软弱夹层对深部地下洞室围岩损伤模式的影响_李连崇
软弱夹层对隧道围岩稳定性影响规律研究_石少帅
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（ 1． 山东大学 岩土与结构工程研究中心 ， 济南 250061 ； 2． 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室 ， 江苏 徐州 221008 ） 摘 要： 宜巴高速公路石门垭隧道具有地质条件复杂、 围岩软硬交替、 高地应力等特点， 施
工过程中常发生围岩层状剥落、 侧墙滑塌等现 象， 严 重 威胁 隧 道 施工 安全。 为确 保 施工 安全，
图2 软弱夹层倾角及位置示意图
Fig． 2 Diagram of the dip angle and position of weak interlayer
层单元进行单独赋值处理， 从而显著区别其周围的 岩体， 以达到对软弱夹层模拟的目的。 Interface 命 令则是通过对分界面两侧的容重、 内摩擦角、 粘聚 力、 体积模量、 剪切模量及分界面的法向刚度和切 向刚度等参数进行设置， 对岩体内的软弱夹层进行 模拟。与 Interface 命令相比， 参数弱化法可有效抑 制网格变形， 并保持两侧岩体的连续性， 更适合软 ［16 ， 17 ］ 。 弱夹层的模拟
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地下空间与工程学报
第9 卷
45 ° 时， 拱顶点位于软弱夹层内， 拱顶下沉量随倾角 θ 增大而增大。 （ 3 ） 当处于 C 、 D 位置时， 拱顶点均位于坚硬岩 层中， 倾角 θ 对拱顶下沉值基本无影响， 当 θ = 75 ° 时， 拱顶点距软弱夹层较近， 拱顶下沉值略大。 综上所述： 当软弱夹层处于 A 位置且 θ = 45° 时， 拱顶下沉量最大； 当软弱夹层处于 A 位置， 或 者处于 B 位置且 θ ＞ 45° 时， 拱顶点位于软弱夹层 内， 拱顶下沉值较大， 软弱夹层的存在对拱顶下沉
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0416 （ 修改稿） 收稿日期： 2013）， 作者简介： 石少帅（ 1987男， 山东济南人， 博士研究生。 主要从事地下工程地质灾害预测预警与控制研究方面的 mail： sss_sdu@ 163． com 工作。E）， 通讯作者： 李术才（ 1965男， 河北涞水人， 博士， 教授， 博士生导师， 主要从事裂隙岩体断裂损伤 、 地质灾害超前预 。 Email ： lishucai@ sdu． edu． cn 报与防治等方面的教学与研究工作 基金项目： 国家重点基础研究发展计划（ 973 ） 项目（ No． 2013CB036000 ） ； 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国 家重点实验室开放基金项目（ No． SKLGDUEK1105 ） ； 山东大学研究生自主创新基金资助项目（ yzc12137 ）
深部硐室围岩破坏原因与稳定性控制技术
剧， 硐室支护的难度和破坏程度不断增加 ， 采用传统
的浅部 硐室 支护 理论 及形 式 已经 难 以保 证 大 断 面泵 房 硐室 在服 务年 限 内 围岩稳 定性 要求 ¨ 。研 究深 部 Ｊ
室围岩破碎 、 节理裂隙发育 、 强度降低 ， 同时存在较
强 的构造 应力 、 胀应 力 和工 程偏 应力 ， 些 因素加 膨 这 大 了 ２ ０扩 容泵 房硐 室 围岩稳 定性 的控制难 度 。 ３
２１ 年 １ 月 ０ ２ １
矿 业 安 全 与 环 保
第 ３ 卷第 ６ ８ 期
深 ￣ ］ 室 围 岩 破 坏 原 因 与 稳 定 性 控 制 技 术 ．ｉ ｉＨ ｌ
李来源 ， 惠立 ， 夕合 林 魏
（． １ 淄博 矿业集 团有限责任公 司 葛亭煤矿 ， 山东 济宁 ２２ ０ ２ 山东科技 大学 资 源与环境 工程 学院， 东 青岛 ２６ １ ７ １０； ． 山 ６ ５０； ３ 煤炭科 学研 究总院， ． 北京 １０ １ ） ００ ３
收稿 日期 ：０ １ ０ — ０ ２ １ — ６ １ 基金项 目： 国家 自然科 学基金项 目（０ ７ ０ ０ ５ ８４ ７ ）
１ 深部高应力 。 ３ 扩容泵房埋深ຫໍສະໝຸດ （ ７０ｍ ， ） ２０ 一７ ）
同时存在较 强 的构 造 应力 、 膨胀 应 力 和工 程 偏应 力 ， 揭 露 的煤 岩组 、 泥岩 组 和 砂 岩组 都 处 于 临 界深 度 以 下 ， 入非线 性 大变 形状 态 ， 室 围岩稳 定 性 控制 难 进 硐 度 系数较高 。高地 应 力是 深 部 大断 面硐 室 变形 破 坏
因素 主要有 ：
１ 工程 概 况
葛亭煤矿 ３０采区与 ２ ０ 区分别在 向斜构造 ３ ３采 的两翼 ， ０采 区扩容泵房立体交叉 硐室群位 于 向 ２ ３ 斜轴部 ， 井下标高一 ７ ７０ｍ左右。硐室掘进穿越砂岩 组 、 岩 组和煤 体 岩组 ， 过理 论计 算 和 工程 经 验 确 泥 通 定 各 工程 岩 组 的 上 临 界 深 度 Ｊ砂 岩 组 ７０ｍ， ： ０ 泥 岩组 ５０ｍ， ０ 煤体岩组 ６ ０ｍ ０ 。因此 ， ０ ２ 扩容泵房硐 ３
软弱夹层引起围岩系统强度变化的试验研究
第 31 卷 2009 年第5期 5月岩土工程学报Chinese Journal of Geotechnical EngineeringVol.31 No.5 May 2009软弱夹层引起围岩系统强度变化的试验研究郭富利 ，张顶立 ，苏1 1洁 ，牛晓凯12(1.北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044，2.北京市市政工程研究院，北京 100037)摘要：堡镇隧道地质条件复杂，埋深大且地应力高，地下水丰富，岩体软弱破碎，隧道自稳能力差，存在顺层偏压。
围岩变形具有“变形速度快、变形量大且破坏严重、持续时间长”的基本特征，同时又表现出时间上和空间上不均匀、 不对称等诸多特性。
通过对隧道左线出口段围岩变形量测资料和掌子面地质素描的比较分析后发现，掌子面有软弱夹 层沿洞室径向分布时，其变形破坏程度较相邻段同类围岩严重得多，不同夹层厚度对围岩变形的影响程度也不同。
因 此，依据堡镇隧道开挖以来变形破坏程度最严重的高地应力炭质页岩段软弱夹层和围岩的典型组合结构，设计了不同 厚度软弱夹层的三轴试验方案，进行了含软弱夹层围岩的室内三轴试验研究和三轴力学性质测试，描述了软弱夹层厚 度为 2.5 cm 和围压为 4 MPa 时的全应力–应变曲线特征，探讨了系统强度变化规律，分析了围压和夹层厚度对系统强 度变化的作用机理及特点。
关键词：软弱夹层；高地应力；大变形机理；围岩稳定性；岩石试验 中图分类号：TU458 guofulil@。
文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2009)05–0720–07 作者简介：郭富利(1976– )，男，内蒙古丰镇人，博士研究生，主要从事岩石力学试验研究方面的工作。
E-mail:Change of strength of surrounding rock system induced by weak interlayerGUO Fu-li1, ZHANG Ding-li1, SU Jie1, NIU Xiao-kai2(1. Tunnel and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. Beijing Municipal Engineering Research Institute, Beijing 100037, China )Abstract: Baozhen tunnel is the only soft rock tunnel and the key project of Yichang-wanzhou Railway. The complex geological environments, such as high earth stress, deep-buried rock mass, rich groundwater, very weak and cracked rock masses and bias pressure along the rock seam, make the self-stability of the tunnel unfavorable. During construction, intense deformation and serious failure happened. Many serious failures