地下工程围岩稳定性分析及工程应用
岩石力学 第六章 地下空间开挖围岩稳定性分析
行支护达到人工稳定； 支护和破裂岩体本应是相互影响、共同作用的，但 现在还做不到完全用共同作用理论为指导来解决支 护设计问题； 古典地压学说：1907年，普氏学说——俄罗斯学者； 1942年，太沙基学说——美国学者； 在60年代，共同作用理论提出以后的30多年，弹塑 性力学的研究方法在岩石力学研究中一直占据主导 的地位，古典地压学说则被冷落一旁；
r , r p0
解析表达式
R02 1 2 p0 r r
净水压力下围岩应力分布
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《岩石力学》
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讨论
开巷（孔）后，应力重新分布，也即次生应力场；
, 均为主应力，径向与切向平面为主平面； r
应力大小与弹性常数 周边
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c cot
《岩石力学》
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塑性区半径
( p0 c cot )(1 sin ) R p R0 P c cot 1
1sin 2 sin
讨论
R p与 R0 成正比，与 p0 成正变，与 c 、
塑性区应力与原岩应力
900 , 2700 处， p0 (3 1) ; 0 0 p0 (3 ) ; 在巷道的侧边，即 0 , 180 处，
在巷道的顶、底板，即
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应力集中系数与 , 的关系
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巷道周边位移
o
开挖后（周边）
u (1 ) p 0 R0 E
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隧道工程的围岩稳定性分析
隧道工程的围岩稳定性分析隧道工程是一项复杂而重要的工程项目，其中围岩的稳定性对于隧道的安全运行至关重要。
本文将对隧道工程中的围岩稳定性进行分析，并提出相关解决方案。
一、围岩稳定性的重要性围岩是指构成隧道周围墙壁的地质层，其稳定性是保证隧道工程安全运行的关键。
围岩的稳定性受到多种因素的影响，包括岩层的物理和力学性质、水文地质条件、地应力状态等。
二、围岩稳定性分析方法为了评估围岩的稳定性，我们可以采用以下几种分析方法：1. 岩体力学参数测试：通过现场采样和实验室测试，获取围岩的力学参数，如强度、刚度等。
这些参数的准确性对于稳定性分析非常重要。
2. 采用数值模拟方法：利用有限元或离散元等数值模拟方法，对围岩进行力学分析，预测其变形和破坏情况。
这种方法可以考虑多种力学因素，并得到相对准确的结果。
3. 实地观察和监测：利用现场观察和监测手段，对隧道的变形、裂缝、水渗等现象进行观察和记录。
这些观测数据可以为围岩稳定性评估提供重要依据。
三、围岩稳定性分析的影响因素围岩稳定性受到多种因素的影响，下面列举一些常见的影响因素：1. 地质情况：包括岩性、岩层结构、断裂和节理等。
不同的地质条件会对围岩的稳定性产生不同的影响。
2. 水文地质条件：地下水位、地下水流等因素对围岩的饱水状态和应力分布有着重要的影响。
3. 地下应力状态：地应力是指地层中存在的自重应力和外界荷载所引起的应力。
合理的地应力分析对于围岩稳定性评估至关重要。
4. 施工过程：隧道的施工过程中，如钻孔、爆破、掘进等操作会对围岩稳定性产生一定的影响，需要合理考虑。
四、围岩稳定性分析解决方案在进行围岩稳定性分析时，我们可以采用以下一些解决方案：1. 合理设计支护结构：通过合理的支护结构设计，可以有效地改善围岩的稳定性。
常用的支护方法包括锚杆支护、喷射混凝土衬砌等。
2. 注浆加固：在围岩中注入硬化材料，增加其强度和刚度，提高稳定性。
注浆加固是常用的围岩稳定措施之一。
8-1 地下洞室围岩稳定性分析
洞顶位移底鼓在岩石地下工程中，受开应力状态发生改二、地下洞室开挖所产生的岩体力学问题向新的平衡应力状态调整，应力状态的调整过程，称(redistribution of stress)。
洞顶位移底鼓由于洞径方向的变形远大于洞轴方向的变形，当洞室半径远小于洞长时，洞轴方向的变形可以忽略不计，因此地下洞室问题可视为平面应变问题深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室，其围岩重分布应力按柯西课题求解(1)柯西课题概化模型无限大弹性薄板，其边界上受到沿方向的外力作用，薄板中有一半径为的小圆孔。
x p R 弹性薄板柯西课题分析示意图pp 1.深埋圆形水平洞室围岩重分布应力以圆的圆心为原点取极坐标，由弹性理论，若不考虑体积力，可求得薄板中任一点的应力及其方向。
