第九章矿井工程地质优秀课件.ppt

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1、第九章矿井工程地质第1页，本讲稿共22页第一节第一节 岩石工程地质性质岩石工程地质性质一、土的组成一、土的组成 土土是是岩岩石石风风化化破破坏坏后后，再再经经搬搬运运、沉沉积积而而形形成成的的松松散散沉沉积积物物。在在一一般般情情况况下下，土土不不是是由由单单一一物物质质组组成成的的，而而是是由由固固体体（矿矿物物和和岩岩石石碎碎屑屑为为主主）、液液体体（水水为为主主）和和气气体体 （空空气气为为主主）三部分组成。三部分组成。岩岩土土是是坚坚硬硬、半半坚坚硬硬岩岩石石和和松松软软土土层层的的总总称称。由由于于岩岩石石和和土土层层的的成成因因、组组成成、埋埋藏藏条条件件和周围地质环境的不同，它们

2、的工程地质性质也是复杂多样的。和周围地质环境的不同，它们的工程地质性质也是复杂多样的。许许多多不不良良的的工工程程地地质质条条件件对对建建井井和和巷巷道道施施工工影影响响很很大大，稍稍有有不不慎慎，会会给给国家造成巨大损失。国家造成巨大损失。例例，华华北北某某矿矿风风井井，开开始始采采用用板板桩桩法法施施工工，遇遇到到流流砂砂和和卵卵石石层层，无无法法通通过过，使使井井筒筒报报废废。又又如如，安安徽徽某某矿矿使使用用震震动动沉沉井井法法施施工工，出出现现大大量量涌涌砂砂现现象象，井筒周围地面下沉，井壁侧压增大，把井筒挤环。井筒周围地面下沉，井壁侧压增大，把井筒挤环。还还有有的的矿矿井井出出现现

3、井井架架歪歪斜斜、机机器器基基础础下下沉沉、巷巷道道底底鼓鼓等等。这这些些现现象象的的发发生生主主要要是是当当地地的的岩土层的工程地质条件不好和施工方法不当。岩土层的工程地质条件不好和施工方法不当。第2页，本讲稿共22页 土的固体颗粒土的固体颗粒 组成固体颗粒的矿物：组成固体颗粒的矿物：原生矿物原生矿物 次生矿物次生矿物 原原生生矿矿物物：岩岩浆浆岩岩中中原原有有的的矿矿物物，在在土土中中的的原原生生矿矿物物碎碎屑屑主主要要有有石石英英、长长石石和和云母云母。次次生生矿矿物物：原原生生矿矿物物经经过过化化学学风风化化后后生生成成的的新新矿矿物物。它它们们的的性性质质和和特特征征完完全全不不同同

4、于于原生矿物，土中的次生矿物主要是粘土矿物如原生矿物，土中的次生矿物主要是粘土矿物如高岭石、蒙脱石、伊利石高岭石、蒙脱石、伊利石等。等。大大块块碎碎石石类类土土（碎碎石石、卵卵石石等等）常常常常是是由由多多矿矿物物成成分分的的岩岩石石碎碎屑屑所所组组成成。随随着着分分散散度度的的增增加加（颗颗粒粒变变细细），砂砂类类上上的的颗颗粒粒通通常常是是由由比比较较稳稳定定的的原原生生矿矿物物所所组组成，其中主要矿物为石英，其次为长石和云母。成，其中主要矿物为石英，其次为长石和云母。在在电电子子显显微微镜镜下下，粘粘土土矿矿物物常常呈呈鳞鳞片片状状、粒粒状状或或针针状状晶晶体体，其其结结晶晶格格子子的的

5、特特点点是是呈呈层层状状构构造。造。蒙蒙脱脱石石的的层层状状晶晶格格之之间间的的联联系系很很弱弱，能能吸吸收收大大量量的的水水（层层间间水水nHnH2 2O O）而而其其晶晶体体格格架架并并不不破破坏坏。因因此此，蒙蒙脱脱石石浸浸水水后后体体积积膨膨胀胀甚甚剧剧，而而干干燥燥失失水水后后又又剧剧烈烈收收缩缩，所所以以这这种土的工程地质条件较坏；种土的工程地质条件较坏；高高岭岭土土的的层层状状晶晶格格结结合合得得比比较较牢牢固固，故故呈呈较较大大的的颗颗粒粒。由由高高岭岭土土形形成成的的粘粘土土层层，工工程程地地质质条件条件较较好。好。第3页，本讲稿共22页 伊利石伊利石的性质及水云母形成的粘土

