护原理而提出来的，它既能及时地进行支护，限制围岩过大变形而出现松动，又能能及时地进行支护，限制围岩过大变形而出现松动，又能允许围岩出现一定的变形，所以它是适应现代支护原理的允许围岩出现一定的变形，所以它是适应现代支护原理的支护型式。支护型式。锚喷支护锚喷支护是一种主要的柔性支护类型，其他如预制的是一种主要的柔性支护类型，其他如预制的薄型混凝土支护，硬塑性材料支护及钢支撑等亦均属于柔薄型混凝土支护，硬塑性材料支护及钢支撑等亦均属于柔性支护。性支护。7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构国内广泛应用的国内广泛应用的锚喷支护类型锚喷支护类型有如下有如下6 6种：种：(1)(1)锚杆支护锚杆支护(2)(2)喷射混凝土支护喷射混凝土支护(3)(3)锚杆喷射混凝土支护锚杆喷射混凝土支护(4)(4)钢筋网喷射混凝土支护钢筋网喷射混凝土支护(5)(5)锚杆钢架喷射混凝土支护锚杆钢架喷射混凝土支护(6)(6)锚杆钢筋网喷射混凝土支护锚杆钢筋网喷射混凝土支护7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构3 3复合式支护结构复合式支护结构复合式支护结构是复合式支护结构是柔性支护柔性支护与与刚性支护刚性支护的的组合组合。通常。通常初期支护是柔性支护，最终支护是刚性支护。复合式支护初期支护是柔性支护，最终支护是刚性支护。复合式支护是一种新兴的支护结构型式，主要用于软弱地层，尤其是是一种新兴的支护结构型式，主要用于软弱地层，尤其是适用于塑性流变地层适用于塑性流变地层。复合式支护结构常用于一些重要工程或者内部需要装复合式支护结构常用于一些重要工程或者内部需要装饰的工程，以提高支护结构的安全度或改善美化程度。饰的工程，以提高支护结构的安全度或改善美化程度。7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构3 3复合式支护结构复合式支护结构7.5.2 7.5.2 地下工程常用的支护结构地下工程常用的支护结构3 3复合式支护结构复合式支护结构7.5 7.5 地下洞室围岩稳定性支护措施地下洞室围岩稳定性支护措施7.5.3 7.5.3 地下工程支护设计方法地下工程支护设计方法1.地下工程的受力特点（1 1）地下工程是在自然状态下的岩土地质体内开挖）地下工程是在自然状态下的岩土地质体内开挖的，因而地下工程的这种的，因而地下工程的这种地质环境对支护结构设计有地质环境对支护结构设计有着决定性意义。着决定性意义。（2 2）地下工程周围的）地下工程周围的地质体地质体不仅会对支护结构产生不仅会对支护结构产生荷载，同时它荷载，同时它本身又是一种承载体本身又是一种承载体。因此，。因此，围岩本身围岩本身也是地下结构的一部分也是地下结构的一部分。（3 3）作用在支护结构上的荷载受到）作用在支护结构上的荷载受到施工方法施工方法和和施工施工时机时机的影响。的影响。（4 4）与地面结构不同，地下工程支护结构安全与）与地面结构不同，地下工程支护结构安全与否，既要考虑到否，既要考虑到支护结构支护结构能否承载，又要考虑能否承载，又要考虑围岩围岩会会不会失稳。不会失稳。（5 5）地下工程支护结构设计的关键问题在于充分发）地下工程支护结构设计的关键问题在于充分发挥挥围岩自承力围岩自承力。要达到这点，就必须要求围岩在一定。要达到这点，就必须要求围岩在一定范围内进入塑性，当围岩进入塑性后，其本构关系是范围内进入塑性，当围岩进入塑性后，其本构关系是很复杂的。因此，本构模型选用不当也会影响计算精很复杂的。因此，本构模型选用不当也会影响计算精度。可见，地下工程的力学模型也比地面工程复杂。度。可见，地下工程的力学模型也比地面工程复杂。1.地下工程的受力特点2.2.地下工程支护设计方法地下工程支护设计方法一般地，地下工程支护结构的设计都是采用一般地，地下工程支护结构的设计都是采用以经验为依据的以经验为依据的工程类比设计法工程类比设计法为主，再辅以量为主，再辅以量测为手段的测为手段的现场监控设计法现场监控设计法和计算为根据的和计算为根据的理论理论分析设计法分析设计法。工程类比设计法工程类比设计法地下工程支护结构设计是一门经验性很强的地下工程支护结构设计是一门经验性很强的学科。这些经验来自大量的工程实践，有一定的学科。这些经验来自大量的工程实践，有一定的科学依据。工程类比法本身也在不断发展，除了科学依据。工程类比法本身也在不断发展，除了日益增多的经验积累外，还要使经验愈来愈符合日益增多的经验积累外，还要使经验愈来愈符合理论观点，不断使理论观点，不断使经验的处理科学化经验的处理科学化，如，经验，如，经验设计中引用各种量测数据、采用数值分析等。设计中引用各种量测数据、采用数值分析等。