happened due to large deformation, for example, roof subsidence, wall crushing, shotcrete flaking, s-shape twisted steel support, broken lining, floor upheaval, invert crazing and lots of cracks distributed everywhere. The monitoring data show that deformation is rapid with long duration, and at the same time, the deformation presents asymmetric and uneven features. For either sandy shale whose strength is higher or macker whose strength is lower, by comparing and analyzing the monitoring data of surrounding rock and the geologic sketch of work face, the weak interlayer is thought to be the key cause of induced intense deformation and serious failure. So according to the typical composite structure between weak interlayer and surrounding rock in the heaviest deforming section, the rock strength tests on surrounding rock contained weak interlayer are executed, the stress-strain complete procedure curves are described (the thickness of weak interlayer is 2.5 centimeters and confining pressure is 4 MPa), and their variation rules of system strength with both the confining pressure and the thickness of weak interlayer are analyzed. In addition, the mechanics and features, including the effect of both the confining pressure and the thickness of weak interlayer on strength, are studied. Key words: weak interlayer; high earth stress; mechanics of large deformation; surrounding rock stability; rock test0引言随着我国铁路事业的迅猛发展，修建山岭隧道的 技术比过去有了长足的进步，其长大、深埋的特点日 趋明显，而山区地质构造和岩性较为复杂，隧道、洞 室的开挖往往不得不穿越各种不良地质，软弱夹层就是其中之一。
深部高应力硐室群围岩应力分布及破坏特征模拟研究
深部高应力硐室群围岩应力分布及破坏特征模拟研究李昌儒;吴拥政;褚晓威;石垚;谢俊【摘要】以潞安集团李村煤矿为研究背景,在地质力学测试的基础上,采用FLAC3D 软件对深部高应力条件下硐室群的开挖进行数值模拟研究,分析围岩应力分布和破坏特征.结果表明:硐室群的开挖及相互扰动引起围岩应力集中和变形破坏,最终使得围岩局部失稳,处于亚稳定状态;煤岩体强度提高后,开挖造成的应力集中范围缩小,有效减弱各硐室之间的相互扰动,有利于维护硐室群的稳定性.现场试验表明采用合理的支护及加固技术能有效解决围岩变形控制的难题.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2019(024)001【总页数】6页(P62-66,85)【关键词】深部高应力;硐室群;应力分布;数值模拟【作者】李昌儒;吴拥政;褚晓威;石垚;谢俊【作者单位】煤炭科学研究总院开采研究分院,北京100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;煤炭科学研究总院开采研究分院,北京100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;煤炭科学研究总院开采研究分院,北京100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;煤炭科学研究总院开采研究分院,北京100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;山西潞安环能股份有限公司五阳煤矿,山西长治046205【正文语种】中文【中图分类】TD325煤矿井下硐室群普遍具有以下特点：断面尺寸大、长度短、间距小、服务时间长、巷道结构复杂等[1]。
随着矿井开采深度不断加深，硐室群所处位置的原岩应力水平也不断提高，应力水平高和软弱围岩的矛盾日益突出，当硐室群处于陷落柱、断层带等复杂地质条件时，围岩更易发生破坏，产生大规模变形，使其有效支护变得更加困难[2-5]。
因此，合理有效地控制围岩变形与破坏，保持硐室群的长期稳定，成为矿井建设与安全生产的一大难题。
国内学者关于硐室群稳定性方面做了大量的研究工作，康红普等[6-7]采用现场试验与测试、理论分析与数值模拟相结合的方法，对潞安集团屯留矿松软破碎井筒、车场硐室群围岩应力分布及破坏机理进行分析，提出了井下高压深孔注浆配合强力锚杆、锚索进行支护的综合加固技术，在现场得到成功应用，保证了围岩的长期稳定性。
石英砂岩软弱夹层的发育规律及其对洞室围岩稳定性的影响
１ 引
言
很 大 。以下 总结归 纳 了工程 区石英 砂 岩 中软弱 夹层 的 发 育规律 及其 对洞 室 围岩稳 定性 的影 响 ，并提 出采 取
有 针对性 的处 理措 施 。
辽宁省大伙房水库输水工程工程区广布上元古界 青 白口系永宁组沉积地层 ，为洞线穿越 的主要地层之
Ｌ ｉ－ｉｇ Ｉ ｉ －ｕ ｎ ，ＬＮ Ｃ ａ ｇ ｉ Ｉ ｕｐｎ ，Ｌ ａ ｇ ａ ｇ Ｉ ｈ ｎ －ｅ Ｊ Ｘ ｏ ｊ
（ ｉ ｎｎ ｕ ｚｏ ｇＷａ ｒ ｕ ｐｙＣ ． ｔ． ｈｎａｇ １０７ ，Ｌａｎｎ ，Ｃ ｉ ） Ｌａ ｉｇＲ ｎｈｎ ｔ ｐ ｌ ｏ，Ｌｄ，Ｓ ｅｙｎ １９ ｉ ｉｇ ｈｎ ｏ ｅＳ １ ｏ ａ
ｈ ｕ ｒ ｕ ｄ ｎ ｏ ｋ ｏ ｈ ｕ ｎ ｌ ｃ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｅ ｅｎ，ａ ｄ ｔ ｅ ｅｒ ｌ ｔｄ ｔ ａ ｍｅ ｔ ａ ｕ ｅ ｒ ｕ ｒ ｒ ｓｗ ｌ，Ｓ ｓ ｔ ｅ ｓ ｒｏ ｎ ｉ ｇ ｒ ｃ ｆｔ ｅ ｔｎ ｅ ｒ ｕ ａ ｒｚ ｄ ｈ ｒ ｉ ｎ ｎ ｔ ｅａ ｅ ｅ ｔ ｎ ｈ ｈ ｒ ｍｅ ｓ ｒ ｓａ ｅ ｐ ｔ ｗａｄ ａ ｅｌ Ｏ ａ ｏ ｆ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｏ ｉ ｅ ｔ ｈ ｎ ｉｅ ｒ ｇｐ ａ ｔ ｅ ｏ ｅｔ ｎ ｅｉ ｇ ｉ ｈ ｏ ｅ ｏ ｉ ｃ ｒ ｎ ｔ ｒｔｅ ｃ ｎ ｔ ｃ ｏ ｆ ｈ ｔｒｃ ｎ ｓ ｒ ｃ ：Ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗｉ ｔ ｅｅ ｇｎ ｅ ｉ ｒ ｃｉ ｆ ｈ ｕ ｎ ｌ ｔ ｅｚ ｎ ｆｓ ｉａ ｅ ｉ ｆ ｏ ｓｒ ｔ ｎ ｏ ｅｗａｅ ｏ － ｈ ｎ ｃ ｔ ｎ ｎ ｌ ｅｏ ｈ ｕｉ ｔ
Ｄｅ ｅ ｏ ｉ ｇ ｌ ｗ ｆｗｅ ｋ ｓ ｃ ｒ ｎ ｔ ｔ ｒ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｅ ｔｏ ｖ ｌ ｐ ｎ ａ ｏ ｓ ｉ ａ ｅ ｉｅ ｉ ｅ ｃ ｌ ｔ ｎ ｆ ｃ ｎ Ｕ ｎ ｏ
课后习题答案_重庆大学_工程地质_试卷答案
思考题及答案第1章【1】工程地质问题包括哪几个方面？答：工程地质问题主要包括地质灾害问题，区域稳定性问题，地基沉降变形问题，地基、斜坡或洞室围岩的稳定性问题，渗漏问题等问题。
【2】工程地质学的定义。
答：工程地质学广义的讲是研究地质环境及其保护和利用的科学。