6、层的工程地质条件则界于两者之间。的性质及水云母形成的粘土层的工程地质条件则界于两者之间。土土的的固固体体成成分分中中还还有有有有机机质质。它它们们由由生生物物活活动动或或生生物物残残骸骸分分解解形形成成，其其中中主主要要的的是是泥泥炭炭及及腐腐植植质质。有有机机质质都都是是亲亲水水的的，即即容容易易和和水水互互相相作作用用。有有机机质质的的存存在在，能能增增强强土土的的吸吸水水性性、可可塑塑性性、膨膨胀胀性性、压压缩缩性性，降降低低速速水水性性等等。这这些些性性质质对对工工程程建建筑筑是是不不利利的的。有有机机质质的的含含量量及分散度愈高，对土的性质影响就愈大。及分散度愈高，对土的性质影响就愈

7、大。土中的水土中的水 土土中中水水对对土土的的性性质质影影响响很很大大，特特别别是是粘粘性性土土。一一般般土土中中的的水水可可分分为为结结晶晶水水、结结合水和自由水三种。合水和自由水三种。结结晶晶水水：它它存存在在于于矿矿物物晶晶格格内内部部，构构成成矿矿物物的的一一部部分分。这这种种水水不不移移动动，只只有有在在较较高高的的温温度下才能脱离晶格。如石膏（度下才能脱离晶格。如石膏（CaSOCaSO3 32H2H2 2O O）中的）中的结结晶水晶水；结结合合水水：水水分分子子是是偶偶极极体体，就就是是具具有有电电荷荷相相反反的的两两极极。因因此此，由由于于静静电电吸吸引引作作用用，带带有有电电荷

8、荷的的土土粒粒便便能能吸吸引引水水分分，而而在在颗颗粒粒表表面面形形成成结结合合水水。根根据据结结合合的的牢牢固固程程度，又可以分为强结合水与弱结合水两种；度，又可以分为强结合水与弱结合水两种；自自由由水水：这这部部分分水水处处于于静静电电吸吸引引力力以以外外，它它的的运运动动受受重重力力控控制制，能能传传递递静静水水压压力力。自自由由水水位位于于地地下下水水位位以以上上受受到到毛毛细细管管作作用用的的毛毛细细水水；位位于于地地下下水水位位以以下下的的是是重力水重力水；自由水是毛细水与重力水的总和。自由水是毛细水与重力水的总和。第4页，本讲稿共22页 土中的气体土中的气体 土土中中的的气气体体

9、存存在在于于孔孔隙隙未未被被水水所所占占据据的的地地方方。在在地地下下水水位位以以下下的的土土，一一般般不不含含或或只只含含少少量量气气体体。与与大大气气相相通通的的气气体体，对对土土的的性性质质影影响响不不大大，在在土土受受压压时时，能能很很快快逸逸出出。若若气气体体是是封封闭闭的的气气泡泡，则则受受压压时时不不易易排排出出，就就会会增增加加土土的的弹弹性性与与压压缩缩性性，透水性亦减弱。透水性亦减弱。二、土的物理性质指标二、土的物理性质指标 土土是是由由固固体体、液液体体、气气体体工工部部分分组组成成，一一般般称称三三相相组组成成。土土中中三三相相组组成成的的比比例例关关系系，反反映映着着

10、土土的的物物理理性性质质：干干燥燥或或潮潮湿湿、疏疏松松或或紧紧密密、流流态态或或固固态态、稳稳定定或或不不稳稳定定、承承载载力力的的大大小小等等。这这三三相相组组成成的的比比例例关关系系就就是是土土的的物物理理性性质质指指标标，它它对对评评价价土土的的工工程程地地质质性性质具有重要意义。质具有重要意义。物理物理性质指标性质指标容重：是保持天然结构的土的单位体积重量；容重：是保持天然结构的土的单位体积重量；干容重：指保持天然结构，完全不含水分的土的单位体积重量；干容重：指保持天然结构，完全不含水分的土的单位体积重量；饱和容重：是土中孔隙完全被水充满时土的容重。饱和容重：是土中孔隙完全被水充满时