公路三车道隧道复合衬砌设计参数公路三车道隧道复合衬砌设计参数 理论分析设计法理论分析设计法自自20世纪世纪70年代以来，弹塑性力学、固体流年代以来，弹塑性力学、固体流变学以及岩土力学等现代力学和计算机技术的发展，变学以及岩土力学等现代力学和计算机技术的发展，克服了理论分析中数学和力学上的障碍，使理论设克服了理论分析中数学和力学上的障碍，使理论设计法有了极大的进展。计法有了极大的进展。荷载荷载-结构法结构法地层地层-结构法结构法 现场监控设计法现场监控设计法-NATM的发展的发展自自20世纪世纪90年代以来，由于量测技术和计算技术年代以来，由于量测技术和计算技术两方面的相互渗透，现场监控设计方法有了很大进展。两方面的相互渗透，现场监控设计方法有了很大进展。现场监控设计就是现场监控设计就是将施工前和施工过程中测得的数据反将施工前和施工过程中测得的数据反馈与设计和施工，以期获得最佳的设计和施工方法馈与设计和施工，以期获得最佳的设计和施工方法。特点：特点：适应多变的地质条件和各种施工方法；有测适应多变的地质条件和各种施工方法；有测试的科学依据；可以根据测试数据反算出较准确的计算试的科学依据；可以根据测试数据反算出较准确的计算参数或直接以测试数据为计算参数对围岩与支护的受力参数或直接以测试数据为计算参数对围岩与支护的受力状态作出分析。状态作出分析。问题：问题：工作量大（设备、量测、分析、反馈）；信工作量大（设备、量测、分析、反馈）；信息的准确性问题；反馈理论和计算方法有待完善。息的准确性问题；反馈理论和计算方法有待完善。现代支护设计理念：现代支护设计理念：（1）应最大限度地利用围岩的自承能力；）应最大限度地利用围岩的自承能力；（2）应充分发挥支护与围岩的共同作用；）应充分发挥支护与围岩的共同作用；（3）应有改造与加强围岩岩体强度的功能；）应有改造与加强围岩岩体强度的功能；（4）基于监控量测、施工地质调查与超前地质预报的）基于监控量测、施工地质调查与超前地质预报的信息化设计与施工方法。信息化设计与施工方法。地下洞室围岩稳定性分析与评价相关参考书地下洞室围岩稳定性分析与评价相关参考书1.郑颖人、朱合华等编著，地下工程围岩稳定分析与设郑颖人、朱合华等编著，地下工程围岩稳定分析与设计理论，人民交通出版社，计理论，人民交通出版社，2012.2.E.Hoek，E.T.Brown.岩石地下工程岩石地下工程M.连志连志升，田良灿，王维德，等译升，田良灿，王维德，等译.北京：冶金工业出版社，北京：冶金工业出版社，1986.3.王思敬，杨志法，刘竹华王思敬，杨志法，刘竹华.地下工程岩体稳定性分析地下工程岩体稳定性分析M.北京：科学出版社，北京：科学出版社，19844.孙广忠，孙毅孙广忠，孙毅.地质工程学原理地质工程学原理M.北京：地质出北京：地质出版社，版社，20045.石根华石根华.关键块体理论及应用、非连续变形分析关键块体理论及应用、非连续变形分析-DDA思思 考考 题题1）地下洞室围岩稳定性的研究意义？）地下洞室围岩稳定性的研究意义？2）地下洞室的一般分类？）地下洞室的一般分类？3）地下洞室围岩基本概念？）地下洞室围岩基本概念？4）地下洞室围岩应力重分布的一般规律）地下洞室围岩应力重分布的一般规律?5）圆圆-椭圆形地下洞室开挖后围岩应力分布的主要特征？椭圆形地下洞室开挖后围岩应力分布的主要特征？6）圆）圆-椭圆形地下洞室周边拉应力的产生条件？椭圆形地下洞室周边拉应力的产生条件？7）圆）圆-椭圆形地下洞室周边压应力的产生条件？椭圆形地下洞室周边压应力的产生条件？8）影响围岩应力分布的主要因素？）影响围岩应力分布的主要因素？9）围岩变形破坏的一般过程与特点？）围岩变形破坏的一般过程与特点？10）脆性围岩变形破坏的主要力学机制、类型和结构条件？）脆性围岩变形破坏的主要力学机制、类型和结构条件？11）塑性围岩变形破坏的主要力学机制、类型和结构条件？）塑性围岩变形破坏的主要力学机制、类型和结构条件？12）脆性围岩与塑性围岩变形破坏的异同？）脆性围岩与塑性围岩变形破坏的异同？13）围岩变形破坏的累进性特点与过程）围岩变形破坏的累进性特点与过程?14）影响围岩变形破坏累进性发展的主要因素？）影响围岩变形破坏累进性发展的主要因素？15）岩爆的形成条件、机理、模式和烈度分级特点？）岩爆的形成条件、机理、模式和烈度分级特点？16）影响围岩稳定性的主要因素？）影响围岩稳定性的主要因素？17）定性评价围岩稳定性的主要方法？）定性评价围岩稳定性的主要方法？18）工程围岩分类常用方法及适用条件？）工程围岩分类常用方法及适用条件？19）定量评价围岩稳定性的主要方法？）定量评价围岩稳定性的主要方法？20）块体理论的基本思路及适用条件？）块体理论的基本思路及适用条件？21）地下工程数值分析方法的要点？）地下工程数值分析方法的要点？22）地下工程的主要支护结构类型、支护设计方法及特点？）地下工程的主要支护结构类型、支护设计方法及特点？思思 考考 题题