狭义的讲是将地质学的原理运用于解决与工程建设有关的地质问题的一门学科，是岩土工程的重要组成部分。
【3】工程地质学的研究对象是什么？答：工程地质学的研究对象是工程地质条件与人类的工程建筑活动的矛盾。
【4】工程地质条件有哪些？答：工程地质条件是与人类活动有关的各种地质要素的综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质结构与构造、水文地质条件、不良地质作用、以及天然建筑材料等六大方面，是一个综合概念。
【5】工程地质学的研究内容包括什么？答：工程地质学研究内容主要包括地球与地貌、岩石与岩体、岩体的地质构造、第四纪堆积物与土的工程性状、地表水与地下水性质、不良地质现象及防治对策和岩土工程地质勘察等内容。
【6】工程地质学的分析方法有哪些？答：工程地质学常用分析方法包括自然地质历史分析法，工程地质建模与计算，工程地质实验与现场试验，工程类比法。
上述4种方法往往是结合在一起的，综合应用才能事半功倍。
第2章[1] 地球的内圈和外圈各分为哪三圈？各圈层的性质如何？各有哪些特点？答：地球的外部层圈有大气圈、水圈和生物圈。
地球的内部层圈包括地壳、地幔和地核。
地壳是莫霍面以上的地球表层。
地壳厚度是变化的，地壳物质的密度一般为2.6-2.9g/cm3，其上部密度较小，向下密度增大。
地壳通常为固态岩石所组成，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩三大岩类。
地幔是位于莫霍面之下，古登堡面之上。
体积约占内圈总体积的80％，质量约占内圈总质量的67.8％，主要由固态物质组成。
地核是地球内部古登堡面至地心的部分，其体积占地球总体积的16.2％，质量却占地球总质量的31.3％，地核的密度达9.98-12.5 g/cm3。
软弱夹层不同分布部位对隧道支护结构的影响
其 中右拱脚压应力最小 为 Ｙ ４ Ｋ ２＋１０ 其 值为 １ ． Ｐ 。这说 明 ， ６， ８７ｋ ａ
在同一个监测 断面 中， 有软 弱夹层 的压 力 ， 比其 他位 置 的压应 力 要大 ， 时甚 至会大很多 。 有
ｄ 综合 ５个断面 的监测数据对 比分析 ， 以看 出， Ｋ ２＋１０ ． 可 Ｙ４ ２ 断面 的压应力 ， 比其 他桩 号 的压应力 都要 大 ， 而且 ， 数据 上看 ， 从
第３ ８卷 第 ３期
・
１２・ ８
２０１２年 １月
山 西 建 筑
Ｓ ＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ Ｈ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖ １３ ． ｏ ． ８ Ｎｏ ３ Ｊ ｎ ２ １ ａ． ０２
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （ ０ ２ ０ — １２ ０ １０ —８ ５ ２ １ ） ３ ０ ８ —３
法的注意事项 。
关键 词 ： 岗岩 ， 花 软弱 夹层 ， 支护结构
中 图 分 类 号 ： ４２ ２ Ｕ ５ ． 文 献 标 识码 ： Ａ
０ 引言
由于结 构面对隧道和地下工程影 响 的重要 性 ， 目前对 结构 面
使得 围岩 向洞 内偏移 产生挤 压 ， 和相 关理论 是符 合 的 ； 由于 在 但 左拱腰上部有 软弱夹层的存在 ， 隧道周边压 力值大 小是不一 致 沿
２ 监控量 测
项 目包括 喷射混凝土应力和锚杆轴力 。
监测里程 为 Ｙ ４ ０ ０～Ｙ ４ Ｋ ２＋ ８ Ｋ ２＋１０ 为三级 围岩隧 道 ； ６， 监测 这和前面拱顶沉 降的监测结果基本上是一致 的。
１ 图 ２为 喷射 混 凝 土应 力 随时 间变 化 的 曲线 图 ห้องสมุดไป่ตู้ ） 只列 举
的研究也 １趋增 多。Ｂｅｉ ｓｉ １７ ） ３ ｉ ａ ｋ（９ ６ 在节理岩体 的岩石分类 中， ｎｗ 分析 了节理走 向和倾角对隧道稳定 程度 的影 响 ， 仅 限于走 向与 但 隧道轴 线垂 直和平行两种情况下节 理倾角对 稳定维 护 的影 响 ， 未 分析处 于两者之间的斜交情形 ； 蒋爵光 （９ ２ 探讨 了在不 同构 造 １８ ）
基于岩石长期强度特征的岩质边坡时效变形过程分析_李连崇
在工程边坡长期稳定性预测中，考虑岩土体的流 变效应，使问题变得更加复杂。具体表现在两个方面： ①在机理上边坡稳定性分析的黏性模型比非时效模型 力学更为复杂；②为了合理的描述岩土体的流变效应， 力学模型选择和物理力学参数的不确定性更大[10]。因 此，基于岩石长期强度特征的边坡时效变形分析方法， 被广泛应用于边坡的中长期稳定性预报研究中[3, 11-13]。 岩石长期强度是流变力学特性的一个重要力学指 标。长期强度是指岩石强度随时间而持续有限降低， 并逐渐趋近于一个稳定收敛的低限定值[1]。文献[5]结 合蠕变实验，说明了岩石长期强度的概念，认为存在 一个临界强度 fc， 当载荷小于 fc 时， 变形为稳定蠕变；
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岩
土
工
程
学
报
2014 年
开拓时的前三级台阶，地质构造发育，受风化作用极 为强烈，在开拓过程的几个月内，相继出现多处典型 的楔形、圆弧形滑坡现象，严重阻碍了后续的工程进 度。软弱结构面及软岩层的强度低、变形量大，其流 变力学属性直接影响着岩石工程的长期持续稳定性， 其强度会随时间逐渐降低[3-4]，具有明显的长期强度。 长期强度是指岩体或结构面在长期的应力场或变形场 作用下能保持岩体稳定的最大应力，即在这一应力值 时，材料处于临界状态。文献[5，6]从理论及实验的 角度研究了岩石的长期强度特征。工程边坡，特别是 岩质工程边坡，多由完整岩块和结构面组成，边坡的 稳定性取决于结构面区域岩体的长期强度特性[7]，所 以如何更为准确的描述软弱岩层的时效变形与破坏特 征，对于边坡工程运行期的安全至关重要[8-9]。 本文即从岩石长期强度演化的角度出发，尝试利 用数值计算方法研究含软弱结构面边坡的时效变形与 破坏特征，渴望对岩质边坡的长期稳定性分析提供些 许参考。
软弱夹层厚度对隧洞围岩的影响探讨
软弱夹层厚度对隧洞围岩的影响探讨1 引言隧洞等地下工程在选址设计建设时应尽量避开软弱夹层，但是有时由于复杂的地质环境和工程建设的一些特殊要求，不可避免地要穿越含软弱夹层岩体。
文献[1]通过相似模型试验研究分析了破碎带或软弱夹层对岩石隧洞长期稳定性的影响，并与数值模拟结果作了对比分析；文献[2]对软弱夹层影响下地下洞室的围岩损伤演化过程进行了模拟分析，重点研究了软弱夹层的分布位置、围岩压力大小对围岩损伤演化模式的影响。
本文从岩石材料的强度、弹模等内在物理力学性质随时间劣化及岩石内部细观损伤积累等观点出发，在细观弹性损伤模型的基础上，引入细观表征单元力学特性的退化模型[3-4]，研究软弱夹层影响下隧洞围岩的损伤演化与时效破坏过程，以期进一步澄清软弱夹层厚度对隧洞等长期稳定性的影响。
如图1所示，本文模型假设细观表征单元的强度随时间不断降低，其退化速度取决于应力、环境等综合因素，最后达到一个稳定的长期强度。
图1 岩石细观表征单元强度退化模型岩体细观表征单元强度随时间的退化模型假设用简单的数学方程加以描述[5]：（1）式中：fo为单元的初始强度；ft为t时刻的单元强度；f∞为单元的长期强度，当t→∞时，ft→f∞；a为强度衰减影响因子，反应强度衰减的快慢。
f∞和a 的量值均取决于岩性及岩体所处环境因素，可由实验或现场标定而确定。
上述模型已在基于有限元的RFPA2D系统[6]中予以实现，本文利用RFPA2D展开相应的数值计算分析。
2 软弱夹层厚度对隧洞围岩时效损伤破坏的影响本文建立不同软弱夹层厚度影响下的隧洞模型，如图2所示。
模型高55m，宽55m，共划分为330×330个单元；洞室为直墙拱形隧道，跨度为5m，高5.5m，边墙高度为3m。
软弱夹层距离隧洞周边最近处的距离为1.5m，厚度分别为0.2m、0.5m、0.7m、1.0m。
模型采用先加载后开挖的加载方式。
开挖前，首先在边界施加大小均为15MPa的水平和垂直应力，后维持荷载不变直至计算完成。
邻洞爆破下软弱夹层对洞库稳定性的影响研究
邻洞爆破下软弱夹层对洞库稳定性的影响研究在探讨地下工程的稳固性时，我们不得不面对一个如悬剑般的问题：邻洞爆破作业对含有软弱夹层的洞库稳定性究竟产生了怎样的影响？这不仅是工程安全的关键所在，更是科技进步必须跨越的门槛。
首先，让我们将目光投向那些隐蔽在坚硬外壳下的软弱夹层。
它们如同古老城墙中的隐患，一旦受到外力的冲击，便有可能引发连锁反应，导致整个结构的崩溃。
在地下工程中，这些软弱夹层就像是隐藏的地雷，时刻威胁着洞库的稳定性。
当邻近洞室进行爆破作业时，那震耳欲聋的爆炸声不仅仅是噪音污染那么简单。
