在地震载荷作用下的节理岩体地下洞室围岩稳定性分析
地下洞室围岩稳固的分析方式
学号年级 15级工程地质硕士课程结课论文地下洞室围岩稳固的分析方式专业 15级工程地质姓名彭大伟指导教师张发明评阅人2021年12月中国南京地下洞室围岩稳固的分析方式摘要：随着科技进展的进步，关于大型水利水电工程除在坝体结构方面要有严格的要求和分析方式外，水电站的地下厂房洞室也要具有必然的分析方式。
地下洞室围岩稳固性在整个工程中发挥着重要的作用，现在关于地下洞室围岩稳固的分析方式有很多，本文依照前人所总结出的方式及文献从头进行归纳和分析，要紧针关于洞室整体性和局部性稳固的分析，并对这些方式的现状进行了综述。
关键词：地下洞室围岩稳固分析方式未开挖的天然地下岩体在自重及地质构造运动后形成的初始应力场状态下维持相对稳固。
当在岩体内开挖洞室后，洞室周围必然范围的岩体（围岩）相对稳固的应力场受到破坏，发生应力重散布。
随着具体围岩部位、产状等情形的不同，应力重散布的结果既可能仍归于稳固，也可能显现洞顶崩塌等失稳现象。
对此，地下洞室的设计时必需做出分析，并相应付工程方法做出选择，要求从各个层面关于地下洞室围岩稳固做出分析，提出各类分析方式。
地下洞室的稳固性分析要紧包括洞室的整体稳固性分析和洞室局部块体的稳固性分析。
随着有关于岩石方面的理论和运算机技术的进展，为地下洞室的开挖和稳固性分析提供了新的方式，取得了一系列的功效，可是围岩稳固性分析理论作为地下工程的全然问题之一，由于地质条件的复杂性，各个方式的准确性应用仍很困难，始终没有形成一个系统的理论，工程上为此还常常依托于体会判别。
因此有必要对现有的分析方式进行比较，了解它们各自的优势与不足，有助于对分析功效进行正确的判定。
1. 围岩整体性分析方式的比较解析分析法当前应用解析分析法在求解有关洞室围岩稳固性问题时，通常采纳弹性和弹塑性两种方式进行，且均按平面问题的极坐标进行解答。
当围岩的岩性均匀，岩体坚硬完整，且其应力水平未超过弹性极限时，可将围岩视为均匀、各项同性的弹性体，按弹性理论分析围岩应力。
地下硐室围岩稳定分析
地下硐室围岩稳定分析5.地下洞室围岩稳定性分析―――岩体⼒学作业之五⼀、名词释义1.围岩：指由于⼈⼯开挖使岩体的应⼒状态发⽣了变化，⽽这部分被改变了应⼒状态的岩体称为围岩。
地下⼯程开挖过程中，在发⽣应⼒重分布的那⼀部分⼯程岩体称为围岩。
2.围岩压⼒：地下洞室围岩在重分布应⼒作⽤下产⽣过量的塑性变形或松动破坏，进⽽引起施加于⽀护衬砌上的压⼒。
作⽤在⽀护物上的围岩的变形挤压⼒或塌坍岩体的重⼒称为围岩压⼒。
3.静⽔应⼒状态：在岩⽯⼒学中，地下深部岩体在⾃重作⽤下，岩体中的⽔平应⼒和垂直应⼒相等的应⼒状态。
4.形变围岩压⼒：指围岩在⼆次应⼒作⽤下局部进⼊塑性，缓慢的塑性变形作⽤在⽀护上形成的压⼒，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹—粘塑性变形形成的⽀护压⼒。
⼀般发⽣在塑性或者流变性较显著的地层中。
5.松动围岩压⼒：指因围岩应⼒重分布引起的或施⼯开挖引起的松动岩体作⽤在隧道或坑道井巷等地下⼯程⽀护结构上的作⽤压⼒。
⼀般是由于破碎的、松散的、分离成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。
6.冲击围岩压⼒：（1）是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压⼒作⽤下，围岩产⽣内破坏，发⽣突然脆性破坏并涌向开挖(采掘)空间的⼀种动⼒现象。
（2）强度较⾼且完整的弹脆性岩体过渡受⼒后突然发⽣岩⽯弹射变形所引起的围岩压⼒。
7.膨胀围岩压⼒：在遇到⽔分的条件下围岩常常发⽣不失去整体性的膨胀变形和位移，表现在顶板下沉、地板隆起和两帮挤出，并在⽀护结构上形成形变压⼒的现象。
8.应⼒集中：受⼒物体或构件在其形状或尺⼨突然改变之处引起应⼒在局部范围内显著增⼤的现象。
9.应⼒集中系数：指岩体中⼆次应⼒与原始应⼒的⽐值，也可⽤井巷开挖后围岩中应⼒与开挖前应⼒的⽐值来表⽰。
10.侧压系数：岩体中⼀点的⽔平应⼒与垂直应⼒的⽐值。
11.围岩（弹性）抗⼒系数：当隧洞受到来⾃隧洞内部的压⼒P时，在内压⼒作⽤下，洞壁围岩必然向外产⽣⼀定的位移△α，则定义围岩的弹性抗⼒系数为K＝P／△α。
洞室围岩稳定性研究及支护方案建议
洞室围岩稳定性研究及支护方案建议一、引言洞室围岩稳定性一直是地下工程中极为重要的问题，它关系到工程的安全与可靠性。
在本文中，我们将针对洞室围岩的稳定性问题进行研究，并提出相应的支护方案建议。
二、背景地下洞室工程是人类利用地下空间资源的重要手段，广泛应用于地铁、隧道以及水利、矿山等领域。
然而，由于地质条件的复杂性，洞室围岩稳定性问题一直困扰着工程师们。
处理好围岩的稳定性问题，将为地下工程的安全运行提供保障。
三、研究现状目前，对于洞室围岩稳定性的研究已取得一定成果。
研究者们通过实地观测、数值模拟以及室内试验等手段，深入探究了围岩的力学性质、变形特征以及破坏机理。
这些研究成果为我们提供了宝贵的基础数据。
四、围岩力学性质分析围岩的力学性质是洞室稳定性研究的基础，通过对岩石的抗压强度、弹性模量、滑移特性等进行测试和分析，可以对围岩的稳定性进行评估。
此外，还需考虑岩石的节理、岩石的裂缝和破碎程度等因素。
五、围岩变形特征研究围岩在受到应力作用下会发生变形，这种变形特征对于洞室稳定性的影响至关重要。
当前的研究主要集中在围岩的压缩变形、剪切变形以及破裂变形等方面。
了解围岩的变形特征可以为后续的支护方案制定提供重要参考。
六、围岩破坏机理探究围岩破坏是围岩稳定性问题中的核心内容，它关系到洞室的整体稳定性。
目前的研究主要集中在岩体的破裂方式、破裂类型、破裂力学以及围岩的支护措施等方面。
通过对围岩破坏机理的深入探究，我们可以更好地预测围岩的破坏情况，并制定相应的支护方案。
七、支护方案建议针对洞室围岩的稳定性问题，我们可以采取多种支护方案来增强围岩的稳定性。
具体的支护措施包括加固围岩、注浆加固、锚杆加固等。
在选择支护方案时，需要综合考虑洞室的大小、围岩的性质、地质条件以及经济成本等因素，并进行合理的设计和施工。
八、总结通过对洞室围岩稳定性的研究，我们可以更好地了解围岩的力学性质、变形特征以及破坏机理，为地下工程的安全运行提供保障。
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。
地下洞室围岩稳定性分析
地下洞室围岩稳定性分析在进行地下洞室围岩稳定性分析时，一般需要考虑以下几个主要因素：1.岩层的力学性质：岩层的力学性质是岩石稳定性的基础。
要进行稳定性分析，首先需要获取岩层的力学参数，如岩石的强度、弹性模量和剪胀性等。
通常可以通过室内试验、现场调查和实测等方法获得这些参数，或者借助已有的类似工程的资料进行评估。
2.地下水：地下水是地下洞室稳定性分析中重要的一项因素。
地下水对围岩的稳定性产生的主要影响是增加孔隙水压，降低岩层的有效应力，促使岩体产生破坏。
因此，需要充分考虑地下水对岩层的影响，包括水位高度、水质状况、渗流特性等。
3.岩体结构：岩体的结构对于岩层稳定性具有重要影响。
岩体的结构主要表现为节理、裂隙、岩体层理等。
这些结构特征对洞室的稳定性有直接影响，形成控制洞室稳定的主要因素之一、因此，在进行稳定性分析时，需要对岩体的结构特征进行详细调查和分析，选择合适的建模方法进行模拟。
4.洞室开挖方式和支护措施：洞室的开挖过程和支护措施对围岩稳定性有着直接的影响。