11、土的容重。比重：比重：土粒的比重是指土粒的重量与其同体积土粒的比重是指土粒的重量与其同体积44时水的重量之比；时水的重量之比；土的比重是计算上的孔隙度、压缩系数的重要指标之一土的比重是计算上的孔隙度、压缩系数的重要指标之一 。含水量：含水量：是土中水的重量与干上重量之比，一般用百分率表示；是土中水的重量与干上重量之比，一般用百分率表示；土的含水量对土的工程地质性质影响很大，尤其是粘性土。土的含水量对土的工程地质性质影响很大，尤其是粘性土。第5页，本讲稿共22页 土的孔隙率、孔隙比、饱和度土的孔隙率、孔隙比、饱和度 孔隙率（或称孔隙度）：土中的孔隙体积与土的总体积之比；孔隙率（或称孔隙度）：土中

12、的孔隙体积与土的总体积之比；孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比，常用小数表示；孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比，常用小数表示；饱和度：主孔隙中水的体积与孔隙体积之比。饱和度：主孔隙中水的体积与孔隙体积之比。表示粘土特征的指标表示粘土特征的指标 液限、塑限和塑性指标液限、塑限和塑性指标 由固态转变为可塑状态时的界限含水量；由固态转变为可塑状态时的界限含水量；由可塑状态转变为流动状态时的界限含水量；由可塑状态转变为流动状态时的界限含水量；液限与塑限的差为塑性指标。液限与塑限的差为塑性指标。液性指标：确定天然状态时土的软硬程度液性指标：确定天然状态时土的软硬程度 坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑。坚硬

13、、硬塑、可塑、软塑和流塑。土的膨胀：粘土层遇水后，其结构内部常引起向外扩张的趋势，致使体积增加。土的膨胀：粘土层遇水后，其结构内部常引起向外扩张的趋势，致使体积增加。第6页，本讲稿共22页 碎土类土碎土类土 粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒含量超过全重的的颗粒含量超过全重的50%50%的土。的土。漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾；漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾；三、土的工程地质分类三、土的工程地质分类 砂类土砂类土 粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的50%50%的土。的土。砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂；砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂；粘性土粘性土 土

14、的粒径很细；土的粒径很细；按工程地质特征分类：按工程地质特征分类：1 1）老老粘粘性性土土：指指第第四四纪纪晚晚更更新新世世（Q Q3 3）及及其其以以前前沉沉积积的的粘粘性性土土，是是压压缩缩性性低低、强强度度高高的的稳稳定定土土层层，良良好的建筑物地基；好的建筑物地基；2 2）一般粘性土：指第四纪全新世（）一般粘性土：指第四纪全新世（Q Q4 4）沉积的粘性土；）沉积的粘性土；3 3）淤泥及淤泥质土：指静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成；）淤泥及淤泥质土：指静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成；4 4）红红粘粘土土：是是碳碳酸酸盐盐类类岩岩石石在在亚亚热热带带潮潮湿湿

15、气气候候条条件件下下，经经风风化化后后残残积积、坡坡积积形形成成的的褐红色（也有棕黄、黄褐色）粘土。在我国云、贵、川等省有广泛分布。褐红色（也有棕黄、黄褐色）粘土。在我国云、贵、川等省有广泛分布。按塑性指数分类：按塑性指数分类：粘性土按塑性指数可分成粘土、亚粘土、轻亚粘土；粘性土按塑性指数可分成粘土、亚粘土、轻亚粘土；第7页，本讲稿共22页第二节第二节 潜蚀与流砂潜蚀与流砂 潜潜蚀蚀的的形形成成主主要要是是地地下下水水流流在在土土体体中中进进行行溶溶滤滤和和冲冲刷刷作作用用的的结结果果。如如果果土土体体内内不不含含有有可可溶溶物物质成分，而地下水流仅将细小从大颗粒间的孔隙中带走的这种现象，常称

16、机械潜蚀。质成分，而地下水流仅将细小从大颗粒间的孔隙中带走的这种现象，常称机械潜蚀。潜蚀作用进一步发展，使土洞顶上土体塌落，地表塌陷，形成漏斗地貌。潜蚀作用进一步发展，使土洞顶上土体塌落，地表塌陷，形成漏斗地貌。防治方法防治方法是设置反滤层。反滤层是保护渗流出口的有效措施，一般设置在下游坝脚附近。是设置反滤层。反滤层是保护渗流出口的有效措施，一般设置在下游坝脚附近。一、潜蚀作用一、潜蚀作用 流流砂砂：松松散散未未胶胶结结的的砂砂土土层层被被水水饱饱和和后后产产生生流流动动的的现现象象。在在井井筒筒施施工工过过程程中中，遇遇到到流流砂砂层层后后，流流砂砂不不断断涌涌入入井井底底，随随挖挖随随长长

