地下洞室围岩稳定性评价
大型地下洞室围岩稳定性分析及实践探讨
。建筑 与工程 ０
Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩ Ｆ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ
２０ ０ ８年
第 ２ 期 ｌ
大型地下洞室围岩稳定性分析及实践探讨
（． １河海大 学 土木 工程 学院 江苏
冯 科锋 ’ 杨师 东 郭纹华 南京 ２ ０ ９ ； ． １ ０ ８ ２ 中南 勘测 设计研 究 院
形情况， 得尤为重要。 显 本 文 分 析 了某 电站 地 下 厂 房 开 挖 过 程 中 的 围 岩 变 形 特 征 ， 论 了 讨 围岩 支 护 的 合 理 时 间 及 重 要 性 ， 类 似 洞 室 的 设 计 、 挖 提 供 有 效 的 为 开 参考 。
２ 工程 概 况 ．
２１工 程 简 介 ． 该 水 电 站 装 机 容 量 ６ ０ ＭＷ ，枢 纽 建 筑 物 主要 有混 凝 土 重 力 坝 、 ００
影 响 。
图 １ 主 厂 房 轴 线 地 质 剖 面 示 意 图
３ 围岩 变 形 监 测 、 形 时 效 特 征 分 析 及 其 回 归 曲 线 ． 变
３ １ 形 监测 ．变
图 ３ Ｍ ４断商各深度围岩变形一 时间曲线 ４
髑
岩 体 作 为 一种 非 线 性 介 质 ． 室 开 挖 后 围 岩 中发 生 的 物 理 、 学 变 形 趋 势 会 越 来越 平 缓 ． 现 了水 利 工 程 地 下 洞 室 开 挖 的 洞 室 群 效要 有 两 大 类 ： 是 由岩 体 结 构 面 和 开 挖 面 组 合 形 成 一 的局 部 块 体 稳 定 性 问 题 口 另 一 类 是 由岩 体 强 度 和 岩 层 层 面 、 间 破 碎 ： 层 带 或 断 层 控 制 的洞 室 整 体 稳 定 性 问 题 。 于 大 型地 下 洞 室 跨 度 一 般 较 由 大 ， 深 较 深 ， 以 施 工 难 度 较 高 ， 开 挖 的 过程 中 ， 时 掌 握 围岩 的变 埋 所 在 及
围岩稳定性评价总结
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（5）长引水隧洞的水力学问题研究
长引水隧洞水力过渡过程的试验研究；研究长引水 隧洞不衬砌或喷砼段减少糙率的措施；长引水隧洞 调压室的设计。
补充：洞室位址选择的地质论证
一、围岩稳定性分析 地 质 方 面 影 响 因 素 岩性-影响洞室稳定性最基本的因素 岩体结构-对岩体变形破坏起控制作用 天然应力状态-取决于垂直洞轴的水平应力 σH、天然应力比系数λ 地质构造-关注断层破碎带、裂隙密集带、 褶皱轴部 水文地质条件-影响围岩应力状态及围岩强度
建筑物特性--
施工方法--
调整与再分配。
支护方法— 临时支护、永久性支护；半衬、全衬。
影响—围岩中的应力重分布→变形→围压稳定性。
二、洞室位址选择论证
按工程特点与设计要求，考虑岩性、构造、地
形、水文等因素综合评判。
无需衬砌 自稳性好 易施工
选择稳定性好的岩体→
1、地形-
洞口-山体厚、施工条件好，岩坡 陡壁；避开地表径流；避开可能滑 动的坡体；避开断层破碎带。
第四章 地下工程
4.6 围岩稳定性评价
第四章 地下工程
第1节
概述
第2 节
第3节 第4节 第5节 第6节 第7节
围岩应力分布
围岩变形破坏 围岩分类 围岩压力 围岩稳定性评价 地下工程超前预报
第6节
围岩稳定性评价
围岩稳定性是地下建筑工程研究的核心 一般采用定性与定量结合的方法进行。
2、岩体结构⑴ 岩体性状-
对岩体变形破坏起控制作用。
松散结构及碎裂结构岩体稳定性最差；薄层状岩体次之； 厚层状岩体稳定性最好
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
地下洞室围岩工程地质分类方法
地下洞室围岩工程地质分类方法地下洞室围岩根据围岩的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状及地应力等综合因素，并结合工程实际情况，采用巴顿Q系统及水电围岩分类系统，对围岩稳定性进行综合性评价。
巴顿Q 系统分类见表C-1，水电围岩工程地质分类”见表C-3。