开挖过程中，洞室周围会受到剪切应力和变形等影响，进而对围岩稳定性产生影响。
因此，在稳定性分析中需要考虑洞室开挖方式和支护措施的影响，选择合适的岩体应力场和支护材料。
在进行地下洞室围岩稳定性分析时，常用的方法包括力学分析法、数值模拟法和现场监测法等。
力学分析法通过分析力学参数和地质参数，计算岩体的稳定系数，从而评估围岩的稳定性。
数值模拟法通过建立数学模型，采用有限元或边界元方法，模拟洞室周围围岩的变形和破坏过程，预测洞室的稳定性。
现场监测法是指通过安装监测点，对洞室周围的围岩变形和破坏进行实时监测，从而评估围岩的稳定性。
综上所述，地下洞室围岩稳定性分析是一个复杂的工程问题，需要考虑多个因素的综合影响。
只有充分了解地下洞室周围的地质和力学条件，选择合适的分析方法和模型，才能有效评估围岩的稳定性，并制定出合理的支护措施，确保地下洞室的安全和持续稳定。
(完整版)第八章地下洞室围岩稳定性分析
第八章地下洞室围岩稳定性分析第一节概述1．地下洞室（underground cavity）：指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。
2．我国古代的采矿巷道，埋深60m，距今约3000年左右（西周）。
目前，地下洞室的最大埋深已达2500m，跨度已过50m，同时还出现有群洞。
3．分类：按作用分类：交通隧洞（道）、水工隧洞、矿山巷道、地下厂房仓库、地铁等等；按内壁有无水压力：有压洞室和无压洞室；按断面形状为：圆形、矩形或门洞形和马蹄形洞室等；按洞轴线与水平面间的关系分为：水平洞室、竖井和倾斜洞室三类；按介质，土洞和岩洞。
4．地下洞室→引发的岩体力学问题过程：地下开挖→天然应力失衡，应力重分布→洞室围岩变形和破坏→洞室的稳定性问题→初砌支护：围岩压力、围岩抗力（有内压时）（洞室的稳定性问题主要研究围岩重分布应力与围岩强度间的相对关系）第二节围岩重分布应力计算1．围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体。
2．地下洞室围岩应力计算问题可归纳的三个方面：①开挖前岩体天然应力状态（一次应力、初始应力和地应力）的确定；②开挖后围岩重分布应力（二次应力）的计算；③支护衬砌后围岩应力状态的改善。
3．围岩的重分布应力状态（二次应力状态）：指经开挖后岩体在无支护条件下，岩体经应力调整后的应力状态。
一、无压洞室围岩重分布应力计算1．弹性围岩重分布应力坚硬致密的块状岩体，当天然应力()c v h σσσ21≤、，地下洞室开挖后围岩将呈弹性变形状态。
这类围岩可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，其围岩重分布应力可用弹性力学方法计算。
重点讨论圆形洞室。
（1）圆形洞室深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室，可以用柯西求解，看作平面应变问题处理。
无限大弹性薄板，沿X 方向的外力为P ，半径为R 0的小圆孔，如图8.1所示。
任取一点M （r ,θ）按平面问题处理，不计体力。
则：……………………①式中Φ为应力函数，它是x 和y 的函数，也是r 和θ的函数。
第八章地下洞室围岩稳定性分析
第八章地下洞室围岩稳定性分析
一、地下洞室围岩稳定性
地下洞室围岩稳定性是指开挖地下洞室时，所受水、渗、力、温度变
化作用下，围岩在洞室形成过程中，确保其稳定性，防止发生失稳破坏的
能力。
地下采掘洞室围岩稳定性受到岩性、受力形式、受力程度、渗透性、温度变化、洞室形状及支护形式等多种因素的影响，是复杂的工程力学问题。
二、稳定性分析指标
1、岩体的稳定性
假设在洞室围岩失稳前，围岩的状态是完全稳定的，所以在洞室围岩
的稳定性分析中，首先要对围岩的物理力学性质进行研究，确定洞室围岩
的初始稳定性或不稳定性，对洞室围岩的加载稳定性进行评价，并确定必
要的加固措施。
2、洞室围岩作用的潜在施工影响
稳定性分析还要考虑洞室的施工对围岩的影响，如渗漏的影响，支撑
结构的影响，排水管的影响，洞室入口封闭的影响等。
这些因素会对洞室
围岩的稳定性造成一定影响。
三、稳定性分析方法
1、岩层垂直受力平衡分析法
岩层垂直受力平衡分析法是指将洞室每一层的垂直受力状况按照垂直
受力平衡原理，进行层层分析，以确定每一层的受力及稳定情况。
地下洞室围岩的稳定性问题
由于地下洞室的开挖破坏了 岩土体中原有的应力状态（一次 应力状态），造成应力重分布 （二次重分布应力）。
1.1围岩应力的重分布
2.围岩与围岩压力 围岩是指地下洞室开挖后发生应力重分布的洞周围的
土体。洞室开挖后，为保证洞室的稳定需要经常进行支护 和衬砌，洞室支护和衬砌结构上必然受到围岩变形和破坏 的岩土体的压力，这种由于围岩的变形与破坏而作用于支 护和衬砌上的压力，称为围岩压力。围岩压力按其形成方 式主要有以下几种：
（3）冲击压力。冲击压力也 称“岩爆”，当建筑物埋深较大 ，或由于构造作用使初始应力很 高，开挖后洞体应力超过了围岩 的弹性界限时，这些能量突然释 放所产生的巨大压力，称为冲击 压力。
（4）膨胀压力。某些岩土体 由于遇水后体积膨胀而产生膨胀 压力。膨胀压力的大小取决于岩 土体的物理力学性质和地下水的 活动特征。
1.2地下洞室围岩的变形与破坏
（4）弯折内鼓。在薄层脆性 围岩中，当卸荷回弹或切向压应 力超过薄层岩层的抗弯强度时， 岩体变形、破坏将主要表现为层 状岩层以弯折内鼓的方式破坏。
当以垂直应力为主时，水平 岩层在洞顶易产生弯折；当以水 平应力为主时，竖直岩层在洞壁 易产生弯折。
Hale Waihona Puke 在卸荷回弹造成的破坏中， 破坏主要发生在地应力较高的岩 体内（如深埋洞室或水平应力高 的洞室），并且总是在与岩体内 初始最大应力垂直相交的洞壁上 表现最强烈。
（1）松动压力。松动压力也称“散体压力”，指由 于围岩松动或坍塌的岩土体以重力形式作用在支护结构 上的压力。
1.1围岩应力的重分布
（2）变形压力。变形压力是 指支护结构为抵抗围岩变形而承受 的压力。围岩变形是时间的函数， 变形压力与围岩变形和支护结构有 关，所以变形压力是时间和支护结 构特征的函数。洞室开挖后，一定 的支护结构应有一个合理的支护时 间；若同一支护时间采用不同的支 护结构，则变形压力也不同，一般 支护结构柔性越好，变形压力就越 小。
地下洞室围岩稳定性分析(DOC)
第八章地下洞室围岩稳定性分析第一节概述地下洞室(underground cavity)是指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。
从围岩稳定性研究角度来看，这些地下构筑物是一些不同断面形态和尺寸的地下空间。
较早出现的地下洞室是人类为了居住而开挖的窑洞和采掘地下资源而挖掘的矿山巷道。
如我国铜绿山古铜矿遗址留下的地下采矿巷道，最大埋深60余米，其开采年代至迟始于西周(距今约3000年)。
但从总体来看，早期的地下洞室埋深和规模都很小。
随着生产的不断发展，地下洞室的规模和埋深都在不断增大。
目前，地下洞室的最大埋深已达2 500m，跨度已超过30m；同时还出了多条洞室并列的群洞和巨型地下采空系统，如小浪底水库的泄洪、发电和排砂洞就集中分布在左坝肩，形成由16条隧洞(最大洞径14.5m)并列组成的洞群。
地下洞室的用途也越来越广。
地下洞室按其用途可分为交通隧道、水工隧洞、矿山巷道、地下厂房和仓库、地下铁道及地下军事工程等类型。