每一次爆破都像是在脆弱的玻璃上敲打，产生的震动波穿过岩层，仿佛一只无形的大手，不断摇晃着软弱夹层的基础。
这种影响是深远且复杂的，它不仅可能导致夹层的位移，甚至可能触发不可预见的地质变化。
然而，我们不能因此就否定爆破技术在现代工程中的应用价值。
相反，我们需要更加深入地分析这一问题，寻找到既能保证施工效率又能确保洞库稳定的解决方案。
这就需要我们对爆破参数进行精细的调控，就像调整乐器上的弦一样，以达到最佳的振动效果。
在这个过程中，监测技术的应用显得尤为重要。
通过实时监控爆破作业对周围环境的影响，我们可以像医生用听诊器检查病人的心跳一样，及时发现并解决问题。
这种预警机制能够大大降低因爆破引发的风险，为洞库的稳定性提供一道坚实的保障。
此外，我们还需要考虑如何通过设计优化来减轻爆破对软弱夹层的影响。
例如，通过改变爆破顺序或者采用非爆破开挖技术，可以在一定程度上避免直接冲击到关键区域。
这就像是在激烈的战斗中采取迂回战术，以减少正面冲突带来的损失。
当然，所有这些措施的实施都需要依赖于精确的地质调查和科学的数据分析。
只有深入了解地下世界的构造和特性，我们才能像经验丰富的船长驾驭复杂的海域一样，驾驭好这场与大自然的较量。
综上所述，邻洞爆破作业确实对含有软弱夹层的洞库稳定性构成了挑战。
但通过科学的分析和合理的措施，我们完全有能力将这一风险降到最低。
裂隙破碎带软弱夹层矿井支护技术研究
裂隙破碎带软弱夹层矿井支护技术研究况 建，聂美容（贵州人文资源开发有限公司，贵州 贵阳 ５５００００）摘 要：裂隙破碎带软弱夹层具有膨胀性、崩解性、分散性、流变性和易扰动性等工程力学特点，为了克服不良地质条件下因开挖而引起的大变形，防止矿层因过度变形而产生坍塌，发生塌方事故，本文详细介绍了此类矿层的加固围或阻止其变形的支护方案，并对不同的矿层类别提出了不同的支护方案，为类似矿层的井巷提供借鉴。
关键词：井巷支护；小管棚；中深孔；注浆中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１０－０１０５－４Study on Support Technology of Weak Interlayer Mine in Fractured ZoneKUANG Jian, NIE Mei-rong（Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｈｕｍａｎ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｅ ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｉｎ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｚｏｎｅ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙ， ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ， ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ， ｒｈｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｎｄ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｅ ｂｅｄ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｏｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｏｒｅ ｂｅｄ， ａｎｄ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｉｎｅｓ． Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｃｈｅｍｅｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｍｉｎｉｎｇ ｓｔｒａｔａ．Keywords: Ｒｏａｄｗａｙ Ｓｕｐｐｏｒｔ； Ｓｍａｌｌ Ｐｉｐｅ Ｓｈｅｄ； ｍｉｄｄｌｅ ａｎｄ Ｄｅｅｐ Ｈｏｌｅ； ｇｒｏｕｔｉｎｇ一般说来，裂隙破碎软弱矿体具有膨胀性、崩解性、分散性、流变性和易扰动性等工程力学特点。
软弱夹层工程地质性质的室内仿真研究_符文熹
Abstract: The weak i nt ercalatio ns i n rock mass a re t he mo st i mpo rt ant bo unda ries cont ro lli ng rock m ass sta bili t y. Because the t hickness o f w eak i nt ercalatio ns is just about a few micro meters t o centim et ers, i nsi tu tests o f w eak intercalatio ns under sat ura ted conditi ons are dif ficult to car ry out i n the field. The engineering pro perties of w eak int ercalatio ns a re no t only relat ed to t he enviro nm ental condi tio ns ( such as g round st ress, g round w at er , etc. ) , but also to their g enesis, clay g rain and clay mineral , etc. Ho w ever, f o r the weak interca la tio ns wi th the same g enesis, same clay mi neral and si mi lar clay g rain content , thei r physical and mechanical paramet ers should be relat ed to t he co mpressive st resses o n t hem. By laborat ory si mulatio n t est , the w ea k intercala tio n studied in this paper present ed successiv e cha ng e o f dehydratio n, com paction and consolida tion under sat urat ed co ndi tio ns. The mai n physical i ndices and mechanical pa ramet ers w ere mainly i nf luenced by co mpressiv e st resses. Fo r the w eak intercalatio ns ex isting in deep rock m ass, w here i n-si tu tests are di fficult t o carry out , the laborat ory sim ula tion test i n this paper provides a new w ay to ev alua te thei r engi neeri ng geolo gical properti es. Key words: w eak i nt ercalatio n; engi neeri ng g eo logical pro pert y; labo rato ry simulati on; v oi d ratio; dry densi ty; shear st reng th
考虑岩体碎胀效应的采场覆岩冒落规律分析_李连崇
第31卷第11期 岩 土 力 学 V ol.31 No. 11 2010年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2010收稿日期：2010-06-01基金项目：国家自然科学基金（No. 50909013）；高等学校博士学科点专项科研基金课题（No. 20090041120024）；973资助项目（No. 2007CB209404）。
第一作者简介：李连崇，男，1978年生，博士，讲师，主要从事岩土工程、地下空间与工程等领域的教学与科研工作。