17、，轻轻者者增增加加土土方方开开挖挖量量，延延迟迟成成井井时时间间；重重者者引引起起地地面沉陷、地面建筑破坏、井筒偏斜移位后导致井筒产生裂缝。面沉陷、地面建筑破坏、井筒偏斜移位后导致井筒产生裂缝。1 1真真流流砂砂：砂砂类类土土中中含含有有大大量量的的亲亲水水粘粘土土胶胶体体颗颗粒粒，这这些些亲亲水水胶胶体体颗颗粒粒与与水水作作用用并并粘粘附附在在砂砂粒粒周周围围，形形成成一一层层较较厚厚的的薄薄膜膜，这这样样便便降降低低了了砂砂的的比比重重，提提高高了了砂砂粒粒的的悬悬浮浮能能力力，在在不不大大的的水水力力坡坡度度作作用用下下，即即产产生生悬悬浮和流浮和流动动称称为为其流其流砂；砂；2 2假假

18、流流砂砂：由由于于地地下下水水水水力力坡坡度度较较大大，地地下下水水的的流流速速增增加加，从从而而冲冲动动了了细细小小颗颗粒粒的的砂砂而而使使之悬浮、流动，称为假流砂。之悬浮、流动，称为假流砂。二、流砂二、流砂第8页，本讲稿共22页 因因为为流流砂砂的的形形成成主主要要是是砂砂土土与与水水相相互互作作用用所所致致，所所以以判判断断流流砂砂的的方方法法应应该该从从砂土本身的性质和水力坡度大小两方面入手。砂土本身的性质和水力坡度大小两方面入手。产生流砂的条件：产生流砂的条件：1 1容易产生流砂的通常是细砂、粉砂和塑性指数的轻亚粘土；容易产生流砂的通常是细砂、粉砂和塑性指数的轻亚粘土；2 2砂土孔隙

19、度越大，愈易形成流砂；砂土孔隙度越大，愈易形成流砂；3砂土的渗透系数愈小，排水性能愈差时，愈易形成流砂；砂土的渗透系数愈小，排水性能愈差时，愈易形成流砂；4.4.砂土中含有较多的片状矿物，如云母、绿泥石等，易形成流砂；砂土中含有较多的片状矿物，如云母、绿泥石等，易形成流砂；5.5.水力坡度较大，动水压力大于土粒重量时，能使土粒悬浮，形成流砂。水力坡度较大，动水压力大于土粒重量时，能使土粒悬浮，形成流砂。对流沙的治理：对流沙的治理：1.1.用抽水方法进行疏降，以减少地下水的水力坡度；用抽水方法进行疏降，以减少地下水的水力坡度；2.2.改变砂土性质，采用冻结法、硅化法等使砂土固结；改变砂土性质，采

20、用冻结法、硅化法等使砂土固结；3.3.采用特殊方法建井。采用特殊方法建井。第9页，本讲稿共22页第三节第三节 滑坡及斜坡的稳定性滑坡及斜坡的稳定性 滑坡是斜坡岩石或土体沿某一软弱面或软弱带整体地向下滑动。滑坡是斜坡岩石或土体沿某一软弱面或软弱带整体地向下滑动。滑坡一般是缓慢的、长期的、间歇性间歇的，延续时间可有几年、几十年、上百年，甚滑坡一般是缓慢的、长期的、间歇性间歇的，延续时间可有几年、几十年、上百年，甚至时间更长。至时间更长。有的滑坡开始时，很缓慢，但后来滑动速度突然加大，急剧滑落，这种滑坡叫有的滑坡开始时，很缓慢，但后来滑动速度突然加大，急剧滑落，这种滑坡叫“崩塌性崩塌性滑坡滑坡”。一