按其内壁是否有内水压力作用可分为有压洞室和无压洞室两类。
按其断面形状可分为圆形、矩形、城门洞形和马蹄形洞室等类型。
按洞室轴线与水平面的关系可分为水平洞室、竖井和倾斜洞室三类。
按围岩介质类型可分为土洞和岩洞两类。
另外，还有人工洞室、天然洞室、单式洞室和群洞等类型。
各种类型的洞室所产生的岩体力学问题及对岩体条件的要求各不相同，因而所采用的研究方法和内容也不尽相同。
由于开挖形成了地下空间，破坏了岩体原有的相对平衡状态，因而将产生一系列复杂的岩体力学作用，这些作用可归纳为：(1)地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，洞室周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力状态，称为重分布应力状态。
(2)在重分布应力作用下，洞室围岩将向洞内变形位移。
如果围岩重分布应力超过了岩体的承受能力，围岩将产生破坏。
(3)围岩变形破坏将给地下洞室的稳定性带来危害，因而，需对围岩进行支护衬砌，变形破坏的围岩将对支衬结构施加一定的荷载，称为围岩压力(或称山岩压力、地压等)。
岩体地下洞室块体稳定性分析及对策
第5期2021年5月广东水利水电G U A N G D O N G WA T E R R E S O U R C E S A N D H Y D R O P OW E RN o .5M a y 2021岩体地下洞室块体稳定性分析及对策杨继华1,张 辉1,崔 臻2(1.黄河勘测规划设计研究院有限公司,河南郑州 450003;2.中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北武汉 430071)摘 要:针对地下洞室块体稳定问题,以江门地下实验站为背景,基于块体理论和块体稳定分析程序U NW E D G E ,通过开挖过程中的节理统计,对不同节理组合条件下的块体进行了稳定分析,采用U NW E D G E 计算得出了块体的安全系数,对于安全系数不满足要求的块体,提出了采用锚杆及喷射混凝土的支护加固措施,支护后块体安全系数均大于2.5,保证了块体的稳定㊂关键词:地下洞室;块体稳定性;U NW E D G E 程序;安全系数;锚杆;喷射混凝土中图分类号:T U 457 文献标识码:A 文章编号:1008-0112(2021)05-0023-05收稿日期:2021-01-05;修回日期:2021-03-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:52079133);黄河勘测规划设计研究院有限公司自主研究开发项目(编号:2018-k y10)㊂作者简介:杨继华(1980-),男,博士,高级工程师,主要从事工程地质勘察㊁设计与研究工作㊂1 概述岩体是一种由结构面和结构体组成的复杂介质,结构面一般包括岩体中存在的断层面㊁节理面㊁层理面㊁片理面等㊂在地下洞室开挖中,由结构面的发育情况和结构体(岩石)的强度决定的岩体基本质量是岩体稳定的主要影响因素[1]㊂研究表明,在相同的岩石强度条件下,围岩的稳定主要由结构面的性质控制,如结构面的发育密度㊁产状㊁力学特性等㊂地下洞室开挖后,打破了围岩原有的静力平衡状态,当有临空面存在时,受结构面切割的岩石块体可能滑塌或掉落,造成围岩的失稳,影响地下洞室的施工安全㊁增加支护及衬砌的工程量[2-3]㊂在地下洞室开挖过程中,根据岩体结构面的性质,选择合适的方法对围岩进行块体稳定性分析并提出处理措施对保障施工安全㊁降低施工成本具有重要的意义㊂针对此问题,国内外较多的学者及工程技术人员开展了相关问题的研究㊂文献[4]针对锦屏一级水电站泄洪洞,采用了赤平投影㊁统计分析等方法,对不稳定块体进行了分析预测,研究了不同节理组合条件下块体的破坏模式,提出了支护措施;文献[5]根据裂隙优势结构面组合,对阜康抽水蓄能电站地下厂房围岩进行了块体稳定性分析,结果表明,对于安全系数小于1.0的块体采用系统锚固或局部加强支护后,可保证块体的安全;文献[6]以大岗山水电部地下厂房为背景,统计分析了厂房的地质素描图,对随机块体进行了搜索并进行了稳定性评价,为支护提供了依据;文献[7]考虑岩体节理的随机特性,在块体理论中应用了概率分析方法,结合工程实例进行了洞室随机块体稳定性分析,得到了块体安全所需的锚固力㊂不同地下工程的地质条件,如地层岩性特征㊁结构面发育特征等影响围岩块体稳定的因素均有较大的差别,某个工程的分析结果难以直接应用到其它工程,因此,需要具体问题具体分析,以便采取的措施具有针对性㊂本文以江门某地下实验站工程地下洞室为背景,采用块体稳定分析程序U NW E D G E ,对施工斜井㊁竖井及超大跨度地下洞室进行块体稳定性分析,并提出支护㊁加固处理措施㊂2 工程概况江门市某地下实验站工程主要由斜井㊁竖井㊁实验厅及附属洞室等组成㊂其中斜井入口高程为64.27m ,末㊃32㊃端高程为-460.00m ,斜长为1340.60m ,水平长为1233.79m ,坡度i =0.4249,断面为城门洞型,宽为5.40m ,高为5.50m ;竖井入口高程为132.00m ,底部高程为-484.30m ,深为616.30m ,断面为圆形,直径为5.50m ;实验厅最大埋深约700m ,55.25mˑ48.00mˑ27.00m (长ˑ宽ˑ高),为超大跨度地下洞室,实验厅下部水池内径为42.50m ,水池最大高度为42.50m ㊂工程区的地层主要为燕山期第三期侵入花岗岩体(γ52(3)),岩性为灰白色中细粒白云母㊁黑云母二长花岗岩㊁中细粒二长花岗岩,微风化-新鲜,岩体以块状结构为主,局部次块状,微-新风化花岗岩饱和抗压强度一般为80~120M P a ,平均值约为97M P a㊂根据地表工程地质测绘及已开挖竖井㊁斜井揭露的地质情况,工程区主要发下以下5组节理:L 1:170ʎ~180ʎø70ʎ,节理面起伏粗糙,张开 紧闭,充填铁质㊁岩屑,间距为0.3~0.5m ,最大延伸长度为20m ;L 2:190ʎ~200ʎø54ʎ,节理面平直粗糙,张开,无充填,间距为0.2~0.3m ,最大延伸长度为40m ;L 3:10ʎ~20ʎø15ʎ,节理面平直粗糙,紧闭,无充填,间距大于3m ,最大延伸长度为20m ;L 4:180ʎ~190ʎø84ʎ,节理面平直粗糙,张开,充填岩屑,间距为0.4~0.5m ,最大延伸长度为5~10m ;L 5:220ʎ~230ʎø73ʎ,节理面起伏粗糙,紧闭 微张,无充填,间距为0.5~1.0m ,最大延伸长度为40m ㊂节理面的赤平投影见图1所示,据初步分析,缓倾角节理(L 3)对大厅顶拱稳定不利,与其他4组节理组合,特别是走向相同的节理(L 2)组合可能在顶拱局部产生不稳定块体㊂不同的节理组合形成不稳定块体的位置及规模需要进一步的分析㊂图1 节理面赤平投影示意3 U NW E D G E 程序简介U NW E D G E 是加拿大的R o c s c i n c e 公司针对地下洞室围岩块体稳定性开发的可视化分析软件,其理论基础为G o o d m a n 和S h i 在1985年提出的块体理论[8-9]㊂通常情况下,块体被定义为四面体岩石,其中包括3条节理面及1个开挖临空面,当块体的位置确定后,块体的几何特征如体积㊁表面积及滑动方向即可确定[10]㊂块体的受力可分为主动力和被动力,主动力一般是指使块体失稳的滑动力,被动力是指块滑动的阻滑力㊂主动力和被动力是由每个滑面上各个力的矢量和组成㊂主动力由式(1)计算:A =W +C +X +U +E(1)式中 A 为块体主动力之和;W 为块体重力;C 为混凝土重力;X 为块体的主动压力;U 为地下水压力;E 为地震力㊂被动力由式(2)计算:P =H +Y +B(2)式中 P 为被动力之和;H 为喷射混凝土的抗剪力;Y 被动压力;B 为锚杆力㊂U NW E D G E 程序采用安全系数F 来定量评价块体的稳定性,其主要分析块体3种状态的安全系数:直接滑落块体安全系数F f ,无支护块体安全系数F u 及支护块体安全系数F s ㊂安全系数F 由式(3)定义: F =阻滑力滑动力(3)1)直接滑落块体安全系数F f U NW E D G E 程序在计算直接滑落块体安全系数时假定块体的阻滑力只包括被动支护力和拉力,一般不考虑节理面的剪切强度及滑动方向等影响因素㊂滑动力主要包括块体重力㊁混凝土重力㊁主动压力㊁地下水压力及地震力,滑动方向为各滑动力的矢量和的方向㊂其安全系数由下式计算:F f =-P ㊃s 0^+ð3i =1T iA ㊃s 0^(4)T i =σt i a i s i n θi(5)s 0^=AA(6)㊃42㊃2021年5月 第5期杨继华,等:岩体地下洞室块体稳定性分析及对策N o .5 M a y 2021式中 T i 为第i 条节理拉力;σt i 为第i 条节理抗拉强度;a i 为第i 条节理面积;θi 为第i 条节理与滑动方向的夹角;s 0^为块体滑落方向㊂2)无支护块体安全系数F u U NW E D G E 程序在计算无支护块体安全系数时假定块体阻滑力只有节理面的剪切力和抗拉力产生,不考虑被动支护力的作用㊂块体滑动力仍然为块体重力㊁混凝土重力㊁主动压力㊁地下水压力及地震力㊂滑动力只考虑由法向力产生的剪切力,不考虑阻滑力法向力产生的剪切力㊂F u =ð3i =1(J ui+T i )A ㊃s^(7)J ui =τi a i c o s θi(8)式中 J ui 为第i 条节理产生的剪切力;τi 为第i 条节理的剪切强度㊂3)支护块体安全系数F s U NW E D G E 程序在计算支护条件下的块体安全系数时假定块体的阻滑力由节再面的剪切力㊁抗拉力和支护力组成㊂块体滑动力仍然为块体重力㊁混凝土重力㊁主动压力㊁地下水压力及地震力㊂滑动方向为块体所受的各个滑动力矢量和方向㊂F s =-P ㊃s^+ð3i =1(J si +T i )A ㊃s^(9)4 块体稳定性分析在江门地下实验站洞室开挖过程中,对揭露的节理裂隙进行了统计,发现洞室围岩以Ⅱ类为主,围岩整体基本稳定,但由洞室跨度大㊁边墙高,节理裂隙及开挖临空面组合,形成不稳定块体,局部会掉块和滑塌等破坏,需要进一步分析块体稳定性㊂4.1 块体稳定性系数采用U NW E D G E 程序对不同节理组合条件下块体进行了稳定性分析㊂分析中采用的参数如下:节理摩擦角为30ʎ,节理面凝聚力为0.08M P a,节理面抗拉强度为0,花岗岩岩石密度为2.70g /c m 3,锚杆拉力为20.0t ,喷射混凝土剪切强度为2.0M P a,混凝土密度为2.60g /c m 3㊂根据第2节的节理统计,5组节理可产生10组组合,不同节理组合条件下块体稳定性计算结果如表1及图2所示㊂实际开挖过程中,对分析的块体位置进行了现场复核,发现分析的位置与实际块体的出露位置基本符合,但分析中稳定性系数低于1.0的块体多数并未发生失稳破坏,其主要原因如下:U NW E D G E 程序计算时,考虑的是块体的最大尺寸,即节理面的延伸长度是无限的,实际多数节理的延伸长度有限,当与其他节理未连通时,并不能形成不稳定块体,因此,不会发生破坏㊂但对于围岩内部的节理延伸情况㊁连通情况等很难查清,为安全起见,仍需要对分析的不稳定块体进行支护㊂块体的安全系数一般认为大于1.5即可视为稳定㊂通过图2及表1可以看出,江门地下实验站洞室在不同节理组合条件共形成13处不稳定块体,需要进行支护加固,支护措施主要为锚杆及喷射混凝土,支护后13处不稳定块体的安全系数均大于2.5,说明支护措施有效,可保证块体的稳定性㊂(L 1㊁L 3㊁L 5)(L 1㊁L 2㊁L 5)(L 1㊁L 3㊁L 5)(L 1㊁L 4㊁L 5) (L 2㊁L 3㊁L 5) (L 2㊁L 4㊁L 5)图2 江门地下实验站不稳定块体示意4.2 节理面摩擦角与块体稳定性系数相关性分析节理面参数对边坡及洞室围岩等的稳定性影响较大,如摩擦角与凝聚力等[11-12],其中摩擦角影响最大,为分析摩擦角对块体稳定性的影响,以块体表1中的块体1为例,计算摩擦角取值范围25ʎ~35ʎ条件㊃52㊃2021年5月 第5期广东水利水电N o .5 M a y 2021下块体的稳定性系数,计算结果如图3所示㊂由图3可以看出,随着节理面摩擦角取值的提高,块体稳定性系数基本上呈线性增加,可为块体的稳定支护措施提供另个一个思路,除了锚杆㊁喷混凝土等措施之外,可采用对节理裂隙进行固结灌浆的方法,以提高节理面的摩擦角,进而提高块体的稳定性系数㊂表1 江门实验站地下洞室块体稳定性分析块体编号块体出露部位节理面组合情况块体重量/t 支护前安全系数支护后安全系数锚杆及喷混凝土支护形式1试验大厅顶拱L 1:175ʎø70ʎL 3:15ʎø15ʎL 5:225ʎø75ʎ247.206.91 锚杆长为10.0m ,锚杆间距为2.0m ,喷射混凝土厚为20c m2下部水池边墙北侧L 1:175ʎø70ʎL 2:195ʎø54ʎL 5:225ʎø73ʎ523.30.454.52 锚杆长为6.0m ,锚杆间距为1.5m ,喷射混凝土厚为20c m3下部水池边墙西侧L 1:175ʎø70ʎL 2:195ʎø54ʎL 5:225ʎø73ʎ772.80.818.90 锚杆长为6.0m ,锚杆间距为 1.5m ,喷射混凝土厚为20c m4下部水池边墙北侧L 1:175ʎø70ʎL 3:15ʎø15ʎL 5:225ʎø75ʎ55.60.956.99 锚杆长为8.0m ,锚杆间距为 2.0m ,喷射混凝土厚为20c m5下部水池边墙西侧L 1:175ʎø70ʎL 3:15ʎø15ʎL 5:225ʎø75ʎ687.60.494.92 锚杆长为8.0m ,锚杆间距为 2.0m ,喷射混凝土厚为20c m6下部水池边墙东侧L 1:175ʎø70ʎL 3:15ʎø15ʎL 5:225ʎø75ʎ154.90.726.07 锚杆长为8.0m ,锚杆间距为 2.0m ,喷射混凝土厚为20c m7下部水池边墙西侧L 1:175ʎø70ʎL 4:185ʎø84ʎL 5:225ʎø73ʎ210.20.438.87 锚杆长为8.0m ,锚杆间距为 2.0m ,喷射混凝土厚为15c m8下部水池边墙东侧L 1:175ʎø70ʎL 4:185ʎø84ʎL 5:225ʎø73ʎ1190.10.302.50 锚杆长为8.0m ,锚杆间距为 2.0m ,喷射混凝土厚为15c m9下部水池边墙东侧L 1:175ʎø70ʎL 4:185ʎø84ʎL 5:225ʎø73ʎ208.11.1721.26 锚杆长为8.0m ,锚杆间距为 2.0m ,喷射混凝土厚为15c m10下部水池边墙东侧L 2:195ʎø54ʎL 4:185ʎø84ʎL 5:225ʎø73ʎ252.40.466.70 锚杆长为10.0m ,锚杆间距为 2.0m ,喷射混凝土厚为15c m11下部水池边墙东侧L 2:195ʎø54ʎL 4:185ʎø84ʎL 5:225ʎø73ʎ782.10.898.10 锚杆长为10.0m ,锚杆间距为 2.0m ,喷射混凝土厚为15c m12下部水池边墙北侧L 3:15ʎø15ʎL 