表C-1 巴顿Q系统分类见表续表C-1 巴顿Q系统分类表根据上述各项指标，按Q=（RQD/Jn）×（Jr/Ja）×（Jw/SRF）计算出Q 值，并依据Q值大小，划分出五类围岩如下表。
表C-2 Q值确定的围岩类别表C-3 水电围岩工程地质分类注：1. Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩，当其强度应力比S小于本表规定时，围岩类别宜相应降低一级。
2. 表中：Rb—岩石饱和单轴抗压强度（MPa）（详见表1-1、表1-7），Kv—岩体完整性系数（见本手册附录A），σm—围岩最大主应力（MPa）。
水电围岩工程地质分类各项因素的评分标准如下：（1）岩石强度评分，见下表（表C-4）。
表C-4 岩石强度评分（A）注：1.岩石饱和单轴抗压强度大于100Mpa时，岩石强度评分为30；2.当岩体完整程度与结构面状态评分之和小于5时，岩石强度评分大于20的，按20评分。
（2）岩体完整程度评分，见下表（表C-5）。
表C-5 岩体完整程度评分（B）注：1.当60MPa≥Rb＞30MPa，岩体完整程度与结构面状态评分之和大于65时，按65评分；2.当30 MPa≥Rb＞15MPa，岩体完整程度与结构面状态评分之和大于55时，按55评分；3.当15MPa≥Rb＞5MPa，岩体完整程度与结构面状态评分之和大于40时，按40评分；4.当Rb≤5MPa，属特软岩，岩体完整程度与结构面状态不参加评分；（3）结构面状态评分，见下表（表C-6）。
表C-6 结构面状态评分（C）注：1.结构面的延伸长度小于3m时，硬质岩、较软岩的结构面状态评分增加3分，软岩增加2分；结构面的延伸长度大于10m时，硬质岩、较软岩的结构面状态评分减3分，软岩减2分；2.当结构面张开宽度10mm，无充填时，结构面状态评分为0。
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, 37(2):93-101.[3]朱泽奇,盛谦,冷先伦,等.大型地下洞室群关键块体地震响应分析[J].岩土力学,2010,31(S2):254-260. [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。
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)。
10.岩土工程勘察-第十章-地下洞室的勘察与评价-王亚军
§10.1 初始应力、围岩应力和山岩应力
初始应力：地下洞室施工前就已经存在于岩体中的应力称。 围岩：应力重分布所波及的岩石。 围岩应力：围岩中重新分布后的地应力。 山岩压力：围岩作用于支护结构上的力。
2
• 第10章 地下洞室的勘察与评价
地下洞室：埋置于地下岩土体内的各种构筑物。
应用：铁路和公路隧道，矿山地下巷道， 国防地下仓库、指挥中心，城市地铁、地 下商场、地下体育馆、地下游泳池等。
锦屏二级水电站超长引水隧洞
地下洞室的开挖引起的问题：应力状态的变化 会引起不同程度的变形甚至破坏，地下洞室围岩的 变形对周围环境的影响。
• 这种朔性松胀的结果，使得原来洞壁附近岩石承受的应力 的一部分转移给邻近的岩体，因而邻近的岩体也产生朔性 变形，当应力足够大时，塑性变形的范围会向深部逐渐扩 展。由于这种塑性变形的结果，在洞室周围形成一个圈， 称为塑性松动圈。
围岩内的弹塑性应力分布
洞室开挖后，随着塑性松动圈的扩展，对支护产生的压 力用下式计算：
岩土工程勘察
Geotechnical Investigation
• 第10章 地下洞室的勘察与评价
武汉工程大学土木工程与建筑学院 王亚军
第10章 地下洞室的勘察与评价
• §10.1 初始应力、围岩应力和山岩应力 • §10.2 围岩的变形和破坏形式 • §10.3 围岩分类 • §10.4 地下洞室稳定性评价 • §10.5 地下洞室位址和方向的选择 • §10.6 地下采空区 • §10.7 地下洞室的勘察要点
§10.3 围岩分类
任务四-岩体稳定性评价
（一）地基承载力[σ]：
（二）隧道围岩分类：
二、铁路部门应用的某些经验数据
（一）地基承载力[σ]：
岩石地基承载力，应考虑构造因素和地下水长 期软化对承载力降低的影响，一般情况下可比 照表5－10及5－11确定。
当前较常使用的方法是两种:
①用赤平极射投影图解及极限平衡理论计算可能失稳 方向上的安全系数。
②利用有限单元法进行岩体稳定性评价。
3. 试验研究方法