E-mail: li_lianchong@文章编号：1000－7598 (2010) 11－3537－05考虑岩体碎胀效应的采场覆岩冒落规律分析李连崇，唐春安，梁正召（大连理工大学 土木水利学院，辽宁 大连 116024）摘 要：应用改进的岩石破裂过程分析系统(RFPA 2D )，分析了煤层开采过程中上覆岩层发生离层、弯曲、端部和中部开裂直至冒落的全过程，再现了采动影响下冒落带、裂隙带、下沉带3带的形成过程以及裂隙拱的形成发展、整体覆岩的周期性运动模式。
数值计算中，引入了冒落岩体的碎胀效应，使得计算结果更合理地反映了现场实际，主要表现在：冒落岩体的碎胀效应及拉伸、剪切破坏联合控制了覆岩的运动模式，随着工作面的不断推进，上覆岩层可呈现出周期性的运动特征；裂隙拱发展到一定高度后，工作面垂直方向上不再扩展，只在工作面推进方向向前扩展，此时裂隙拱拱顶为一近似水平线，冒落带、裂隙带和下沉带3带分明；覆岩运动引起的地表下沉范围和下沉量亦都更符合现场实际。
关 键 词：覆岩；损伤；碎胀系数；数值模拟 中图分类号：TD325 文献标识码：AInvestigation on overburden strata collapse around coal face consideringeffect of broken expansion of rockLI Lian-chong ，TANG Chun-an ，LIANG Zheng-zhao（School of Civil and Hydraulic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China ）Abstract: Dynamic progressive process of layer separation, bending, sagging and fracturing of overburden strata induced by mining excavation is investigated based on numerical method and the improved Rock Failure Process Analysis code . The simulation result reproduces the formation of caving zone, fractured zone and bend zone. In addition the evolution of fracturing arch and the periodically common nature of strata movement are numerically obtained. It is shown that the overburden strata movement depends on the effect of broken expansion and the tension, shear failure of rock mass. Because the broken expansion of caving rock strata is employed, the fracturing arches do not expand vertically upward, but expand horizontally forward. The top of the arches keeps at the same level and the strata failure is of periodic law. The boundaries of caving zone, fractured zone and bend zone are obviously clear and the surface subsidence is more reasonable. Consequently the numerical results are more consistent with the measured data obtained in-situ.Key words: overburden strata; damage; bulk factor; numerical simulation1 引 言地下煤层开采、采场顶板垮落、覆岩沉降和破坏乃至地表沉陷变形，是一个开挖、应力重分布、变形和破坏的整体全过程[1]。
含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性_王益壮
含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性X 王益壮1,李晓昭1,2,章杨松3,赵晓豹1,2,袁 亮1,程晋源2(1.南京大学地球科学与工程学院,南京210093;2.南京大学-华东有色地勘局地下空间与地质环境研究所,南京210007;3.南京理工大学土木工程系,南京210094)摘要:以某隧道为背景,通过地质条件分析并结合F L AC3D数值模拟手段,采用对比含有厚层软弱夹层和不含软弱夹层的2个不同模型的方法,从地应力变化、塑性区开展、变形、下覆岩体受压和位移等角度分析了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性。
发现对于含厚层软弱夹层和不含软弱夹层的这2个不同模型,地应力的差别较小,但都为不含节理的岩体的0.5倍或更小,因此认为节理是影响含厚层软弱夹层硬质围岩变性破坏的因素之一;而2个模型在塑性区开展、变形量、下覆岩体受压和位移等方面差别较大,因此认为厚层软弱夹层对硬质围岩的变形破坏起着显著作用。
同时通过创建三维模型采用分步开挖的方法,模拟了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏过程,分析认为其具有隐蔽性和发生时间不确定性的特点。
研究结果可为类似地质情况的隧道建设提供参考。
关键词:厚层软弱夹层;硬质围岩;数值模拟;围岩变形特性;时间特性中图分类号:T U457 文献标识码:A 文章编号:1672-2132(2011)04-0441-09引 言软弱夹层是地下工程中的一种不良地质现象,随着近年来隧道建设的增多,已引起人们的高度重视。
软弱夹层一般指的是岩体中,在岩性上比上、下岩层明显软弱,而且单层厚度也较薄的岩层。
按其力学效应的程度,可分为薄膜、中层及厚层3类。
关于软弱夹层对地下洞室稳定性的影响已有大量的研究,分别从软弱夹层的模拟方法、软弱夹层的分布部位和分布距离、软弱夹层倾角、夹层上下岩体的物理力学性质、含夹层岩体三维数值模拟[1-6]等角度进行。
但这些研究大都只考虑了沿软弱夹层发生剪切滑动造成地下洞室变形失稳的问题,这对中、薄层软弱夹层是可以适用的,但对厚层软弱夹层而言,还应考虑到其自身发生弹塑性破坏对地下洞室稳定性的影响。
深部特厚煤层强采动巷道围岩综合应力场演化及支护对策
深部特厚煤层强采动巷道围岩综合应力场演化及支护对策姜鹏飞;代生福;刘锦荣;汪占领;孟宪志【摘要】Taking the supporting of the roadway affected by strong mining in the No. 4 ultra-thick coal seam at Majialiang mine as the background, this paper analyzed the evolution law of the comprehensive stress field composed of in-situ rock stress field, mining-in-duced stress field and supporting-induced stress field in the auxiliary transport entry 14103 adjacent to the working face 14102 by on-site survey and numerical simulation. The in-situ rock stress test results showed that the in-situ rock stress of the roof rock of the No. 4 coal seam at Majialiang mine was high stress in terms of value and its direction is N30. 6~52. 