4:185ʎø84ʎL 5:225ʎø73ʎ35.90.6321.24 锚杆长为8.0m ,锚杆间距为 2.0m ,喷射混凝土厚为15c m13下部水池边墙东侧L 3:15ʎø15ʎL 4:185ʎø84ʎL 5:225ʎø73ʎ3268.80.722.63锚杆长为15.0m ,锚杆间距为 1.5m ,喷射混凝土厚为20cm图3 节理面摩擦角与块体稳定性关系示意5 结语江门地下实验站洞室跨度大,存在开挖过程中的不稳定块体的破坏问题,采用U NW E D G E 程序对开挖过程中的顶拱及下部水井边墙的块体进行稳定性分析,发现多处稳定性系数小于1.0的块体,针对不同稳定性系数㊁位置㊁尺寸㊁重量的块体采用不同的锚杆㊁喷射混凝土支护后,能保证块体的稳定性要求㊂㊃62㊃2021年5月 第5期杨继华,等:岩体地下洞室块体稳定性分析及对策N o .5 M a y 2021U NW E D G E只能考虑四面体的块体,但在工程实际中,所遇到的块体不一定都是四面体,可能还有五面体,甚至六面体,虽然五面体㊁六面体可以拆分成若干四面体,但增加了分析难度㊂U NW E D G E程序搜索的是3组节理组合出现的最大的不利块体组合,因此,需要随着开挖的进行,尽可能多地收集资料,及时根据新的资料利用节理发育(间距㊁延伸长度等)特点在程序中调整节理的实际延伸长度㊂参考文献:[1]工程岩体分级标准:G B/T50218 2014[S].北京:中国计划出版社,2014.[2]张发明,余成,胡梦蛟,等.大跨度地下洞室群围岩多尺度块本稳定性预测方法[J].地球科学与环境学报,2015, 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[4]朱文彬,伍法权,任爱武,等.复杂构造条件下大型地下工程开挖局部不稳定块体分析与预测[J].中国地质灾害与防治学报,2009,20(4):130-134.[5]贾巍,于冲,石广斌.块体理论在阜康抽水蓄能电站地下厂房围岩稳定分析中的应用[J].西北水电,2015,(1): 20-24.[6]胡义,徐光黎,申艳军,等.块体理论在水电站洞室围岩稳定分析中的应用[J].地下空间与工程学报,2009,5(S1):1370-1374.[7]孙增兵.节理岩体地下洞室随机块体稳定性分析研究[J].地下空间与工程学报,2019,15(4):1125-1132. [8] S H I G H,G O O D MA N R E.A n e w c o n c e p t f o r s u p p o r t o fu n d e r g r o u n d a n d s u r f a c e e x c a v a t i o n i n d i s c o n t i n u o u s r o c k sb a s e d o n a k e y s t o n e p r i nc i p l e[C]ʊP r o c e ed i n g s o f t h e22n dU.S.S y m p o s i u m o n R o c k M e c h a n i c s,1981:310-370.[9] G O O D M A N.R.E,S H I G H.B l o c k t h e o r y a n d i t s a p p l i c a t i o nt o r o c k e n g i n e e r i n g[M].N e w J e r s e y:P r e n t i c e-H a l l,1985.[10]杨继华,郭卫新,姚阳,等.基于U NW E D G E程序的地下洞室块体稳定性分析[J].资源环境与工程,2013,27(4):379-381.[11]廖珊珊,张玉成,胡海英.边坡稳定性影响因素的探讨[J].广东水利水电,2011(7):31-34. [12]张建.开挖和隧洞掘进对洞脸边坡影响的有限元分析[J].广东水利水电,2017(4):31-35.(本文责任编辑王瑞兰)S t a b i l i t y A n a l y s i s a n d C o u n t e r m e a s u r e s o f R o c k B l o c k i n U n d e r g r o u n d C a v e r nY A N G J i h u a1,Z H A N G H u i1,C U I Z h e n2(1.Y e l l o w R i v e r E n g i n e e r i n g C o n s u l t i n g C o.,L t d,Z h e n g z h o u450003,C h i n a;2.I n s t i t u t e o f R o c k a n d S o i l M e c h a n i c s,C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s,W u h a n430071,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n g a t t h e b l o c k s t a b i l i t y p r o b l e m i n u n d e r g r o u n d c a v e r n,t a k i n g J i a n g m e n u n d e r g r o u n d e x p e r i m e n t a l s t a t i o n a s t h e b a c k g r o u n d,b a s e d o n b l o c k t h e o r y a n d b l o c k s t a b i l i t y a n a l y s i s p r o g r a m U NW E D G E,t h e b l o c k s t a b i l i t y u n d e r d i f f e r e n t j o i n t c o m b i n a t i o n c o n d i t i o n s i s a n a l y z e d t h r o u g h j o i n t s t a t i s t i c s d u r i n g e x c a v a t i o n.T h e s a f e t y f a c t o r o f b l o c k i s c a l c u l a t e d b y U NW E D G E.F o r b l o c k s w h o s e s a f e t y f a c t o r d o e s n o t m e e t t h e r e q u i r e m e n t s,t h e s u p p o r t a n d r e i n f o r c e m e n t m e a s u r e m e n t o f b o l t a n d s h o t c r e t e a r e p r o p o s e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s a f e t y f a c t o r o f t h e b l o c k i s g r e a t e r t h a n2.5,w h i c h e n s u r e s t h e s t a b i l i t y o f t h e b l o c k.K e y w o r d s:u n d e r g r o u n d c a v e r n;r o c k b l o c k s t a b i l i t y;s a f e t y f a c t o r;U NW E D G E p r o g r a m;b o l t;s h o tc r e t e㊃72㊃2021年5月第5期广东水利水电N o.5 M a y2021。