(,)M r θ弹性薄板柯西课题分析示意图p p若应力函数为φ22211r r r r φφσθ∂∂=+∂∂径向应力：22rθφσ∂=∂环向应力：2211r r r r θφφτθθ∂∂=−∂∂∂剪切应力：(2)柯西课题解弹性薄板柯西课题分析示意图p p边界条件：()cos 222r r b p pσθ==+()sin 22r r b pθτθ==−0b R >>()()0r r r b r b θτσ====0b R =0b R >>vσxθMvσ0R r弹性薄板pp柯西课题力学模型中极坐标轴与力的作用方向相同。
因此，需进行极角变换。
2420002423411cos22v r R R R r r r σσθ⎡⎤⎛⎞⎛⎞=−−+−⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦240024311cos22v R R r r θσσθ⎡⎤⎛⎞⎛⎞=+++⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦420042321sin22v r R R rr θστθ⎛⎞=−+⎜⎟⎝⎠2）由柯西课题解得到作用下圆形洞室围岩重分布应力v σ22θθπ→−2θσσ=④随着距离增大，增大，减小，并且都逐渐趋近于天然应力。
浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制
文章编号:1009-6825(2009)30-0111-02浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制收稿日期:2009-06-14作者简介:段学超(1974-),男,工程师,山西省交通建设工程监理总公司,山西太原 030006段学超摘 要:对影响地下工程围岩稳定性的自然因素进行了详细分析,讨论了围岩稳定性与围岩控制的方法与思路,介绍了围岩稳定性的监测方法和手段,论述了锚杆工作载荷与围岩稳定性的相互关系,用锚杆无损监测的方法来全程监测围岩稳定性对研究围岩稳定及工程施工具有很大的指导意义。
关键词:围岩稳定性,锚杆,围岩控制,锚杆无损监测中图分类号:T U 457文献标识码:A地下工程围岩的稳定性对工程的正常运营是至关重要的。
地下工程围岩的稳定性主要与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关[1],并且还与开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。
本文将对围岩稳定性监测的手段进行讨论,详细的论述利用锚杆工作载荷与围岩稳定性的关系来全程动态检测围岩稳定性的方法。
1 地下工程围岩稳定性因素1.1 岩石性质及岩体的结构围岩的岩石性质和岩体结构是影响围岩稳定性的基本因素。
从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类黏土质岩石、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要指各类坚硬体,由于岩石本身的强度远高于结构面的强度,这类围岩的强度取决于岩体结构。
从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。
松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。
对于脆性的厚层状和块状岩体,其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制,结构面对围岩的影响不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。
工程地质讲稿-第9章：地下洞室围岩稳定性
地下水作用
地下水压力、渗透性等对围岩 稳定性产生影响，特别是在软
弱岩体中更为显著。
围岩稳定性评价方法
工程地质分析法
通过对地质勘察资料进行综合 分析，评估围岩的稳定性和可
能发生的不良地质现象。
数值分析法
利用数值计算方法模拟围岩应 力分布、变形和破坏过程，为 工程设计和施工提供依据。
谢谢观看
重要性
围岩稳定性是地下洞室工程设计 和施工中的关键问题，直接关系 到工程的安全性、经济性和可行 性。
围岩稳定性影响因素
01
02
03
04
地质条件
包括岩体的物理性质、岩层结 构、节理裂隙发育程度和地下
水状况等。
洞室设计
洞室的跨度、形状、埋深、支 护方式等设计因素岩的扰动程度和 支护结构的及时性有直接影响
控制地下水压力
设置排水系统
在洞室周边设置排水系统，以降 低地下水压力和防止涌水。
采取止水措施
在洞室周边采取止水措施，如注 浆、粘土填塞等，以防止地下水
渗入。
合理选择施工方法
根据地下水压力情况，选择合适 的施工方法，如逆作法、分部开 挖法等，以减少对围岩稳定性的
影响。
监测与预警系统
设置监测点
在洞室周边设置监测点，对围岩位移、变形、应 力等情况进行实时监测。
工程地质讲稿-第9章地下洞室围岩 稳定性
目录
• 地下洞室围岩稳定性概述 • 地下洞室围岩应力分析 • 地下洞室围岩破坏模式与机理 • 提高地下洞室围岩稳定性措施 • 地下洞室围岩稳定性工程实例
01