1°W; based on the in-situ rock stress, it is analyzed that the mining-induced stress increased significantly from the crossing point of the auxiliary transport entry 14103 and the working face 14102 to the space 50m behind the working face and tends to be stable 150m behind the working face; the on-site survey showed that the change trend of the supporting-induced stress is consistent with that of the mining-induced stress, and the significant increase of the supporting-induced stress in the auxiliary transport entry 14103 is slightly behind that of the mining-induced stress in term of space due to the influence of coal pillars; the higher the prestress of the bolts and cable bolts is, more stable its force is; when the prestress is comparatively low, the change of the internal supporting-induced stress is more fierce due to the influence of the min-ing. Based on the analysis ofthe in-situ rock stress field, mining-induced stress field and supporting-induced stress field, the support-ing measures for the auxiliary transport entry 14103 were proposed. The on-site monitoring results showed that the after the mining of the working face 14102, the contraction ratio of the roadway section was only 8. 8%, which completely met the requirements for roadway transport and ventilation.%以麻家梁矿4号特厚煤层强采动巷道支护为背景,采用现场实测、数值模拟方法分析了14103辅运副巷在相邻14102工作面回采过程中的原岩应力场、采动应力场和支护应力场构成的综合应力场演化规律。
软弱夹层厚度对巷道围岩稳定性影响研究
软弱夹层厚度对巷道围岩稳定性影响研究
张延威;高尚
【期刊名称】《山东煤炭科技》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】为得出软弱夹层厚度对巷道围岩稳定性影响规律,以3上712工作面运输巷为工程背景,采用数值模拟和现场监测等综合研究方法,研究了不同软弱夹层厚度
与巷道围岩变形特征及应力分布之间关系,并对3上712工作面运输巷提出了支护优化措施。
结果表明,随着软弱夹层厚度的增加,巷道顶板上方下位坚硬岩层区域应
力值逐渐减小,巷道顶板塑性区破坏面积逐渐增大;且不同软弱夹层厚度会导致不同
的顶板破裂形态,巷道含软弱夹层顶板出现了明显的非连续破坏,顶板破裂区具有明
显的隔层扩展特性。
经现场实践,巷道位移量在40 d后基本趋于稳定,巷道的顶板、两帮及底鼓量分别达到53 mm、46 mm、41 mm,有效控制了巷道围岩变形量。
【总页数】5页(P11-15)
【作者】张延威;高尚
【作者单位】枣庄矿业集团济宁七五煤业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD322
【相关文献】
1.地下开采中多层软弱夹层围岩对巷道稳定性的影响研究
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4.软岩巷道软弱夹
层对巷道稳定性影响的数值模拟分析研究5.深部巷道顶板软弱夹层对围岩稳定性的影响研究
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深埋隧道软弱围岩渐进性破坏及其锚固效应试验与模拟
C 1
， ，.
(2) (3) (4)
，.
式中， C 为应力相似比， Cl 为几何相似比， C 为重 度相似比，C E 为弹性模量相似比，C 为应变相似比， C 为泊松比相似比， C 为变形相似比。 2.2 模型试验系统 考虑到模型的几何效应及模型试验装置的实际尺 寸限制， 选用几何相似比 Cl 50 ， 重度相似比 C 1 ， 强度相似比 C 50 ，应变相似比 C 1 。本次试验所 模拟的原型隧道跨度和高度分别为 15.5 m 和 8.77 m， 模型隧道的跨度和高度分别为 31 cm 和 17.54 cm。 图 2 给出了该试验装置系统的原理图，该系统由 试验土箱、加载系统和监测系统 3 部分组成。模型箱 尺寸为 1600 mm×1300 mm×400 mm，前后两面采用 厚度为 20 mm 的钢化玻璃。由于受箱体尺寸所限，隧 洞开挖不考虑分部开挖效应，只考虑一次性全断面开 挖。 加载系统采用液压控制，借助箱体顶部的反力架 和岩体表面的传力板可以将荷载均匀地传递到模型岩 体表面。由于条件所限，试验中很难完全按照既定尺 寸将岩体完全模拟出来，故采取超载加压的方式近似 模拟上覆岩层的荷重。试验过程中采取“先挖洞，后 加载，分级加载”的模式，最终加载到隧道围岩出现 明显破坏为止。应力场的模拟主要是通过布置在箱体 两侧的扁千斤顶加压，根据上奉隧道的地勘资料，在 箱体的两侧布置扁千斤顶，并按照 0.3 的侧压力系数
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岩 土 工 程 学 报
2017 年
生。有鉴于此，关于软弱隧道围岩变形失稳及其支护研 究一直是学术界和工程界关注的重点。例如程小虎[1]、 文竞舟等[2]分别阐述了围岩松动圈理论、围岩压力计 算理论以及锚喷钢架联合支护的复合拱理论，从而更 有效地指导隧道设计与施工； Grose 等[3]、 时亚昕等[4]、 以及沙鹏等[5]分别通过工程实测或现场试验对隧道围 岩变形与支护结构受力特征进行了分析与研究；Jing 等[6]、来弘鹏等[7]、梁小勇等[8]及张成平等[9]通过模型 试验再现隧道围岩塌方特征及其演化规律； Wei 等[10]、 郑颖人等 [11]及陈卫忠等 [12] 通过数值模拟对隧道开挖 引起的围岩稳定性与破坏规律进行了研究。 另一方面， 作为一种有效的支护技术，锚杆能充分发挥和提高岩 土体的自身强度和自稳能力，已成为隧道与地下工程 领域应用最为广泛的加固手段之一，为此众多学者也 就此开展了大量的研究[13-17]。 洞室围岩的变形与破坏是复杂的渐进式发展过 程，尽管前人已对此做了大量研究，但由于地质条件 以及岩体力学性质的复杂性，这方面的研究仍具有挑 战性。本文结合具体的工程实践，以较软弱的Ⅳ级围 岩为参照对象，通过模型试验和数值模拟相结合的方 法，对隧道围岩塌方破坏的渐进过程以及岩体内部应 力和变形演化规律开展研究，并给出合理支护建议， 从而为隧道塌方事故的预防和支护结构设计提供借鉴 和参考。
软弱夹层隧道超欠挖控制试验研究
软弱夹层隧道超欠挖控制试验研究发布时间：2022-06-13T07:09:14.183Z 来源：《科学与技术》2022年2月第4期作者：张锐虎[导读] 软弱夹层围岩隧道开挖时，由于天然岩体本身存在节理、裂隙等软弱结构面，再加上爆破扰动的影响，使得隧道拱部、拱腰等部位发生不同程度的超欠挖。
张锐虎中铁上海工程局集团第七工程有限公司，西安摘要：软弱夹层围岩隧道开挖时，由于天然岩体本身存在节理、裂隙等软弱结构面，再加上爆破扰动的影响，使得隧道拱部、拱腰等部位发生不同程度的超欠挖。
本文以杏林塬公路隧道工程为依托，针对隧道断面难以形成拱形轮廓，拱腰及拱顶处出现明显超挖现象，通过现场爆破参数优化试验，提出了针对性的控制措施，进而指导爆破参数的优化。
研究结果表明：通过一系列爆破参数优化，隧道平均线性超挖量为较前期减少60%左右，其中最大线性超挖量为20.2cm；隧道最大欠挖量为17.4cm，较前期也有一定改善；优化后的爆破方案不仅减少了隧道的超欠挖，同时也减少了炸药的用量，节约了成本。
该项研究成果可以为后续的类似隧道工程提供经验。