3. 试验研究方法 包括模型试验法和模拟试验法。 常用的有相似材料模型试验和光弹模型模拟试 验。 在相似理论的基础上用人工制造的模型和受力 条件去模仿实际的工程岩体原型及实际的受力 条件，通过室内模型模拟试验观察人工模型的 稳定性来评价实际岩体的稳定性。
但定性分析多而定量分析少。
1．地质分析法：
1．地质分析法： （3）地质力学配套分析：
在岩体稳定性评价中日益得到发展。
分析的基本内容可包括三个方面：一是根据破裂结构面 的力学性质评价结构面的工程性质，例如从结构面抗剪 强度来看，张性结构面较大，压性结构面其次，扭性结 构面较小；变形模量则是压性面大于扭性面，扭性面大 于张性面；透水性是张性面最大，扭性面居中，压性面 最小。二是应用构造体系的理论确定结构面构造组合、 结构体的型式等岩体结构特征。三是根据构造配套恢复 区域构造应力场，为了解岩体的天然应力状态指明方向。
（－）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素
▪2. 影响岩体稳定性的因素
①岩体所在位置周围地质环境的稳定性对该环境 内的岩体稳定性有宏观控制作用。
围岩分级
❖ ❖
cw22.82Is0.5705
（3-4）
❖
实际上，与围岩稳定性直接有关的因素是岩体强度，但岩体强度一般
不容易直接测得，因此，在围岩分级中常引入岩体准抗压强度的概念，以
近似代替岩体强度。准抗压强度用岩体完整性系数KV与岩石单轴饱和抗压
强度σcw的乘积表示。岩体完整性系数除可按式 (3-2)确定外，从定性上 则可认为主要取决于岩体结构类型。因此，相同的岩石抗压强度相对于不 同岩体结构类型，其准抗压强度是不同的。目前，我国围岩分级中，也有 采用岩体准抗压强度作为分级指标，考虑到岩体完整性系数与岩体结构类 型相应，多数围岩分级也采用岩体结构类型与岩石单轴抗压强度的不同组 合来划分围岩类别。
第三章 围岩分级（类）及稳定性评价
3.1 概 述
围岩是指开挖地下空间后其周围产生应力重分布范围内的岩 土体，或指开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩土体。隧道 围岩的状态特征是各种各样的，如从松散软弱的土层到坚硬的 岩石地层，从完整的岩体到相当破碎的断层破碎带和强烈风化 岩体，又由于地下水及地应力的状况不同，都会因在其中开挖 出空间而表现出不同的稳定性。
❖ 3.2.2工程因素
❖ 1．地下空间的尺寸与形状 ❖ 2．隧道的埋深 ❖ 3．施工开挖及爆破方法 ❖ 4．支护结构及时间 ❖ 5．超挖回填
❖ 3.3国外围岩分级的研究发展
❖ 围岩分级（类），以及在此基础上对各类围岩的成洞条 件、开挖、支护要求作出评价，作为设计和施工的依据是国 外在20世纪40年代就很通用的方法。但是随着对岩体力学特 性认识的深入以及地下工程经验的积累和地下工程技术的发 展，围岩分级的原则和分级系统在不断的改进和完善。70年 代中期有很大进展，几种新的分类（如Q、RSR、RMR系统） 综合考虑了对岩体稳定性的影响因素，和岩体力学特性参数 有比较密切的结合，并与设计、施工有紧密的联系。这些分 类代表了新的发展方向，即岩体分类中的质量评价。
隧道开挖围岩稳定性分析
Sui dao kai wa wei yan wen ding xing fen xi
隧道开挖围岩稳定性分析
唐春琴
一、地形地貌 某隧道所在区海拔高程介于 93.05m ～ 640.1m 之间， 相对高差 547.05m，地层岩性主要为侏罗系中统自流井 组（J2z）、（J2z）及沙溪庙组侏罗系下统三叠系上统香溪 群（T3-J1x），岩性以砂岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩， 局部夹薄层炭质页岩和炭质泥岩。
5-7 2.5-5 1.6-3.2 中等
<5 >5 >3.2 严重
>11 <1 <0.6 变形小
7-11 1-2.5 0.6-1.6 轻微 477 18.08 13.11 12.64 1.43 1.04
5-7 2.5-5 1.6-3.2 中等
<5 >5 >3.2 严重
单元层代号 <1-3> <1-3>
二、软弱岩组稳定性
1. 软弱岩组工程地质特性
岩石的单轴抗压强度小于 30MPa 的岩层称为软岩，
软弱岩层是指强度低、孔隙度差、胶结程度大、受结构面
切割及风化影响显著。在隧道围岩压力的作用下产生显著