地下洞室围岩稳定性概 述
定义与重要性
定义
地下洞室围岩稳定性是指围岩在 一定时间内保持其自身结构完整 性和稳定性的能力。
围岩稳定分析报告
围岩稳定分析报告1. 简介本报告旨在对围岩的稳定性进行分析，并提供相应的结论和建议。
围岩稳定性是指在地下工程中，岩石围岩对工程构筑物的围护保护作用以及与构筑物之间的相互作用的能力。
通过稳定性分析，可以评估围岩的承载能力以及对工程的影响，从而采取相应的措施来保障工程的顺利进行和安全性。
2. 稳定性分析方法稳定性分析一般采用以下方法之一：2.1. 解析法解析法是根据已知的围岩力学参数、构筑物和围岩之间的相互作用关系，通过解析求解的方法进行稳定性分析。
这种方法适用于简单的围岩结构或具有平面对称性的围岩结构。
2.2. 数值模拟法数值模拟法是通过构建围岩的数学模型，并采用数值计算方法来求解，得到围岩的应力和位移分布，进而分析围岩的稳定性。
这种方法适用于复杂的围岩结构或对细节精确控制要求高的工程。
2.3. 经验判断法经验判断法是基于工程经验和相似工程的成功案例，通过专家评估和经验公式来进行分析和判断。
这种方法适用于缺乏必要数据和条件的情况下，对围岩稳定性进行初步评估。
3. 稳定性参数在进行围岩稳定性分析时，需要考虑以下稳定性参数：3.1. 强度参数强度参数是指围岩的抗剪强度和抗压强度。
常用的强度参数包括岩石的内聚力、内摩擦角、岩石的抗压强度等。
3.2. 应力参数应力参数是指围岩受到的外部荷载所施加的应力。
常用的应力参数包括围岩的自重应力、地震应力、水压力等。
3.3. 结构参数结构参数是指工程构筑物与围岩之间的相互作用关系。
常用的结构参数包括工程构筑物的形状、尺寸、刚度等。
4. 稳定性分析结果根据前述的稳定性分析方法和参数，对围岩的稳定性进行分析，并得出如下结论：1.围岩的强度参数满足工程要求，具备足够的抗剪强度和抗压强度；2.围岩受到的应力参数处于可接受范围内，不会对围岩的稳定性产生显著影响；3.结构参数与围岩之间的相互作用关系良好，工程构筑物得到了有效的围护和保护。
5. 建议基于对围岩稳定性的分析结果，提出以下建议：1.对围岩进行监测和控制，及时发现并处理围岩变形和裂隙等问题；2.对围岩进行加固和强化，提高其抗剪强度和抗压强度；3.在设计工程构筑物时，充分考虑围岩的稳定性要求，采取相应的支护措施和增强措施。
地下洞室围岩稳定性分析方法综述
问题，然而，由于岩石力学的研究对象是复杂的岩土体材料，一 般均具有非线性、非连续性、非均质及多相性等特点，尤其是天 然岩体，由于其赋存的特殊性，它被各种地质构造（如断层、节 理、层理等）切割成既连续又不连续的形态，从而一般均形成一 个从松散体到弱面体再到连续体的材料序列，而且，天然岩体所 涉及的力学问题是一个多场（应力场、温度场、渗流场）、多相 （气相、固相、液相）等影响下的复杂耦合问题，再加上工程开 挖和外部环境的影响，致使许多情况下，我们不能获得较为准确 的力学参数和本构模型。“力学参数和本构模型不准”已成为岩 石力学理论分析和数值模拟的“瓶颈”问题。
值或变形速率判据用于软弱围岩往往时效不佳，根据牛顿运动 定律，物体从运动转变为静止状态的必要条件是，加速度由负 值渐趋为零。因此，围岩稳定性判据应以加速度为主，辅以变 形值或变形速率，据此提出了变形速率比值判据。
然而采用不同的失稳判据得到的稳定安全度一般是不相同 的，如何建立一个具有理论基础的、可得到唯一解的失稳判据 是今后需要解决的问题。
2存在的问题21参数及本构岩石力学参数和本构模型是岩石力学研究中最核心的两个问题然而由于岩石力学的研究对象是复杂的岩土体材料一般均具有非线性非连续性非均质及多相性等特点尤其是天然岩体由于其赋存的特殊性它被各种地质构造如断层节理层理等切割成既连续又不连续的形态从而一般均形成一个从松散体到弱面体再到连续体的材料序列而且天然岩体所涉及的力学问题是一个多场应力场温度场渗流场多相气相固相液相等影响下的复杂耦合问题再加上工程开挖和外部环境的影响致使许多情况下我们不能获得较为准确的力
传统的岩石力学理论是以岩石的加载试验（包括室内及现 场原位试验）为基础，引入成熟的弹塑性理论等建立起来的而 地下洞室岩体开挖后的实际情况是以卸荷为主，且往往有较大 的拉应力区出现。显然传统的岩石力学理论统一采用加载试验 获取的岩体力学参数，应用适合于加载情况的力学分析软件进 行分析与计算，得到的变形及稳定分析结论与现场的实际情况 必然有巨大区别，甚至连趋势都无法反映[4]。
工程地质 第七章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析
处围岩的应力降低，加之新开裂处岩体在 水和空气影响下加速风化，岩体向洞内产 生塑性松胀。这种塑性松胀的结果，使原 来由洞边附近岩石承受的应力转移一部分 给邻近的岩体。因而邻近的岩体也就产生 塑性变形。这样，当应力足够大时，塑性 变形的范围是向围岩深部逐渐扩展的。由 于这种塑性变形的结果，在洞室周围形成 了一个圈，这个圈一般称为塑性松动圈
机理：破碎、松散岩体在重力、渗压、动荷载作用下产生塌落 产生条件：
1) 断层破碎带、裂隙密集带、槽状、囊状风化带、溶洞堆积物; 2）多位于洞顶→边墙.