关键词：隧道工程；软弱夹层；爆破参数；优化；超欠挖Study on the control technology of overexcavation and underexcavation of surrounding rock with weak interlayer in tunnelAbstract: During the excavation of surrounding rock tunnel with weak interlayer, due to the existence of soft structural planes such as joints and fissures in the natural rock mass and the influence of blasting disturbance, it is easy to lead to different degrees of over-under-excavation in the arch and waist of tunnel. Based on xinglinyuan highway tunnel project, this paper analyzes the causes of overexcavation in surrounding rock section of tunnel with weak interlayer, aiming at the difficulty of forming arch contour in tunnel section and the obvious overexcavation in arch waist and vault. Finally, the blasting parameters are optimized. The results show that through a series of blasting parameters optimization, the average linear overdig of tunnel is 6.1cm, which is reduced by 62.5% compared with the previous stage, and the maximum linear overdig is 18.4cm. The maximum underexcavation amount of tunnel is 13.8cm, which is also improved. The optimized blasting scheme not only reduces the over-under-excavation of the tunnel, but also reduces the explosive consumption and saves the cost. The research results can provide experience for similar tunnel engineering in the future.Key words: tunnel engineering; Weak interlayer; Blasting parameters; Optimization; overbreak0 引言随着我国经济的迅猛发展，交通运输业蓬勃兴起，公路隧道的建设也在有条不紊地进行。
裂隙发育区软弱夹层隧道病害机理及处治措施
裂隙发育区软弱夹层隧道病害机理及处治措施
郭震山
【期刊名称】《土木工程与管理学报》
【年(卷),期】2024(41)1
【摘要】围岩裂隙发育且存在软弱夹层时,将显著影响隧道衬砌结构的受力特性,导致出现不同程度的病害问题。
本文针对某复杂地质条件下公路隧道出现的衬砌开裂、路面沉陷等病害,采用现场检测、室内试验和数值仿真相结合的方法对隧道病害产
生机理进行深入分析,并提出综合处治措施,最后对处治后结构受力特性进行长期监
测和评价。
研究表明:病害段围岩破碎、节理裂隙发育且存在巨厚泥岩夹层;同时支
护结构施工存在严重缺陷,两种不利因素的共同作用导致软弱夹层部位衬砌结构产
生显著的应力集中,出现超过混凝土抗拉承载力的拉应力,导致混凝土开裂掉块,诱发隧道病害产生。
【总页数】6页(P39-44)
【作者】郭震山
【作者单位】山西省交通科技研发有限公司;黄土地区公路建设与养护技术交通行
业重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】U457.2
【相关文献】
1.软弱薄基岩裂隙发育特征及抑突(溃)机理
2.上甘坪隧道突泥及岩溶裂隙发育带处治方案研究
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4.大凉山深埋软弱围岩公路隧道塌方机理及处治措施
5.复杂地质病害隧道衬砌拆除塌方机理及处治措施
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基桩桩端下卧软弱夹层(煤夹层)承载能力研究与应用李永通
基桩桩端下卧软弱夹层（煤夹层）承载能力研究与应用李永通摘要】南宁作为广西第一发展城市，高层建筑更是如雨后春笋般拔地而起，桩基础也就成为了这些高楼建筑的基础首选。
南宁地质条件总体较好，桩端基本以中风化泥质岩层作为持力层，本文基于工程实际，研究基桩桩端下卧软弱夹层（褐煤）时，通过有限元软件模拟煤夹层厚度为1.0m，距桩端为2.0m工况下，基桩周边及其桩端的整体变形特性研究，采用单桩静载荷试验检测方法进行验证模拟的可靠性。
【关键词】软弱夹层；有限元模拟；承载力；单桩静载荷试验1 引言万丈高楼平地起，时代在发展，科技在进步，建筑高度也履创新高。
在不断发展新高的同时，对地质条件的勘察要求也越来越细致，勘察深度也越来越深，南宁盆地下卧有几千平方公里的古近新系煤层，主要以褐煤为主，黑色，夹存于粉砂质泥岩层，强风化质泥岩和中等风化泥岩中，分布极不均匀，层厚为0.2m～2.0m不等，单层厚度一般小于0.1m，属薄层状。
质轻，强度低。
属软弱岩层，钻进时大部分被机械磨成粉砂桩和泥浆状。
煤层埋深一般比较深，在工程处理中很难全部清除换填，在既有条件下需要做大量的工程试验研究去判定是否能作为桩端持力层使用，本文主要研究褐煤在距桩端3倍桩身直径或5m深度范围时，不同条件下的基桩承载能力和变形特性研究、并结合实际有条件工况下的基桩进行单桩静载荷试验。
2模型的建立及其参数取值采用有限元软件进行模拟基桩距桩端3倍桩身直径或5m深度范围存在软弱下卧层（煤夹层）条件下。
得到的结果分析有：①桩端的整体变形及云图；②任意节点和边界、单元的变形情况；③出具变形与不同工况下的关系图；2.1 边界条件据参考文献[1,2]的相关模拟研究的假定条件，通过《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2011）8.5.3条第三款的描述[3]：桩底进入持力层的有效深度，一般可取其桩身直径的1至3倍。
在施工过程中桩底确定进入持力层深度范围时，同时考虑特殊土和岩溶以及液化等产生的影响。
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第5卷 第5期 地下空间与工程学报V o l.5 2009年10月 C h i n e s eJ o u r n a l o f U n d e r g r o u n dS p a c e a n d E n g i n e e r i n g O c t.2009 软弱夹层对深部地下洞室围岩损伤模式的影响＊李连崇,唐春安,梁正召,李 根(大连理工大学土木水利学院,大连 116024)摘 要:软弱夹层等不良结构面对深部地下洞室的围岩稳定有着重要影响,应用有限元数值分析系统R F P A对软弱夹层影响下的深部地下洞室围岩损伤演化过程进行了模拟分析,重点研究了软弱夹层的展布位置、地应力大小对洞室围岩损伤区模式的影响。
分析表明,有软弱夹层时,地下洞室开挖后围岩应力分布恶化,围岩应力扰动范围增大、相应的损伤区范围增大;地应力越大时,侧压系数的大小更多地主导着洞室围岩的损伤模式。
研究成果可望对深部地下洞室选址及施工设计有借鉴意义。