21、、滑坡的特征一、滑坡的特征 滑坡有其特殊的形态和一定的组成部分；滑坡有其特殊的形态和一定的组成部分；1.滑坡体：斜坡向下滑动的那部分土石体；滑坡体：斜坡向下滑动的那部分土石体；2.滑动面滑动面 3.滑动后壁滑动后壁 4.滑坡台地滑坡台地 5.滑动舌滑动舌 第10页，本讲稿共22页二、滑坡的影响因素二、滑坡的影响因素 1岩性岩性 沉积物和岩石是产生滑坡的物质基础。沉积物和岩石是产生滑坡的物质基础。松松散散的的沉沉积积物物尤尤其其是是粘粘土土与与黄黄土土容容易易发发生生滑滑坡坡，而而坚坚硬硬的的岩岩石石较较难难发发生生滑滑坡坡。基基岩岩处处的的滑滑坡坡常常和和页页岩岩、粘粘土土岩岩、泥泥岩岩、泥泥

22、灰灰岩岩、板板岩岩、千千枚枚岩岩、片片岩岩等等软软弱弱岩岩石石的的存存在在有有关关。当当组组成成斜斜坡坡的的岩岩石石性性质质不不一一，特特别别是是当当上上层层为为松松散散堆堆积层，而下部是坚硬岩石时，则沿两者接触面最易产生滑动。积层，而下部是坚硬岩石时，则沿两者接触面最易产生滑动。2地质构造地质构造 滑坡的发生与地质构造关系密切。滑坡的发生与地质构造关系密切。滑滑动动面面往往往往是是构构造造软软弱弱面面，如如层层面面、断断层层、断断层层破破碎碎带带、节节理理面面、不不整整合合面面等等。另另外外，岩岩石石的的产产状状也也影影响响着着滑滑坡坡的的发发育育。如如果果岩岩石石向向斜斜坡坡内内部部倾倾斜

23、斜，斜斜坡坡比比较较稳稳定定；如如果果岩岩石石的的倾倾斜斜与与斜斜坡坡坡坡向向相相同同，就就有有利利于于滑滑动动发发育育，特特别别是是当倾斜岩石中有含水层存在时，滑坡最易形成。当倾斜岩石中有含水层存在时，滑坡最易形成。3.地形条件地形条件 斜坡的高度、坡度和形态影响到斜坡的稳定性。斜坡的高度、坡度和形态影响到斜坡的稳定性。高而陡峻的斜坡较不稳定，因为地形上的有效临空面提供了滑动的空间。是滑坡形成的重要条件。高而陡峻的斜坡较不稳定，因为地形上的有效临空面提供了滑动的空间。是滑坡形成的重要条件。4.气气候候要要素素 丰丰富富的的雨雨水水或或融融雪雪水水，可可润润湿湿斜斜坡坡上上的的土土岩岩，导导致

24、致滑滑坡坡的的形形成成，故故雨雨后后常产生滑坡的现象。常产生滑坡的现象。5.震震动动、地地震震、大大爆爆炸炸和和各各种种机机械械震震动动常常诱诱发发滑滑坡坡，因因为为地地面面震震动动不不仅仅增增加加了了土土体体下下滑滑力力，而而且且破破坏了土体的内部结构。坏了土体的内部结构。此此外外，人人工工切切坡坡，开开挖挖渠渠道道，露露采采矿矿坑坑等等人人类类的的工工程程活活动动，如如设设计计施施工工不不当当，也也可可破破坏坏斜斜坡坡的的平平衡衡而而引引起滑坡。起滑坡。第11页，本讲稿共22页三、滑坡的分类三、滑坡的分类 据滑坡的滑动面的特征和岩性组成。据滑坡的滑动面的特征和岩性组成。覆盖性滑坡覆盖性滑坡

25、 粘土性滑坡粘土性滑坡 黄土滑坡黄土滑坡 碎石土滑坡碎石土滑坡 基岩滑坡基岩滑坡 顺层滑坡顺层滑坡 切层滑坡切层滑坡第12页，本讲稿共22页第13页，本讲稿共22页四、滑坡的防治四、滑坡的防治 滑坡的预防滑坡的预防 加强工程地质勘察工作；加强工程地质勘察工作；对于具备滑坡形成条件的边坡或存在古滑坡的地段，不宜选作建筑场地；对于具备滑坡形成条件的边坡或存在古滑坡的地段，不宜选作建筑场地；在施工中，尽量避免大挖大填，不要任意切割坡度，破坏坡角；在施工中，尽量避免大挖大填，不要任意切割坡度，破坏坡角；施工前注意建筑场地的排水各种，防止各种水源的渗入地下；施工前注意建筑场地的排水各种，防止各种水源的渗