溶洞堆积物
⑸松软岩体
局部塌方
表现形式：内鼓、缩径、局部挤出、剪切、滞后性。 机理：塑性变形、膨胀、流变、蠕变。
产生条件：
1）岩性软弱：形成年代新、胶结差；
—— 松软或破碎岩体
r
工程类比法
7.4 围岩工程地质分类
BQ的分类方法在第四章已经介绍过了。 在这具体提出修正系数的取值
[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)
指：未对洞壁采取任何支护措施，围岩由变形发展至 破坏的时间
式中：t切向拉应力，切向压应力，Rt围岩的抗拉强度，Rb饱和抗压强度
•围岩的抗剪强度是否适应围岩的剪应力。 例：如图
K
F T
洞顶块体Q1和洞壁块体Q2的稳定性系数分别为
K 2(c1l1 c2l2)(ctg ctg)/ L23
K (Q2 costg4 c4l4 ) / Q2 sin
情况的工程 隧 洞 分 类●
无压隧洞（承受围岩压力、外水压力）
⑵ 弹性抗力 —— 一般指有压隧洞冲水后，围岩在内水压力作用 下产生压缩变形的同时对衬砌所形成的反力
地下工程围岩稳定性分析与预测
可以对不连续面的错 位 、 滑移 、 开裂 和旋 转等大 位移 的静力 和动
力 问题 进 行 研 究 ， 两 者 仍有 较 多 不 足 之 处 。 但 ３混合介质数值分析方法 。 ） 是 将 连 续 介质 和 不 连 续 介 质 分 析 方 法 进 行 耦 合 分 析 ， 岩 开 围
在 岩 的稳定性 ， 因此 围岩完整性是 围岩工程性 质的重要参数 。反映 因此 ， 计 算 中 即 使 是 静 力 问 题 也 必 须 人 为 地 引 入 粘 性 阻 尼 器 以 使系统达到平衡 ， 体运动趋 于稳定 。离散单 元法的 一个 突出功 块 结构面完 整性 的统计 数据 主要有 岩石 的 Ｒ ＱＤ值 、 节理频 度和结
中 图分 类 号 ： Ｕ ５ Ｔ ４７ 文献标识码 ： Ａ
而 地 下 工 程 的 围岩 稳 定 问题 一 直 是 岩 土 工 程 界 研 究 的 重 点 和 要 通 过保 角 变 换 将 单 位 圆 外 域 映 射 到 洞 室外 域 ， 洞 室 的 映 射 函 数是问题的求解关键 ， 参数不易选取 。 且 难 点， 地下结构 中初 始地 应力场 ， 体和土 体本 构关 系及其 各项 岩
但 外 围岩 完 整 性 也 直 接 影 响 着 围 岩 稳 定 ， 室 周 围 岩体 工 程 性 质 的 件 ， 可以求出结构在平衡状态下 的位移或 非平衡状态 时的破坏 洞 模式 。非连续介质数值方法 主要 以离散单元法 和石根华 与 Ｇ ｏ — ｏｄ 好坏在很大程度上取决 于各种 地质运 动和 条件作 用下形 成各 种 ｎ提出的块体 系统 不连续 变形 分析 （ Ｄ 为代 表。离散 单元 Ｄ Ａ） 断 裂 结 构 面 及 其 中 的 填 充 物 以 及 它 们 在 空 间 中 的 分 布 情 况 ， 括 ｍａ 包 断裂结构面的走 向、 间距 和其 中 的 节 理 数 。它 们 均 直 接 削 弱 了 围 法 中一个基本 假定 是块 体 运动 时将 动 能转 化成 热 能而耗 散掉 。
地下工程围岩稳定性分析概要
各种 断面 形状 的洞 体应 力状 态比 较
二、开挖后围岩中出现塑性圈时的重分布应力
洞室开挖后围岩的稳定性，取决于二次应力与围 岩强度之间的关系。
如果洞周边应力小于岩体的强度，围岩稳定。 否则，周边岩石将产生破坏或较大的塑性变形。 围岩一旦松动，如不加支护，则会向深部发展， 形成具有一定范围的应力松弛区，称为塑性松动圈。 在松动圈形成过程中，原来周边集中的高应力逐渐向 深处转移，形成新的应力增高区，该区岩体被挤压紧 密，称为承载圈。此圈之外为初始应力区。
围岩失稳机制及破坏形式
围岩变形破坏的常见形式
2．块体滑移
块体滑移是块状结构围岩常见的破坏形式。 这类破坏常以结构面交切组合成不同形状的块体 滑移、塌落等形式出现。分离块体的稳定性取决 于块体的形状有无临空条件、结构面的光滑程度 及是否夹泥等。
坚硬岩体中的块体滑移
块 状 结 构 岩 体 的 块 体 滑 移
洞 室 围 岩 应 力 重 分 布 对 比 图
第三节 围岩稳定的工程地质分析
一、围岩稳定的概念 围岩稳定是指在一定时间内，在一定的地质力
和工程力作用下岩体不产生破坏和失稳。围岩在压 应力、拉应力及剪应力作用下能否破坏的判断：
1.围岩的抗压强度和抗拉强度是否适 应围岩应力。（公式略）
2.围岩的抗剪强度是否适应围岩的剪 应力。 （公式略）
三 类 典 型 的 分 离 体
3．层状弯折和拱曲
岩层的弯曲折断，是层状围岩变形失稳的 主要形式。
平缓岩层，当岩层层次很薄或软硬相间时， 顶板容易下沉弯曲折断。
在倾斜层状围岩中，当层间结合不良时， 顺倾向一侧拱脚以上部分岩层易弯曲折断，逆 倾向一侧边墙或顶拱易滑落掉块。
在陡倾或直立岩层中，因洞周的切向应力 与边墙岩层近于平行，所以边墙容易凸邦弯曲。
隧道围岩掌子面稳定性分析及支护设计
