地下洞室围岩稳定性.pptx

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1、第1页/共43页围岩应力重分布：围岩应力重分布：由于洞室的开挖，围岩中应力、应由于洞室的开挖，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。过程和现象。dsdsdd0 0drdrr rr rrrrrrrrr：切向应力切向应力 r r：径向应力径向应力rr、rr：剪应剪应力力第2页/共43页b ba arr r2 2r=ar=a；r r=0=0，=2=2r=br=b；r r=，=第3页/共43页第4页/共43页一、围岩变形破坏的一般过程和特点一、围岩变形破坏的一般过程和特点 =1=1应力场中圆形隧洞周边的应力分带应力场中圆形

2、隧洞周边的应力分带1 1应力减低区应力减低区;2;2应力增高区应力增高区;3;3天然应力区天然应力区3 31 12 2rD D2 2第5页/共43页二、二、脆性围岩的变形破坏方式脆性围岩的变形破坏方式弯折内鼓：弯折内鼓：层状、薄层状结构围岩层状、薄层状结构围岩脆性围岩：块体状结构或层状结构的坚硬、半坚硬脆性围岩：块体状结构或层状结构的坚硬、半坚硬岩体岩体 第6页/共43页张裂塌落：张裂塌落：厚层状或块体状岩体内的洞室：厚层状或块体状岩体内的洞室顶拱。顶拱。宽高比较大，顶部拉应宽高比较大，顶部拉应力集中力集中宽高比较小，顶部压应宽高比较小，顶部压应力集中力集中第7页/共43页劈裂剥落、剪切滑移及

3、碎裂松动劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动 劈裂剥落：劈裂剥落：厚层状或块体结构围岩内厚层状或块体结构围岩内第8页/共43页剪切滑移：剪切滑移：厚层状或块体结构围岩内厚层状或块体结构围岩内 hvr碎裂松动碎裂松动:碎裂结构岩体内碎裂结构岩体内第9页/共43页岩爆岩爆岩岩爆爆:在在地地下下洞洞室室开开挖挖过过程程中中，围围岩岩突突然然地地以以爆爆炸炸的的形形式式，呈呈透透镜镜体体碎碎片片或或岩岩块块突突然然弹弹出出或或抛出，并发出噼啪声响。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京西煤田门头沟矿岩爆破坏井巷和设备第10页/共43页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

4、生桥二级水电站岩爆破坏隧洞的情况第11页/共43页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第12页/共43页岩爆的产生条件与发生机制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中，而又突然剧烈释放的过程。机械开挖、施工爆破和机械开挖、施工爆破和重分布应力的叠加影响重分布应力的叠加影响应变能迅速应变能迅速集中原因集中原因开挖断面的推进和渐进开挖断面的推进和渐进破坏破坏第13页/共43页由岩性条件所决定的局部应力由岩性条件所决定的局部应力集中区集中区 易于产生岩爆的高变

5、异应力区易于产生岩爆的高变异应力区 第14页/共43页三、塑性围岩的变形破坏方式三、塑性围岩的变形破坏方式塑性围岩：软弱的层状结构岩体塑性围岩：软弱的层状结构岩体(如页岩、泥岩和如页岩、泥岩和粘土岩等粘土岩等)和散体结构岩体和散体结构岩体泥泥岩岩塑性挤出塑性挤出膨胀内鼓膨胀内鼓富含粘土矿物的塑性岩石富含粘土矿物的塑性岩石含硬石膏的地层含硬石膏的地层吸水膨胀的吸水膨胀的岩层的变形岩层的变形第15页/共43页重力坍塌：重力坍塌：破碎松散岩体破碎松散岩体塑流涌出塑流涌出饱水的饱水的断裂带断裂带 第16页/共43页四、采空区围岩变形、破坏引起的地表沉陷四、采空区围岩变形、破坏引起的地表沉陷弯曲带弯曲带

6、冒落带冒落带裂隙带裂隙带采空区冒落引起的上复岩层的变形与错动的分带采空区冒落引起的上复岩层的变形与错动的分带采空区浅、面积大、尺寸大：坍落带波及地面采空区浅、面积大、尺寸大：坍落带波及地面采空区深、面积小、尺寸小：不波及地面采空区深、面积小、尺寸小：不波及地面第17页/共43页第18页/共43页一、洞室围岩稳定性的影响因素一、洞室围岩稳定性的影响因素围岩的岩性和岩体结构围岩的岩性和岩体结构 塑性围岩：塑性围岩：力学强度低，抗水性差，易变力学强度低，抗水性差，易变 形破坏，岩性对围岩稳定性影形破坏，岩性对围岩稳定性影 响大。响大。脆性围岩：脆性围岩：岩性对围岩稳定性影响小，主岩性对围岩稳定性影响

7、小，主 要取决于岩体结构。要取决于岩体结构。土：土：强度低，易变形。强度低，易变形。岩岩性性第19页/共43页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，围岩易失稳跨时，围岩易失稳。岩体结构岩体结构拉应力、压应力拉应力、压应力集中时均不稳集中时均不稳拉应力集中时不稳；拉应力集中时不稳；压应力集中时稳定压应力集中时稳定拉应力、压应力拉应力、压应力集中时均稳定集中时均稳定第20页/共43页地质构造地质构造背斜背斜:稳定稳定褶皱：褶皱：洞轴洞轴褶皱轴有利稳定褶皱轴有利稳定向斜：不稳定向斜：不稳定第21页/共43页地下水地下水:空隙