26、入地下；滑坡的治理滑坡的治理 排水：排除滑坡范围内的地表水和地下水；排水：排除滑坡范围内的地表水和地下水；支挡：修筑挡土墙、设置阻滑桩；支挡：修筑挡土墙、设置阻滑桩；减重：将滑坡体上的坡度削缓，增加稳定性；减重：将滑坡体上的坡度削缓，增加稳定性；护坡：保护斜坡的坡角；护坡：保护斜坡的坡角；五、五、岩体结构与岩体稳定岩体结构与岩体稳定性性 岩体结构岩体结构 由由于于岩岩体体经经受受了了长长期期的的地地质质构构造造运运动动和和不不同同形形式式的的外外力力作作用用，岩岩体体的的完完整整性性破破坏坏了了，被被许许多多不不同同性性质质的的结结构构面面切切割割成成各各式式各各样样的的结结构构体体，构构成成

27、了了不不同同类类型型的的岩岩体体结结构构,包包括括两方面要素：结构面与结构体。两方面要素：结构面与结构体。第14页，本讲稿共22页 1.1.结结构面：构面：岩体中一切分割面均称岩体中一切分割面均称为结为结构面。构面。结结构面的构面的类类型很多，煤型很多，煤矿矿中常中常见见的有如下三种：的有如下三种：1 1）沉沉积积结结构构面面：这这类类结结构构面面是是沉沉积积岩岩层层在在沉沉积积、成成岩岩过过程程中中形形成成的的，包包括括层层理理、层层面面、不不整整台面、像整合面、原生台面、像整合面、原生软软弱弱夹层夹层等。等。2 2）构构造造结结构构面面：受受构构造造应应力力作作用用在在岩岩体体中中所所产产

28、生生的的破破裂裂面面或或破破碎碎带带，包包括括节节理理、断断层层、层间错动层间错动面等。面等。3 3）次生）次生结结构面：构面：由于岩体受由于岩体受风风化、地下水等次生作用形成的化、地下水等次生作用形成的结结构面构面为为次生次生结结构面，构面，如风化裂隙等。如风化裂隙等。对对结结构构面面的的研研究究，主主要要抓抓住住结结构构面面的的物物质质组组成成、面面的的特特征征、密密集集程程度度与与延延展展情情况况。一一个个矿矿区区或或一一个个来来区区有有各各种种类类型型的的结结构构面面，必必须须依依据据巷巷道道的的位位置置、结结构构面面与与巷巷道道的的关关系系，找找出控制性的主要结构面，作为稳定分析的基

29、础。出控制性的主要结构面，作为稳定分析的基础。2 2结结构体：构体：岩体受岩体受结结构面切割形成不同形状的构面切割形成不同形状的块块体称体称结结构体。构体。煤煤矿矿中常中常见见的的结结构体的形式有构体的形式有块块状、菱形、板状、碎状、菱形、板状、碎块块状状;也可形成也可形成鳞鳞片状、碎屑状等。片状、碎屑状等。结结构体形式的划分与岩体构体形式的划分与岩体稳稳定定评评价很有关系，三方面的因素：价很有关系，三方面的因素：不同形式的不同形式的结结构体，构体，稳稳定程度不同。定程度不同。板状板状结结构体比构体比块块状的差，碎状的差，碎块块状比板状差，而状比板状差，而鳞鳞片状、碎屑状最不片状、碎屑状最不稳

30、稳定；定；结结构体的构体的产产状不同，状不同，稳稳定程度不同。定程度不同。结结构体在巷道岩体中构体在巷道岩体中的受力方向，对稳定性亦有很大影响。的受力方向，对稳定性亦有很大影响。第15页，本讲稿共22页 3.3.岩体岩体结结构构类类型：型：工工程程实实践践经经验验表表明明，大大部部分分岩岩体体在在外外力力作作用用下下的的破破坏坏过过程程，主主要要是是结结构构体体沿沿结结构构面面的的剪剪切切滑滑移移、拉拉开，以及整体的累开，以及整体的累积变积变形而破坏。形而破坏。所所以以，岩岩体体的的稳稳定定性性主主要要取取决决于于结结构构面面的的性性质质和和结结构构体体的的立立体体形形式式。不不同同的的结结构