隧道围岩掌子面稳定性分析及支护设计隧道是建设中的重要工程，在穿越一些复杂地质条件时，往往需要对围岩进行支护。
隧道围岩掌子面稳定性分析和支护设计是隧道建设过程中必不可少的环节。
本文将从围岩掌子面稳定性分析和支护设计两个方面进行探讨。
一、围岩掌子面稳定性分析1.1 围岩分类围岩是指隧道开挖所接触到的地质层。
根据其性质和组成，围岩可分为岩石类、弱结构岩和土层类。
其中岩石类围岩的稳定性相对较好，其次是弱结构岩，土层类围岩则稳定性最差。
1.2 围岩支撑方式围岩支撑方式通常分为自稳支撑、锚杆网支撑和衬砌支撑。
自稳支撑适用于较稳定的岩石围岩，锚杆网支撑适用于中等稳定性的岩石和弱结构岩围岩，衬砌支撑则适用于稳定性较差的土层和软岩围岩。
1.3 掌子面稳定分析方法在分析掌子面稳定性时，需要考虑地质条件、地应力状态和围岩摩擦角等因素。
常用的分析方法包括理论分析法、数值模拟法和实际采样测试法等。
二、支护设计在进行支护设计时，需要结合围岩的稳定性分析结果，选取适当的支护方式和支护措施。
2.1 支护方式根据掌子面稳定情况和围岩性质选择合适的支护方式。
自稳支护方式多采用短杆、锚短杆、锚索等方式；锚杆网支护方式多采用锚索网、网壳、锚索墙等方式；衬砌支护方式多采用钢筋混凝土衬砌或机械衬砌等方式。
2.2 支护措施根据围岩性质、地下水和地震等因素，选择合适的支护措施。
一些常用的措施包括喷射混凝土、爆破充填、拱形截面等。
三、结论在进行隧道建设时，围岩掌子面稳定性分析和支护设计是非常重要的环节。
通过合理的围岩支撑方式和支护措施，可以使隧道建设过程更加安全、顺利。
在未来的工程实践中，还需要不断地进行技术改进和优化，以更好的满足隧道建设的需求。
浅谈围岩稳定性分析方法
浅谈围岩稳定性分析方法摘要：对于围岩稳定性分析方法进行了总结，简单地对这一领域的开展趋势作出了评述。
关键词：地下洞室；隧道；围岩稳定岩体力学是一门相对较年轻的学科，同时受制于岩体本身材料性质和几何形状的特殊性，其受力特点复杂，总结方法和结果非常复杂。
地下工程的失稳主要是由于施工中的开挖造成了围岩内部应力的变化而超过围岩自身强度的过程。
所以选择适宜的围岩稳定分析方法对于实际的工程应用来说，显得十分重要，关系到整个工程的平安和最终成败。
目前根据数学模型建立的围岩稳定分析方法主要分为以下四种。
我们在此进行分别讨论介绍。
在进行地下洞室的围岩稳定性分析时，会经常利用复变函数来计算围岩的内力，以此得到近似的弹性解析解。
【1】但是这种方法必须是以圆形隧道为根底进行计算。
众所周知，大局部隧道开挖尤其是公路隧道和地下洞室的开挖面都是不规那么的，这时候就要利用数学中的保角变换进行连续场函数的变换，而如何得到映射函数是其中的关键。
【2】当洞室形状并不复杂的时候，利用映射函数得到级数形式的近似解的级数项并不多。
而当地下洞室的开挖面极其不规那么时，利用映射函数所得到的解太过于复杂无法应用得出表达式。
为了解决这一问题，有人将求解过程方程化，编写成软件，得到围岩内力变化的近似解。
在计算机技术快速發展的今天，这种将求解方法和过程代数化，并结合程序编码加以利用的方法值得我们借鉴，能够大大地提高我们的工作效率，把我们从繁重的数学求解过程中解放出来。
方法在地下洞室的围岩稳定性分析中，解析法只适用于那些开挖面较简单的情况。
然而在实际的地下工程当中，我们往往面对的都是不规那么的开挖形状和围岩性质特性复杂的情况。
因此多数的具体工程应用中我们只能用具体的数值方法来求出我们想要的解。
数值方法众多，而这其中，有限元法应用最为广泛，我们在这里做主要介绍。
有限元法在土木工程的计算分析应用中已经非常成熟了。
它的根本原理是把连续体离散化为一系列的单元，用一个个独立的单元体分块近似表示需要求解的未知场函数。
隧道围岩稳定性系统分析程序应用
目录第一章绪论 (1)第二章隧道围岩稳定性分析 (3)第一节围岩稳定分析的方法 (3)第二节隧道围岩稳定性分析存在的问题 (6)第三节围岩稳定分析的发展前景 (7)第三章隧道位移反分析技术原理 (8)第一节典型类比分析法 (8)第二节位移反分析技术原理 (9)第四章BMP90(位移反分析智能化)程序 (11)第一节BMP90程序简介 (11)第二节BMP90子程序介绍 (12)第五章BMP90程序的使用 (19)第一节程序说明 (19)第二节几种人工干预情况 (21)第六章应用BMP程序进行实例分析 (22)实例一鲁布革实验洞位移反分析 (22)实例二浙江省103人防工程位移反分析 (25)结束语 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录ⅠBMP90(隧道位移反分析智能化)源程序 (32)附录Ⅱ鲁布革实验洞反分析文本 (68)附录Ⅲ浙江省103人防工程反分析文本 (76)第一章绪论一、隧道围岩稳定性分析的现状通常意义上说，地下工程的稳定性是指妨碍生产使用或安全的失稳围岩破坏或过大变形的现象，例如,顶板塌落、边墙挤入、底板隆起、围岩开裂、突发岩爆失稳。