8、水压力、机械潜蚀、膨胀、崩解、溶解空隙水压力、机械潜蚀、膨胀、崩解、溶解u u第22页/共43页围岩应力状态围岩应力状态洞轴洞轴1：最有利稳定最有利稳定1 11 11 1近水平，且近水平，且1 1洞轴：洞轴：顶围、底围处于压应力，顶围、底围处于压应力，有利稳定有利稳定1 11 11 11 1第23页/共43页第24页/共43页二、围岩压力问题二、围岩压力问题1.1.围压的基本概念围压的基本概念 洞室围岩由于开挖引起应力重分布而形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，常须进可能遭到破坏。为保证

9、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。必然受到围岩变形与破坏的岩土体的压力。这种这种由于围岩的变形与破坏而作用于支护或由于围岩的变形与破坏而作用于支护或衬砌上的压力衬砌上的压力，称为围岩压力，称为围岩压力(简称围压简称围压)。围压是设计支护或衬砌的依据之一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、冲击围压变形围压、松动围压、膨胀围压、冲击围压第25页/共43页2.2.围压计算围压计算 松动围压松动围压 a.a.用平衡拱理论用平衡拱理论(普氏普氏f fk k法法)确定围压确定围压(适合

10、松散岩土体和软弱岩体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时支护或衬砌，作用在支护或衬砌上的压力(即围压即围压)便是平衡拱以内的坍落体的重量，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。而拱圈以外的砂体已维持自身平衡。第26页/共43页Hhbp洞侧壁稳

11、定洞侧壁稳定p 洞侧壁不稳定洞侧壁不稳定Hhb/2b/2E E1 1E E2 2E E2 2E E1 1第27页/共43页砂性土砂性土 f fk k=tg=tg 粘性土粘性土 f fk k=tgtg+c/+c/岩石岩石 f fk k=R/=R/100100坚固系数或坚固系数或普氏系数普氏系数f fk k第28页/共43页b.b.用地质分析法用地质分析法(岩体结构分析岩体结构分析)确定围压确定围压(适合坚硬岩体适合坚硬岩体)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

12、滑分离体的重量来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。确定围岩压力。第29页/共43页柱形分离体的围压柱形分离体的围压haP0=ah 第30页/共43页尖角形分离体的围压尖角形分离体的围压ah第31页/共43页柱形分离体柱形分离体 n=1n=1 尖角形分离体尖角形分离体 n=2n=2形状系数形状系数n n第32页/共43页塑性围压和膨胀围压塑性围压和膨胀围压膨胀围压：膨胀围压：超固结粘土、硬石膏作为围岩时，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，这种塑性围压其变形会有岩土体积的膨胀，这种塑性围压就称膨胀围压。就称膨胀围压。塑性围压：塑性围压：粘土岩、页岩、千枚岩、

13、凝灰岩粘土岩、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。大而增大，这种围压称为塑性围压。第33页/共43页流动围压流动围压:洞室揭穿处于地下水位以下的饱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

14、动围压。室。若加支衬，这类围压即称为流动围压。偏压偏压结构面、结构面、软弱岩石、软弱岩石、断层断层第34页/共43页第35页/共43页保护围岩原有稳定性，保护围岩原有稳定性，使之不降低使之不降低赋予围岩一定强度，赋予围岩一定强度，增高稳定性增高稳定性途途径径合理施工和支合理施工和支护衬砌方案护衬砌方案加固围岩加固围岩第36页/共43页一、合理施工一、合理施工原则：尽可能先开挖断面尺寸小的导洞。原则：尽可能先开挖断面尺寸小的导洞。开挖后及时衬砌。开挖后及时衬砌。分部开挖，分部衬砌，逐步扩大断分部开挖，分部衬砌，逐步扩大断面（边开挖边衬砌）面（边开挖边衬砌）导洞全面开挖，连续衬砌导洞全面开挖，连续

15、衬砌全断面开挖全断面开挖方方案案第37页/共43页二、支撑、衬砌、锚杆加固、二、支撑、衬砌、锚杆加固、“锚杆锚杆喷射喷射 混凝土混凝土”联合支护联合支护 半衬砌半衬砌 有边墙的衬砌有边墙的衬砌 全衬砌全衬砌 支撑支撑：临时性保护，木、钢支架：临时性保护，木、钢支架 衬砌：衬砌：永久性加固，砖石、混凝土、钢筋混凝土永久性加固，砖石、混凝土、钢筋混凝土第39页/共43页锚杆加固锚杆加固第40页/共43页“喷一锚喷一锚”联合支护联合支护第41页/共43页作作 业业1 1、解释围岩、围岩压力、岩爆、解释围岩、围岩压力、岩爆2 2、洞室围岩变形破坏方式有哪些？、洞室围岩变形破坏方式有哪些？3 3、对地下建筑中最常见的松动围压有哪些评、对地下建筑中最常见的松动围压有哪些评 价方法？价方法？第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页