31、构面面和和结结构构体体的立体形式的立体形式组组成了成了各种岩体结构，不同的岩体结构其稳定性亦不相同。各种岩体结构，不同的岩体结构其稳定性亦不相同。第16页，本讲稿共22页 岩石的力学性质岩石的力学性质 岩石的抗压强度岩石的抗压强度岩石在垂直压力作用下抵抗破坏的能力。岩石在垂直压力作用下抵抗破坏的能力。岩石抗岩石抗压压强强度与岩石性度与岩石性质质有如下有如下规规律：律：1 1岩石的抗岩石的抗压压强强度越高，度越高，坚坚固性越好；固性越好；2 2干燥的岩石抗干燥的岩石抗压压强强度高，度高，饱饱和的岩石常由于和的岩石常由于软软化，因而抗化，因而抗压压强强度度较较低；低；3 3岩石天然容重越小，岩石的

32、抗岩石天然容重越小，岩石的抗压压强强度越低，度越低，这说这说明孔隙明孔隙对对岩石岩石强强度的影响；度的影响；4 4新新鲜鲜岩石抗岩石抗压压强强度高，度高，风风化岩石抗化岩石抗压压强强度低；度低；5 5压压力垂直力垂直层层理或片理的抗理或片理的抗压压强强度高，平行度高，平行层层理或片理的低；理或片理的低；6无裂隙的岩石抗压强度高，裂隙发育的岩石抗压强度低。无裂隙的岩石抗压强度高，裂隙发育的岩石抗压强度低。岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度岩石抵抗剪切破坏的最大能力；岩石抵抗剪切破坏的最大能力；岩石的抗拉强度岩石的抗拉强度岩石的抗折强度岩石的抗折强度第17页，本讲稿共22页 岩体岩体稳稳定性定性 岩体岩

33、体稳稳定性定性研究岩体在研究岩体在应应力作用下的力作用下的变变形破坏特性，即研究力和介形破坏特性，即研究力和介质质相互相互作用结果。作用结果。岩石的裂隙性岩石的裂隙性 岩岩石石裂裂隙隙破破坏坏了了岩岩石石的的整整体体性性，降降低低岩岩石石的的力力学学强强度度和和稳稳定定性性，增增加加了了透透水水性性，对对地地下下工工程程影影响响较较大大，必必须须注注意意研研究究；对对裂裂隙隙的的研研究究主主要要包包括括裂裂隙隙发发育育程程度度、分分布布规规律律、主主要要裂裂隙隙系系统统的的产产状状、裂裂隙隙的的大大小和性质以及裂隙的充填情况；小和性质以及裂隙的充填情况；如裂隙玫瑰花图研究如裂隙玫瑰花图研究 岩

34、体岩体受力状态受力状态 岩体内部的受力状态，主要指：地应力、巷道围岩压力和矿压；岩体内部的受力状态，主要指：地应力、巷道围岩压力和矿压；地应力：地应力：包括山体岩石自重力和构造应力；包括山体岩石自重力和构造应力；第18页，本讲稿共22页 岩体变形类型岩体变形类型近弹性变形：近弹性变形：应力与应变接近直线关系，岩体结构大都呈块状；应力与应变接近直线关系，岩体结构大都呈块状；匀一完整，结构面呈闭合状，软弱结构面不发育；匀一完整，结构面呈闭合状，软弱结构面不发育；岩石变形或强度受岩性控制，因而接近于弹性体、岩石变形或强度受岩性控制，因而接近于弹性体、强度较高，岩体稳定性好。强度较高，岩体稳定性好。塑

35、性变形：塑性变形：当压力很小时，应力与应变也近直线关系，随着当压力很小时，应力与应变也近直线关系，随着 应力增加，变形值增大，当应力超过一定限度，应力增加，变形值增大，当应力超过一定限度，虽应力增加很小，但应变仍然急剧增大。虽应力增加很小，但应变仍然急剧增大。当在塑性岩体中施工，容易产生边墙内鼓、底鼓，当在塑性岩体中施工，容易产生边墙内鼓、底鼓，地压显著增大，巷道破坏严重等；地压显著增大，巷道破坏严重等；弹塑性变形：弹塑性变形：介于上述两者之间；介于上述两者之间；巷道围岩压力：巷道围岩压力：在岩体中开挖巷道后，围岩中应力重新分布，形成应力集中状态；在岩体中开挖巷道后，围岩中应力重新分布，形成应