地层在开挖隧道并加以支护的过程中的稳定程度、叫做隧道围岩的稳定性，或围岩支护系统的稳定性。
隧道工程的基本特点是“地质环境复杂，基础信息匮乏”，即使在不考虑施工过程动力作用的静力学分析中，隧道围岩及支护系统稳定性的快速分析与预报研究等问题，目前还没有明确的有效解决方案[1]。
因此隧道工程人员必须综合考虑大量的、关系错综复杂的地质因素、施工因素、技术条件等等来做分析研究，比如在软弱破碎岩体中开挖隧道时，存在着施工难度大，事故多，造价高，工期长的难题。
隧道围岩稳定性是一个反应隧道地质环境、支护结构与施工方法的综合性指标，复杂程度很高，我们需要通过尽量简洁并且高效的方法及工具来完成分析及评估，经过多年的努力，有关隧道围岩稳定分析的各种岩石理论方法、监控测量方法以及专家经验方法已经有了巨大的发展，他们各有所长，但是，都还是一些联系不太紧密的方法，对于隧道支护设计来说，还没有形成一种简易简洁、易于应用普及的分析设计工具。
地下洞室围岩稳定性分析与评价
地下洞室围岩稳定性分析与评价地下洞室围岩稳定性是地下工程中非常重要的问题之一，对地下工程的安全和经济运行具有重要意义。
地下洞室围岩稳定性的分析与评价可以帮助我们判断洞室围岩的稳定程度和寿命，为洞室工程的设计和施工提供可靠的依据。
首先，对地下洞室围岩的力学性质进行测试和分析。
这包括围岩的弹性模量、抗压强度、抗剪强度等力学参数的测定。
通过测试和分析得到的力学参数可以为后续的围岩稳定性分析提供基础数据。
其次，对围岩的岩性和结构进行详细的地质调查和研究。
通过对围岩的地质构造、结构洞的位置、破碎度和节理特征等进行详细的调查和研究，可以了解围岩的变形和破坏机理，为后续的稳定性分析提供依据。
然后，进行数值模拟和分析。
根据实际工程情况，可以使用有限元方法或者其他数值模拟方法对围岩的稳定性进行模拟和分析。
通过模拟和分析，可以得到围岩的应变、应力分布以及稳定性指标，进一步评价围岩的稳定性。
最后，根据分析和评价结果，对围岩稳定性进行评价。
根据实际工程要求和标准，可以将围岩的稳定性进行分级评价，确定围岩的稳定等级，并提出相应的建议和措施，以提高围岩的稳定性。
在地下洞室围岩稳定性分析与评价过程中，需考虑不同因素对围岩稳定性的影响。
例如，水文地质条件、地应力状态、围岩的强度参数、地震和地下水位变化等因素都会对围岩的稳定性产生重要影响，需要对这些因素进行综合分析和评价。
总之，地下洞室围岩稳定性的分析与评价是地下工程设计和施工的重要环节。
通过科学的测试、调查、分析和数值模拟，可以全面、准确地评价围岩的稳定性，为地下洞室工程的建设提供可靠的基础。
浅谈地下洞室围岩稳定性技术在工程地质中的应用
要是在 回弹应力 的作用下发生的。这类 围岩变形破坏 的 形式和特点主要取决于围岩结构 ， 一般有张裂塌落 、 弯折 内鼓 、 剪切 滑移 、 劈裂剥落及岩爆 等不 同类型 。 围岩变 ② 形破坏的发展 。由于围岩内应力分布 的不均匀性 以及岩 体结构 、 强度 的不均一性及各 向异性 ， 那些应力集 中程度 高 ，而结构强度又相对较低 的部位往往是 累进性破坏 的 突破 口。 通过大量的研究 实践表 明， 地下工程围岩 的变形
也是岩体安全稳固的平衡状态 ，岩体 的稳 固状态主要受 两个力 的影响 ， 水平正应力 和垂直正应力 。 这两个力在通 ３１ 影响围岩稳定性的因素 ． 常情况下是平衡 的， 这也是岩体得 以保持平衡 的原因。 岩 围岩稳定性主要 受两种 因素的影响 ，即围岩的应力 状态和围岩的强度 ， 下面分别简述之。 ① 围岩应力状态 。 围岩 的应 力状态 （ 下转第 １０页） ５ 作者简介 ： 郭林 ， 南省 地矿 局 第二 地质 勘 察 院。 河
文献标识码 ： Ａ
文章 编 号 ：０ ６ ８３ （０ １ １— １７ ０ １０ — ９７ ２ １）０ ０４ — １
地下洞室是一系列地下工程的统称 ， 在当代社会 ， 人 体 内何一点的初始应力状态也都可 以通过这两个 力进行 们 为了缓解人地矛盾节约空 间的发展需要 ，在地上空间 分析 。 围岩应力分布与径向应力 的分布有关 ， 它的主要特 相 对 不 足 的情 况 下 转 向地 下 空 间 。地 下设 施 的种 类 有 很 征是随着径向应力 向 自由表面的接近而慢慢减小 ，直到 多， 具体包括矿 山坑道 、 地下发 电站厂房 、 铁路 隧道 、 水工 在洞壁处应力大小变为为零。切 向应力在一些部 位的分 隧洞 、地下停车场及地下铁道等 。通过建造这些地下设 布也有其 自身特点 ， 越接近 自由表面切 向应力就越大 ， 当 施， 为现代城市 的发展节约 了大量 的空 间， 有效 的缓解了 接近洞壁时切 向应力达到最高值 ，这就是所谓压应力集
第6及7章地下工程围岩稳定性分析
第６、7章 地下工程围岩稳定性分析学习指导：本章主要介绍了两部分内容：（一）山岩压力与围岩稳定性分析，（二）有压隧洞稳定性分析。