关键词:软弱夹层;地下洞室;损伤;数值模拟中图分类号:T U45 文献标识码:A 文章编号:1673-0836(2009)05-0856-04I n f l u e n c e o f We a kI n t e r l a y e r o n t h e D a m a g e Mo d e o fR o c kMa s s S u r r o u n d i n g D e e p U n d e r g r o u n d O p e n i n gL I L i a n-c h o n g,T A N GC h u n-a n,L I A N GZ h e n g-z h a o,L I G e n(S c h o o l o f C i v i l a n d H y d r a u l i c E n g i n e e r i n g,D a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,D a l i a n116024,C h i n a)A b s t r a c t:T h e u n f a v o r a b l e s t r u c t u r a l p l a n e s,s u c h a s w e a k i n t e r l a y e r s,p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i nt h e s t a b i l i t y o fr o c km a s s s u r r o u n d i n g d e e p u n d e r g r o u n d o p e n i n g s.As e r i e s o f t e s t s o n t h e s t a b i l i t y o f t h e c i r c u l a r o p e n i n g s u r r o u n d e db y r oc k m a s s c o n t a i n i n g w e a ki n t e r l a y e r s h a v e b e e nc o nd u c te d b y u s i n g R F P As y s t e m.T h e i nf l u e n c e o f c o n f ig u r a t i o no f w e a k i n t e r l a y e r a n d t h e m a g n i t u d e o f m a x i m u mp r i n c i p a l s t r e s s o n t h e s t a b i l i t y o f s u r r o u n d i n g r o c k m a s s o f d e e pu n-d e r g r o u n d o p e n i n g a r e n u m e r i c a l l y i n v e s t i g a t e d.I t i s s h o w nt h a t t h e e x i s t i n g o f t h e u n f a v o r a b l e s t r u c t u r a l p l a n e s w i l li n d u c e t h e d e t e r i o r a t i o no f s t r e s s d i s t r i b u t i o n,i n t e n s i f y t h ed i s t u r b a n c e o f s t r e s s r e d i s t r i b u t i o na n de x p a n dt h ed a m-a g e dz o n e o f s u r r o u n d i n g r o c km a s s o f t h e u n d e r g r o u n do p e n i n g.F o r a h i g h e r t e c t o n i c s t r e s s t h e m a g n i t u d e o f m a x i-m u m p r i n c i p a l s t r e s s w i l l d o m i n a t e t h es t a b i l i t y o f t h eo p e n i n g s.T h e s er e s u l t sh a v er e f e r e n t i a l a n dg u i d i n gs i g n i f i-c a n c e t o t h e s i t e s e l e c t i o na n dl a y o u t,a nd t he c o n s t r u c t i o n of d e e pu n d e rg r o u n do p e n i n g s o f th e s a m e ki n d.K e y w o r d s:w e a ki n t e r l a y e r;u n d e r g r o u n d o p e n i n g;d a m a g e;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n1 引言洞室开挖后,围岩体的损伤、变形破坏程度等取决于岩石强度、结构面、地应力和地下水等地质因素及其洞室形状、施工条件和顺序等工程因素。
洞室围岩中的软弱结构面是围岩中力学强度相对薄弱的部位,它导致了岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性,对洞室稳定性具有明显的控制作用[1～3]。
因此,研究岩体结构面与洞室稳定性之间的关系具有重要的实践意义。
截至目前,已有学者在这方面开展过不少的研究工作,其相关研究成果为地下洞室的设计与施工提供了有价值的科＊收稿日期:2009-06-12(修改稿)作者简介:李连崇(1978-),男,辽宁朝阳人,博士,讲师,主要从事岩土工程、地下空间与工程等领域的教学与科研工作。
E-m a i l:l i l i a n c h o n g@163.c o m基金项目:国家自然科学基金资助项目(50820125405;40638040;50804006)和973资助项目(2007C B209404)。
学依据[4～10]。
尽管人们对这一问题进行了广泛的研究,但软弱结构面等对洞室围岩变形与破坏的影响程度及其机理仍是一个模糊问题,主要体现在对洞室围岩的损伤区演化过程(包括损伤区的萌生、损伤区的发展模式等)缺乏有效的描述。
本文基于数值仿真试验的研究思路与手段,以高地应力下的圆形地下洞室为主要研究对象,通过较为全面而系统的数值仿真试验来研究不同分布部位的软弱夹层对围岩应力、损伤区扩展以及破坏模式的影响,以进一步澄清软弱夹层对深部地下洞室围岩稳定性的影响。
2 数值试验模型及试验方案为了进行软弱夹层影响下深部地下洞室围岩破坏模式的分析,设置了如图1所示的计算模型。
模型尺寸27m×27m ,在中心区开挖一圆形洞室,洞室直径D =3m 。
数值试验分为4种方案:完整围岩、围岩含有水平软弱夹层、围岩含有倾角为45°的软弱夹层和围岩含有垂直走向的软弱夹层。
各方案中软弱夹层距洞壁的最小距离均为1.5m 。
为模拟深部地应力,模型除了承受本身的自重外,分别在水平和垂直方向施加有载荷σH 、σV ,其中σV 保持固定值20M P a ,σH 从20M P a 逐渐增加至50M P a ,观测各计算方案中围岩损伤破坏情况。
模型材料力学参数见表1。
数值计算采用R F P A 2D软件系统进行[11,12]。
图1 数值试验模型F i g .1S k e t c ho f m o d e l f o r n u m e r i c a l t e s t表1 模型物理力学参数T a b l e 1P h y s i c o -me c h a n i c a l p a r a m e t e r s e mp l o y e di nc a l c u l a t i o n材料弹性模量E /G P a 抗压强度σc /M P a 强度压拉比摩擦角φ/(°)泊松比μ夹层3420200.40围岩304210350.253 数值试验结果及分析图2是完整围岩在不同应力水平下的损伤区演化模式。
(a )应力场 (b )损伤区演化图2 完整岩体中地下洞室围岩的损伤破坏模式F i g .2F a i l u r e m o d e o f u n d e r g r o u n do p e n i n g s u r r o u n d e d b yi n t a c t r o c k m a s s 限于篇幅,对于含有软弱夹层的模型,只给出了含有45°倾角夹层的模型结果图,如图3。
综合8572009年第5期 李连崇,等:软弱夹层对深部地下洞室围岩损伤模式的影响比较图2和图3,可以看出,软弱夹层对应力分布有着明显的影响,软弱夹层较其两侧的岩体更容易发生变形,夹层的存在阻碍了开挖引起的二次应力的传递,对应力重分布和变形起到了屏障作用,使开挖区与软弱夹层范围内的围岩应力更加集中,集中程度大于无软弱夹层时的情况。
无软弱夹层时,在较高的水平地应力下,洞室顶板和底板处的损伤区基本上呈现出对称的发展模式;而有软弱夹层时,顶板处的损伤区明显偏大,且水平地应力越高时,这种趋势表现得越明显,主要表现在损伤区深度(图中以“L ”表征)的增加和损伤区张开度(图中以“θ”表征)的增大。