36、力集中状态；矿压：矿压：巷道围岩在集中应力作用下，产生塑性破坏或剪切滑动，并作用于工程支护或衬砌上的力；巷道围岩在集中应力作用下，产生塑性破坏或剪切滑动，并作用于工程支护或衬砌上的力；巷巷道道围围岩岩应应力力来来源源于于地地应应力力，但但又又决决定定于于洞洞体体规规模模、形形态态；而而矿矿压压来来源源于于巷巷道道围围岩岩应应力力，但但巷巷道道围围岩岩应应力力转化为矿压，要通过岩体的变形破坏来实现；转化为矿压，要通过岩体的变形破坏来实现；第19页，本讲稿共22页第四节第四节 地下巷道稳定性简介地下巷道稳定性简介v 围岩松动圈：围岩松动圈：当当围围岩岩应应力未超力未超过过岩体岩体强强度之前岩体以度

37、之前岩体以弹弹性性变变形形为为主主；当当应应力已超力已超过过岩体岩体强强度度时时，则则塑性塑性变变形十分明形十分明显显，发发生破碎、生破碎、拉裂和剪破。拉裂和剪破。当当应应力增高力增高值值达到或超达到或超过围过围岩岩强强度度时时，围围岩岩进进入塑性入塑性变变形状形状态态，在在硐硐壁壁附近产生裂隙，破坏松胀，因而应力释放、降低，出现附近产生裂隙，破坏松胀，因而应力释放、降低，出现 应力降低区或应力降低区或“松动圈松动圈”；v 围岩的悬垂与坍落、突出与滑塌、鼓胀与隆破：围岩的悬垂与坍落、突出与滑塌、鼓胀与隆破：顶顶围悬围悬垂与塌落垂与塌落：硐硐室开挖室开挖时时，顶顶壁壁围围岩岩瞬时瞬时完成的完成的

38、弹弹性性变变形外，形外，还还可由塑性可由塑性变形及其它原因而继续变形，使顶壁轮廓发生明显改变，变形及其它原因而继续变形，使顶壁轮廓发生明显改变，继续发展，脱落而终至形成坍落；继续发展，脱落而终至形成坍落；侧围突出与滑塌：侧围突出与滑塌：底底围围鼓鼓胀胀与隆破与隆破：巷道：巷道开挖开挖时时，常，常见见有底有底围围岩向上鼓岩向上鼓胀胀；但不失其；但不失其 完整性。开挖后，底完整性。开挖后，底围总围总是或大或小、或是或大或小、或隐隐或或显显地地发发生鼓生鼓胀现胀现象，象，当当进进一步一步发发展，展，底围便被破坏，失去完整性，甚至堵塞全部空间，底围便被破坏，失去完整性，甚至堵塞全部空间，形成隆破。形成

39、隆破。v 围岩破坏导致的地面沉降围岩破坏导致的地面沉降 第20页，本讲稿共22页本章结束第21页，本讲稿共22页 强结合水强结合水又叫吸着水；又叫吸着水；直直接接位位于于土土粒粒表表面面，厚厚度度约约为为几几个个至至上上百百个个水水分分子子层层。这这层层水水受受到到近近万万个个大大气气压压的的吸吸力力，故故与与普普通通水水截截然然不不同同。它它不不受受重重力力影影响响，只只有有加加热热到到105105转转变变为为气气态态时时才才能移动。能移动。当砂性土只含有吸着水时，具有散粒状态；当砂性土只含有吸着水时，具有散粒状态；粘粘性性土土只只含含吸吸着着水水时时，为为密密实实而而且且坚坚硬硬的的固体，磨碎后即成为粉末。固体，磨碎后即成为粉末。弱结合水弱结合水又叫薄膜水；又叫薄膜水；位位于于强强结结合合水水以以外外，占占水水膜膜的的主主要要部部分分。它它所所受受的的吸吸力力较较小小，整整个个来来说说这这部部分分水水呈呈粘粘滞滞状状态态，可可由由水水膜膜厚厚的的地地方方向向水水膜膜薄薄的的地地方方移移动，但仍不受重力影响。动，但仍不受重力影响。含含弱弱结结合合水水的的粘粘性性上上呈呈现现塑塑性性，随随着着含含水水量量的的增增加加，水水膜膜增增厚厚，主主体体逐逐渐渐转转为为流流动动状态。状态。第22页，本讲稿共22页