前部分介绍了围岩应力重分布，地下洞室脆性围岩和塑性围岩的变形破坏形式，影响地下工程岩体稳定的因素，着重介绍了山岩压力与围岩稳定性分析方法，其中包括山岩压力的概念、影响因素，太沙基理论；后部分重点介绍了围岩内附加应力的计算、有压隧洞围岩和衬砌的应力计算。
重 点：1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布2 地下洞室围岩的变形破坏3 地下工程岩体稳定性的影响因素4 洞室围岩稳定性分析6.1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布由于在岩体内开挖洞室，洞室围岩各质点的原有应力的平衡状态就受到破坏，各质点就要产生位移调整，以达到新的平衡位置。
岩体内某个方向原来处于紧张压缩状态，现在可能发生松胀，另一个方向可能反而挤压的程度更大了。
相应地，围岩内的应力大小和主应力方向也发生了改变，这种现象叫做围岩应力重分布。
围岩应力重分布只限于围岩一定范围内，在离洞壁较远的岩体内应力重分布甚微，可以略去不计。
地下开挖引起的围岩变形是有一定规律的。
变形终止时围岩内的应力就是重新分布的应力。
这个重新分布的应力对于评价围岩的稳定性具有重要意义。
为了便于说明起见，我们在这一节中对于最简单的条件(即在连续的均质的各向同性的岩体内开挖圆形隧洞，而且岩体的侧压力系数10=K ，即静水压力式的初始应力状态)下的围岩应力重分布问题，作定性分析，以便对于应力重分布的情况有一概念。
如图6-1所示，设岩体为连续的、均质的以及各向同性的，其侧压力系数为10=K ，亦即岩体的初始应力状态为静水压力式的。
此外，洞室的长度远较横截面的尺寸为大，所以可作为平面应变问题来研究。
在地下开挖以前，岩体内任一点A 的应力，即等于该点的自重应力v p ，而且由于10=K ，所以通过该点任何方向的应力都是v p 。
如果用极坐标来表示该点的应力状态，则该点的应力为：v r p =0σv p =0θσ式中 0r σ 岩体的径向应力；0θσ 岩体的切向应力。
隧道工程围岩稳定性评估
隧道工程围岩稳定性评估隧道工程是一种常见的地下工程形式，为确保工程的安全性和可靠性，围岩稳定性评估具有重要意义。
本文将介绍隧道工程围岩稳定性评估的一般原则、方法和应用。
一、围岩稳定性评估的原则围岩稳定性评估是指对围岩的力学性质和围岩与工程结构之间相互作用的研究，目的是评估围岩对隧道工程的稳定性产生的影响。
在进行围岩稳定性评估时，需要遵循以下原则：1. 目标明确：明确评估的目标和内容，确定评估的指标和标准。
2. 综合分析：结合实地调查、室内试验和数值模拟等多种手段，综合分析围岩的地质结构、物理性质和力学特性。
3. 系统评估：从整体到局部，逐个评估各个部分的稳定性，形成全面的评估结果。
4. 安全可靠：评估结果应该能够反映工程的实际情况，提出合理的建议和防治措施，确保工程的安全可靠。
二、围岩稳定性评估的方法围岩稳定性评估的方法多样，一般包括以下几个方面：1. 地质调查：通过对工程区域进行地质调查，了解围岩的地质构造、岩性特征、断裂带等情况，为后续的评估提供基础数据。
2. 室内试验：通过对采集的围岩样品进行室内试验，包括抗压强度试验、抗剪强度试验、抗拉强度试验等，获取围岩的力学性质参数。
3. 数值模拟：运用数值模拟软件对隧道的围岩进行三维建模，并采用合适的本构模型和力学参数，模拟围岩的受力和变形情况。
4. 监测和反馈：在施工过程中，通过实时监测围岩的变形和应力状态，及时调整工程措施，以确保围岩的稳定性。
三、围岩稳定性评估的应用围岩稳定性评估在隧道工程中具有广泛的应用，可以被用于以下几个方面：1. 隧道设计：通过围岩稳定性评估的结果，确定隧道的合理断面、支护结构和防治措施，为隧道的设计提供科学依据。
2. 施工控制：在施工阶段，通过监测和评估围岩的稳定性，及时调整施工方案，确保施工的安全和顺利进行。
3. 运维管理：在隧道投入使用后，通过定期监测和评估围岩的稳定性，及时采取维护和修复措施，确保隧道的长期运营安全。
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内蒙古科技大学创新基金项 目（ 编号 ： １Ｎ ０９ 。 ２ ０ Ｃ４ ） ０ 鲍先凯（ ９ ４ ） 男 ， 师 ， 士，１０ ０内蒙古包头市。 １７ 一 ， 讲 硕 ０４ １ ９ ０
鲍先凯
李 义： 地下工程围岩稳定性分析及 工程应用
２３ 塌 ． 方
２１ 年 １ ０１ １月第 １ 期 １
摘
要
分析 了影 响地 下工 程 围岩 稳 定性 的各 种 因素及 围岩 失稳 的 主要 形 式 ， 并将 分 析应 用
地 应 力 地 下水 地 下结构 失稳
于地 下 工程 实践 中 ， 以期 对地 下 工程施 工提供 指 导作 用。
关键词 围岩 地 下工程
围岩 开挖后 会 失 去原 有 的平 衡 状 态 ， 内部 的 其
稳定起 控 制作用 ， 只单 纯 分析 岩 块 强 度 的 意义 并 不
大。
１ ２ 地 应 力 ．
初 始应 力发 生改 变 ， 新 调整 和分 布 后 的 应 力 即 围 重