岩体力学教学课件 第五章 地下洞室围岩稳定性分析
地质勘查与监测措施
加强地质勘查
在施工前进行详细的地质勘查， 了解围岩的分布、性质和结构，
为设计提供依据。
施工监测
在施工过程中进行实时监测，及 时发现围岩变形、位移等异常情
况，采取相应措施。
长期监测
在洞室使用过程中进行长期监测 ，了解围岩稳定性的变化情况，
为维护和加固提供依据。
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有限差分法
将连续的岩体离散成有限个差分网格，通过差分方程近似描述岩体的 运动规律，对围岩的稳定性进行计算和分析。
边界元法
基于边界积分方程的数值方法，适用于求解具有复杂边界条件的围岩 稳定性问题。
无单元法
不需对岩体进行离散，而是通过节点信息直接建立数学模型，对围岩 的稳定性进行计算和分析。
物理模拟方法
解析方法
01
02
03
04
极限平衡法
基于力的平衡原理，通过分析 岩体的滑移、倾倒等极限状态 ，对围岩的稳定性进行评估。
赤平投影法
利用赤平投影原理，对岩体的 节理、断层等结构面进行投影 分析，评估围岩的稳定性。
块体理论
将岩体离散成若干个块体，基 于块体的运动规律和相互作用 ，对围岩的稳定性进行分析。
关键块体分析法
支护设计
根据围岩稳定性评价结果，进行支护 设计，包括锚杆、钢筋网、喷射混凝 土等支护措施的选择和设计。
围岩稳定性监测与预警系统
位移监测 应力监测 声发射监测 预警系统
通过位移传感器对围岩的位移量进行实时监测，包括水平位移 和垂直位移。
通过应力传感器对围岩的应力状态进行监测，包括压应力、拉 应力和剪应力。
排水降压
降低地下水位，减少水压 力对围岩的影响，提高围 岩稳定性。
第七章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析
水平及倾斜岩层中的地下洞室
陡立岩层中的地下洞室
（四）地下水
断层对地下洞室选线的影响
3．岩层产状的影响
(1)洞室轴线与岩层走向垂直。这种情况， 围岩的稳定性较好，特别是对边墙稳定有利。 当岩层较陡时稳定性最好。当岩层倾角较平缓 且节理发育时，在洞顶易发生局部岩块坍落现 象，洞室顶部常出现阶梯形超挖。
单斜岩层中的地下洞室
(2)洞室走向与岩层走向平行 在水平岩层中布置洞室时，应尽量使洞室位 于均质厚层的坚硬岩层中，应避免将软弱岩层置 于洞室顶部，因为软弱岩层易于造成顶板悬垂或 坍塌。软弱岩层位于洞室两侧或底部也不利，它 容易引起边墙或底板鼓胀变形或被挤出。 在倾斜岩层中，一般说来是不利的。当洞身 通过软硬相间或破碎的倾斜岩层时，顺倾向一侧 的围岩易于变形或滑动，造成很大的偏压，逆倾 向一侧围岩侧压力小，有利于稳定。因此，在倾 斜岩层中最好将洞室选在均一完整坚硬的岩石中。 此外，岩层的倾角对围岩的稳定性也有影响。
r
r0 r0 2r0 3r0 4r0 5r0 6r0
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。
（一）洞口的地形和地质条件 洞口宜设在山体坡度较大的一面（大于30°），岩层 完整，覆盖层较薄，最好设置在岩层裸露的地段，以 免切口刷坡时刷方太大，破坏原来的地形地貌。
地下洞室围岩稳定性分析与评价
赤平投影网及其透视图
90
O
O
平面投影
直线投影
直线旋转
直线投影到已知平面
② 结构体稳定性及失稳方式的一般判定
如图所示为三种典型情况：
a）块体顶点的铅垂线通过块体的底面，则块体是在重力作用 下的直接垮落；
b）块体顶点的投影不落在底面上，图中的虚线为摩擦角φ， 若滑动面或两个滑面的交线的倾角大于 φ，则块体会沿该结构面 或结构面交线产生滑动破坏；
1
2 3
单轴抗压强度 评分 岩石质量指标RQD(%) 评分 结构面间距(cm) 评分 粗糙度 评分
充填物 mm
结 构 面 条 件 评分 张开度 mm 评分 结构面长度 m 评分 岩石风化程度 评分 状态 透水率 Lu 总体条件
无
6 未张开 6 <1 6 未风化 6 干燥 <0.1 完全干燥
4
5
地下水 条件
3 地下水
① ② ③ ④ 可使岩石软化，强度降低，加速岩石风化； 还能软化和冲走软弱结构面的充填物； 减小结构面的抗剪强度，促使岩体滑动与破坏； 在膨胀性岩体中地下水可造成膨胀地压。
4 原岩应力
是控制地下工程围岩变形破坏的重要因素。为避免洞室的顶 拱和边墙出现过大的切向压应力和切向拉应力的集中，轴线应尽 可能与区域最大主应力方向一致；当地下工程的断面呈扁平形态 时，为避免顶拱出现拉应力，改善顶拱围岩的稳定条件，则应使 洞室轴线垂直于最大主应力方向。
c）则属于稳定的块体。
（a）直接垮落型
（b）滑动型
（c）稳定的块体
2）特殊结构体的图解分析及稳定性验算
① 拱顶结构体的图解分析及稳定性验算
N L1 L3 L1 N L3 W
地下洞室围岩稳定性综述
地下洞室围岩稳定性综述摘要：地下洞室围岩的稳定性在地下洞室施工时有着至关重要的作用，简要介绍了近几年研究成果，并对这一研究的现状与发展趋势做了简要评述。
关键词：地下洞室围岩稳定性综述引言地下洞室等地下工程开挖之前，岩体处于一定的应力平衡状态。
用于各种目的的地下开挖改变了原有的平衡状态，从而造成开挖空间周围的应力重新分布。
如果围岩中的应力超过了岩体强度，则围岩会破坏，产生坍塌、片帮甚至底板隆起等现象，软岩或高地应力中的地下洞室则可能产生很大的塑性变形。
如果不及时对围岩进行支护或加固开挖出来的地下空间就会因为围岩的变形与破坏而无法使用。
当二次应力较低，达不到围岩的弹性极限时，围岩处于弹性状态，无需支护就可以保持稳定；反之当围岩应力较高、强较低时，就会产生塑性变形和断裂破坏；在有断层、节理等不连续面切割时，还有可能在地下洞室的顶板或边墙产生不稳定的楔形块体，也可以对地下空间构成威胁。
在进行地下空间设计和施工之前，需要对开挖后的围岩应力进行分析，进而对围岩稳定性进行评价，以便采取合理的开挖方式和支护形式。
地下洞室等地下工程不可能一次开挖完成，不同的开挖顺序及施工方案对地下洞室群的稳定性的影响不同，即开挖顺序或施工方案将直接影响围岩应力、变形及破坏区的发展变化过程。
因此，选择合理的开挖顺序或施工过程是地下洞室群设计与施工的重要内容，具有重要的理论意义和过程使用价值。
主要研究成果2004年周敏等[1]在针对影响因素与围岩稳定的非线性关系，利用神经网络理论与BP 神经网络的建模能力，进行非线性运算，提出改进的BP神经网络评判围岩稳定性模型，得出神经网络方法可以很好的运用于洞室稳定性影响因素中，且输入的参数不受限制，分类，设计及预测精度高，还可以进行数据联想以及校正补错。
提出神经网络方法在地下洞室稳定性分类中具有非常重要的意义。