岩应力。如果围岩应力没有超过岩体的承载能力 ， 岩体会 自然平衡 ， 否则将发生破坏。地下工程围岩 稳 定性 问 题 一 直 是 岩 土 工 程 界 的一 个 重 要 研 究 课
增长， 但其值会相差很大 ， 显示 出很强的方向性 。 同时 ， 地应 力 还会受 到工程 所处 的地形 、 表剥 地
蚀、 风化 、 岩体 力学 特 征 等 因素 的影 响 ， 别是 断 层 特
和地形 的影 响较 大 。
１ ３ 地 下水 ．
地 下 水 是 影 响 围 岩 稳 定 的 一 个 另 一 重 要 因
不同 ， 岩体的工程稳定性分析亦不同。
岩体 的强度和变形也是影 响稳定性 的另一重要
作用使岩体的力学性能降低 ， 摩擦角和内聚力减小 ；
指标 ， 一般情况下 ， 岩体结构的状态对地下工程围岩
③地下水的润滑作用 ， 当有水进入围岩结构面时 ， 一
些可溶盐和胶体矿物就会发生溶解或水解 ， 导致矿 物颗粒间连接力减弱 ， 摩擦力降低 ， 水起到了润滑剂
１４ 工程 因素 ． （ ） 下工程 在选 择 位 置 时 应避 免 受 构造 应 力 １地 的影 响 ， 如果 无 法 避 免 ， 该 弄 清 楚 构 造 应 力 的分 应
主要 发生 在较 大范 围 的断层 影 响带 、 强风化 带 、 碎裂 松动 区。 由弱 面和 开挖 面切割 形成 的孤立 无 限
裂结构就可看做是完整结构岩体 ， 以岩体结构又 所
是相对 的， 只有在确定 的地质条件 和工程尺寸条件 下， 工程岩体结构才是唯一确定 的。工程岩体结构
岩石的强度 ； ②地下水对岩体的软化和泥化作用 ， 地
下水改变了岩体结构面中充填物的物理状态 ， 发生
了由 固态 向塑 态直 至 液 态 的弱 化 效应 ， 软化 和泥 化
Ｓ ｒａ Ｎｏ ５ １ ｅ ｉｌ ． １ Ｎ ｖ ｍｂ ｒ ２ １ ｏ ｅ ｅ． ０ １
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矿 业
总 第 ５ 期 １ １
Ｍ ０ＤＥＲＮ ＮＩ ＭＩ ＮＧ
ห้องสมุดไป่ตู้
２ １年 １ ０ １ １月第 １ 期 １
地 下 工程 围岩 稳 定性 分 析及 工程 应 用
鲍先 凯 李 义
（． １ 内蒙古科技 大学建筑与土木工程 学院 ；。 ２ 太原理工大学矿业工程学院）
ｌ 地下工程围岩 稳定性的影响 因素
１ １ 岩 体 结构和 特性 ．
岩体 结构是 由岩体 和结构 面组成 的一个 复杂 结
构体 。岩体是非均质各向异性 的材料 ， 常被一些节
理面、 理面、 整合面 、 皱 、 理面、 片 假 褶 层 断层 带 等 结 构 面所切 割 。结 构 面 依 其本 身 的产 状 ， 此 组 合 将 彼 岩体 切割 成形 态不 一 、 小 不 等 以 及成 分 各 异 的岩 大 石块 体 。这些结 构 面 在 岩体 中 的变 化 非 常 复 杂 ， 并 使 岩体显 示构 造上 的不 连 续 和不 均 质 性 ， 同时 强 度 较低 ， 以结 构面是 影 响硐室 稳定 的 主要 因素之 一 。 所 从 岩体 结 构 的地 质 特 征 角度 出发 ， 将岩 体 结 可
压力对 于硐 室是 不 利荷 载 ， 在 于 岩石 孔 隙 和 裂 隙 存 中 的地 下水会 产 生很 高 的孔 隙 压力 ， 隙压 力 减少 孔 了岩石 颗粒 间 的压应 力 ， 而 降 低 了 岩石 的 抗 剪 强 从 度 ， 至使 岩石微 裂 隙端部 处于受 拉状 态 ， 而破 坏 甚 从
构划分为完整结构岩体 、 块裂结构岩体 、 板裂结构岩 体、 碎裂结构 岩体、 散体结构 岩体等¨ 。对 于岩石
结 构 而言 ， 由于地 下工 程规模 和 尺寸 的变化 ， 不是 并 唯一确 定 的 ， 工程 规 模 越 大 ， 来 可 看做 为 板 裂 、 原 块
素 ， 主要表现在 以下几个方 面： 地下水 的孔 隙 ①
题， 围岩 是否 稳定 直 接 关 系 到施 工 安 全 和施 工 经济 效 益 以及 日后 工程 是 否能正 常使 用 。所 以分析 和讨 论 围岩 稳定 性对 地 下 工程 的设 计 、 工 以及 正 常使 施 用都具 有重 要 的现实 意义 。
地 应 力 是存 在 于 岩体 中未 受工 程扰 动 的应力 ，
是岩体 的初始应力 ， 是地下工程 围岩变形和破坏的 作用 应力 ， 是确定 工程 岩体 力学 属性 、 行 围岩稳定 进
性分析 、 现地 下工程 设计施 工 的必要 前提 条件 。 实 通过 理 论研 究 、 质 调查 和 对 大量 的地 应 力 测 地 量资 料 的分析 ， 以得到地 应力 的一般 分布 规律 ： 可 垂 直应 力基本 等 于上 覆 岩土 体 的 重量 ； 平 应 力普 水 遍大 于垂 直应 力 ， 垂 直 应力 的 比值 分 布在 ０ ８～ 与 ． １５ 且该 比值 随着 深度 的增 加 而 减小 ； 大 水 平 ．， 最 主应 力 和最小 水平 主应力 随地下 工程 的埋 深呈线 性