2005年胡夏嵩等[2~4]以西北某市大型水利地下洞室工程为例，采用弹塑性二维有限元法通过低地应力区地下洞室开挖后围岩拉应力、剪切应力分布与围岩变形破坏进行了数值模拟研究，模拟结果表明：在低地应力地区对于椭圆形洞室，地下洞室开挖后在洞侧壁位置产生应力集中，在洞顶位置出现拉应力现象，基本产生在拱顶正中位置；低地应力区地下洞室开挖后，围岩中的剪应力集中带主要形成于洞顶垂直位置，即地下洞室围岩破坏主要发生在洞顶位置，略偏于拱顶的位置，最大剪切应力等值线分布具有对称性，形成于地下洞室底边墙拐角位置处的最大剪应力集中现象，这种现象与地下洞室开挖所引起的围岩块体结构面切向挤压滑落时的剪切变形、应力释放有一定的关系，洞顶位置处的最大剪应力值明显小于底部边墙拐角处的最大剪应力值，边墙拐角处的最大剪应力值一般是洞顶位置最大剪应力值得1.7倍以上，这与地下洞室底边与侧壁边墙之间开挖成直角形有关，直角形的拐角容易形成剪应力集中，产生围岩的不稳定区；低地应力区地下洞室围岩变形破坏主要是发生在垂直方向，水平方向的规模和程度均不及前者，同时总结分析了低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏规律及其特征。
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究众多科学家指出，19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪是地下工程的世纪。
可见地下工程的开发与利用将成为人类生存和发展的必然，其中地下水工建筑物在水利水电工程中占有重要地位。
我国有着极为丰富的水力资源，改革开放以来，我国水利水电工程取得了一系列瞩目的成就，已建成二滩、刘家峡、小浪底等工程，在建的有龙滩、拉西瓦、**、乌弄龙等水电站。
由于经济发展的需求，地下洞室正朝着单机容量大、厂房洞室跨度大、洞室群的规模大的方向发展。
对于高边墙、大跨度的超大型地下洞室群，不仅需要解决好在开挖过程中围岩稳定性问题，更要确保地下洞室群能长期安全稳定地运行。
因此，地下厂房的围岩稳定性评价是水利水电工程勘测、设计、施工运行中的主要问题之一。
地下厂房洞室发展现状我国在上世纪九十年代以前，所修建的地下洞室以20米以下的为主，近二十年来我国修建了许多大跨度的洞室，我国地下洞室边墙的平均高度已经和美国、挪威、奥地利等发达国家相当。
国内外地下厂房围岩稳定性研究现状我国水利水电地下工程围岩稳定性研究基本上是从围岩压力研究开始的。
五十年代初，水工隧洞直径不大（一般为 3-8 米），广泛采用普氏理论确定山岩压力，据此来评价围岩的稳定性。
从五十年代中期开始，根据岩石强度、岩体完整性、断层节理等不利组合以及裂隙夹泥，地下水的作用等实际情况来分析围岩稳定性和普氏坚固系数。
六十年代，由于地下洞室断面逐渐增大，开始采用弹性或弹塑性理论对围岩稳定性进行分析。
七十年代以来，开始程度不同地采用新奥法原理进行修建，用喷锚支护对围岩进行加固，大型地下厂房，除采用弹塑性理论对洞室围岩的应力和应变进行分析外，还对洞壁围岩变形进行观测；同时，对围岩表面应力和深部应力进行测试，分析地应力对围岩的作用。
八十年代以来，我国水利水电地下工程越来越多地采用围岩分类来评价围岩稳定性，八十年代末至九十年代初，除传统方法以外还出现了一些关于洞室围岩稳定性评价方面新的理论和方法，如灰色系统理论、神经网络系统、模糊数学理论以及数值法等，这些理论和方法的大量出现，在一定程度上丰富和提高了稳定性研究程度和可靠度。
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。
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究首先，地下厂房洞室群围岩的稳定性评价是保证地下工程安全的重要前提。
地下厂房洞室群围岩的稳定性评价可以通过对围岩岩性、构造、地质构造等因素的全面分析来进行。
通过对地质地质调查、钻探岩芯描述、摇杆、频谱分析、震源震议等多种方法对围岩进行综合分析，从而获得围岩的力学特性及其时空变化规律，进而对围岩的稳定性进行科学合理的评价。
其次，稳定性分析方法是地下厂房洞室群围岩稳定性研究的核心内容。
地下厂房洞室群围岩的稳定性分析方法主要包括全面预处理和计算力学模型两个环节。
全面预处理包括洞室群围岩的划分、边界条件设置和位移问题的预处理等，其目的是为后续计算力学模型的建立提供一个合理的基础。
计算力学模型是对围岩本构关系、荷载、约束条件等进行建模和数值求解，以获得围岩的应力和位移变化规律。
在建立计算力学模型时，可以采用有限元方法、解析方法、模型试验等多种方法，以获得准确的计算结果。
在地下厂房洞室群围岩稳定性研究中，需要注意以下几个问题。
首先，要对地下厂房所处的地质环境进行全面的调查和分析，包括围岩的类型、构造特征、地下水情况等。
其次，要根据地质环境的特点，选择适当的稳定性评价和分析方法。
例如，在存在地下水的情况下，需要考虑围岩的水文力学特性对稳定性的影响。
此外，还应考虑洞室群围岩的变形与破坏机理，以及围岩与洞室结构之间的相互作用等问题。
综上所述，地下厂房洞室群围岩稳定性研究是一个复杂而重要的课题。
通过全面的地质调查、合理的稳定性评价和分析方法，可以提高地下工程的安全性和可靠性，为地下厂房的设计和施工提供科学依据。
岩体力学课件第八章地下洞室围岩稳定性分析
பைடு நூலகம்
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§8.1 概述
1、地下洞室(underground cavity)是指人工开挖或天
然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。
2、地下洞室的分类
按用途分：矿山巷道（井）、交通隧道、水工隧洞、地 下厂房（仓库）、地下军事工程
按洞壁受压情况分：有压洞室、无压洞室 按断面形状分：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形 按与水平面关系分：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井） 按介质类型分：岩石洞室、土洞 按应力情况分：人工洞室、天然洞室、单式洞室、群洞
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•围岩变形 破坏形式 取决于围 岩应力状 态、岩体 结构及洞 室断面形 状等因素
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一、各类结构围岩的变形破坏特点
1、整体状和块状岩体围岩
岩体具有很高的力学强度和抗变形能力，主要结构 面是节理，很少有断层，含有少量的裂隙水。
在力学属性上可视为均质、各向同性、连续的线弹 性介质，应力应变呈近似直线关系。
2)围岩中存在一平行于σv、沿铅直方向直 径与洞壁相交的软弱结构面
对θ＝90°，结构面上也无剪应力作用。所以也不会因 结构面存在而改变围岩中弹性应力分布情况。但是，当 λ＜1/3时，在洞顶底将产生拉应力，结构面将被拉开 ，并在顶底形成一个椭圆形应力降低区。
设椭圆短轴与洞室水平直径一致，为2R0，长轴平行于 结构面，其大小为2R0＋2Δh，而Δh可由下式确定：
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•到公式8-10
围岩内重分布应力与θ角无关 ，仅与R0和σ0有关。
由于τrθ=0，则σr，σθ均为 主应力，且σθ恒为最大主应力 ，σr恒为最小主应力。
当r＝R0(洞壁)时，σr=0， σθ=2σ0，可知洞壁上的应力 差最大，且处于单向受力状态 ，说明洞壁最易发生破坏。
节理岩体中隧道开挖与地震作用下围岩的稳定性
第24卷 增1 岩石力学与工程学报 V ol.24 Supp.1 2005年8月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug .，2005收稿日期：2005–04–02；修回日期：2005–05–30 基金项目：辽宁省博士启动基金资助项目(20041077)作者简介：刘 君(1972–)，男，博士，2001年毕业于大连理工大学水工结构工程专业，现任副教授，主要从事非连续变形分析方法方面的教学与研究工作。
E-mail ：junliu@ 。
节理岩体中隧道开挖与地震作用下围岩的稳定性刘 君，孔宪京(大连理工大学 土木水利学院工程抗震研究所，辽宁 大连 116024)摘要：节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性并且这些不连续面对岩体变形、应力等力学行为造成重要的影响。
在地震的作用下节理面可能张开、滑移。
在有临空面时，节理岩体将表现出显著的几何非线性和大变形。
对已有的非连续变形分析程序进行了改进，应用改进的程序模拟了节理岩体中隧洞开挖的过程以及地震荷载作用下隧道围岩的动力响应，并模拟了围岩的失稳和破坏过程，这有助于了解节理岩体中隧道围岩的变形和破坏机制。
从计算结果可以看出，非连续变形分析方法可很好地模拟节理岩体中的隧道开挖过程以及地震荷载作用下围岩从稳定、失稳到破坏的全过程。
关键词：隧道工程；节理岩体；开挖；地震荷载；非连续变形分析中图分类号：U 451；TU 49 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)增1–4929–05STABILITY OF TUNNEL IN JOINTED ROCK MASSES DURINGEXCA V ATION AND UNDER EARTHQUAKE LOADLIU Jun ，KONG Xian-jing(School of Civil and Hydraulic Engineering ，Dalian University of Technology ，Dalian 116024，China )Abstract ：The mechanical properties of jointed rock masses are dominantly controlled by the joints. The joints may slip or open subjected to seismic load. When there exists a free surface ，jointed rock masses will behave highly nonlinear with large deformation. Under ground excavation ，the surrounding rock mass may be under stable condition in the environment of in-situ stress ，but it may lose its stability when subjected to seismic load. The mechanical behaviors of the inclined jointed rock masses during excavation and under earthquake load are simulated by using discontinuous deformation analysis(DDA). Two improvements for excavation and lining are developed and implemented into the original DDA program ，and the process of the tunnel excavation and earthquake response are simulated by using the advanced program. The whole failure process of the surrounding rock mass is simulated ，which is of help to understand the mechanism of deformation and failure of underground excavation in jointed rock masses. These results suggest that the advanced DDA can be applied to the process simulation of the tunnel excavation and the failure process of the surrounding rock mass under earthquake load. Key words ：tunneling engineering ；jointed rock masses ；excavation ；earthquake ；discontinuous deformation analysis1 引 言当前，许多地下结构正在建造或即将开始规划，比如隧道、地下采矿工程以及地下厂房等。
10地下洞室围岩稳定性的工程地质分析2012
围岩类型 最小间距
VI
V—IV
III
II
I
>5.0B
（1.5—2.0）B （2.0—2.5）B （2.5—3.0）B （3.5—5.0）B
注: 1.围岩类型根据围岩分类（见《工程地质勘察》）确定， VI为硬岩，依次降低； 2.B为隧道的跨度。
10.3
10.3.1
地下洞室围岩的变形破坏及山岩压力问题
此外，应力集中程度的增加还会因岩层的各向异 性而引起。已被某些测量所验证过的理论计算结果指 出，各向异性岩层中的应力集中远大于各向同性岩层。 10.2.6 相邻洞室的存在对围岩应力的影响 由于围岩内某一点的总应力等于两个或多个洞室在 该点引起的应力之和，故相邻洞室的存在通常使围岩 应力(主要是压应力)的集中程度增高(图10-14)，对洞室 围岩稳定不利。因此，不同的业务部门规定了不同的 最小安全洞室间距，例如水电部门规定，无压隧洞相 邻洞室的最小间距为1.0-1.3倍洞跨，高压隧洞之间的最 小间距为0.15-0.6倍水头。铁道部门规定，两相邻单线 隧道的最小间距按下表(表10-5)确定。
β
2（a/b）+1 -1
图 10-6 洞 室 周 边 应 力 集 中 系 数
10.2.2.1 拉应力产生的条件
从图10-6中可以看出， (1)当N＝1，任何轴比(b／a)的洞室，周边上均不产
生拉应力， (2)当N＝0时，周边上最大拉应力总是产生在最大主 应力轴与洞室周边垂直相交的A点，且其应力集中系数 与洞形无关，轴比(b／a)为任何值时， σAθ ／ σv 均等 于-1， (3)当0 N 1时，特定洞形有特定的产生拉应力的 临界N值。同时，拉应力仍产生在最大主应力轴与洞周 垂直相交的部位．亦即当N ＜l时，最大拉应力出现在A 点，且N值愈低于临界值，所产生的拉应力将愈大；当 N ＞1时，最大拉应力产生在B点，且N值愈高于临界值， 该处所产生的拉应力将愈大。