变形的工程岩体。软岩隧道围岩强度低，结构松软，易吸
水膨胀，因而围岩隧道变形大。隧道围岩含有大量的软弱
岩组如表 1。
2. 软弱岩组围岩变形分析
关于围岩是否会发生大变形以及变形量有多大，在有
支护压力、原地应力作用下隧道围岩的相对变形和掌子面
变形预测公式，计算公式如下 : εt（%）=0.15（1-pi/po）(σcm/Po)-(3Pi/Po+1)/(3.8Pi/Po+0.54)
水电站施工中地下洞室围岩稳定性分析
水电站施工中地下洞室围岩稳定性分析作者：严凯来源：《装饰装修天地》2018年第21期摘要：在水电站工程施工过程中，地下洞室过程中，为了保证施工质量，应当展开水电站地下洞室围岩稳定性的分析。
文章以实际工程为例，对水电站施工中地下洞室围岩稳定性进行了分析，以期优化施工效果。
关键词：水电站施工；地下洞室；围岩稳定性1 前言随着水电开发技术的日益成熟，大型水电枢纽工程的开发与建设受地区地形条件限制，多采用地下厂房式布置，进而形成了规模巨大的地下厂房洞室群，其洞室高边墙及洞室之间围岩的稳定性成为工程建设中成败的关键因素。
2 地下洞室围岩稳定性分析概述地下洞室的稳定性课题属于一项非线性力学问题，较为复杂，一般而言具有非均匀性、非连续性变形以及大位移等特征。
围岩稳定性的主要影响因素主要包括两个方面：天然地质条件以及工程因素。
天然地质条件方面涉及到初始地应力场、地质构造、地下水情况、围岩结构等；工程因素涵盖了洞室实际情况、洞室开挖施工、支护形式等。
近年来，岩石力学理论以及测试技术不断发展，电子计算机技术以及有限元方法得到了推广和应用，再加上科研工作者坚持不懈的努力，涌现出了许多新的研究方法，在岩体构造以及力学特征、地下围岩不稳定机理以及支护受力机制方面的研究，新设计理论以及方法等方面的研讨都取得了可喜的成果，为地下围岩的稳定性分析与评价提供了支持和途径。
然而作为地下工程的根源问题之一的围岩失稳分析，现阶段尚没有构成统一理论，针对地下围岩稳定性进行分析，主要是通过分析与考虑具体的地质条件和工程的情况要求，结合多种方法进行综合评价，因此有必要总结目前的地下洞室稳定性分析，以助力工程实践中可以进行科学判断。
3 地下洞室围岩稳定性分析思路洞室围岩稳定性分析是多学科理论方法、专家经验、监测量与计算机技术综合集成的科学。
洞室失稳是一个极其复杂的力学过程，在实际工程中更是受到了许多因素的影响。
通常伴随着非均匀性、非连续性变形和大位移，是一个高度非线性的问题。
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。
乌龙山抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性分析研究
西北 水 电 ・ ０７年 ・ ２期 ２０ 第
文章编号 ： ０－ ２ １ （０ ７ ０ —０ １—０ １ ６ ６０ ２０ ）２ ０３ ６ ０
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乌龙山抽水蓄能电站地下厂房 洞室 围岩 稳定性分析研究
苟富民
（ 中国水 电顾 问集 团西北勘测 设计研 究院工程 地质勘 察研 究所 ， 州 ７ ０ ５ ） 兰 ３０ ０
ｃ ａ ｉａ ｒ ｐ ｒ ｅ ，ｈ ｄ ｏ ｅ ｌｇ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ ，ｇｏ ｎ ＠ｅ ｓｏ ｃ ｍａ ｓｆ ｒ ｈ ｄ ｒｒ ｕ ｄ ｐ ｗ ｒ ｏ ｓ ．Ｉ ｉ ｃ ｎ ｌ ｄ ｄ ｔ ａ ｅｓ － ｈ ｎ ｃ ｐ ｏ ｔ ｓ ｙ ｒ ｇ ｏ ｉａ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｒｕ ｄ ｓ ｓ ｆ ｏ ｋ ｓ ｅ ｕ ｅ ｇｏ ｌ ｅ ｉ ｏ ｌ ｉ ｒ ｏ ｔ ｎ ｎ ｅ ｕ ｅ ｔ ｓｏ ｃ ｕ ｅ ｔ ｔ ｏ ｈ ｈ ｔ ｈ ａ
摘 要： 浙江乌龙山抽水蓄能电站地下厂房 ， 地质条件复杂 ， 岩性变化大 ， 结构 面较发育 ， 其稳定性是本工程最 主要
的环节。应用地下厂房 围岩 的组成 、 结构 、 物理力学特性 、 水文地质条件 、 地应力 等方面 的试验 资料 ， 重点 对地下厂 房围岩的稳定性进行 了块体稳定 、 面有 限元 、 平 岩爆等分析研究 ， 分析总结 出了洞室稳定条 件及可能 的变形 破坏方 式， 为工程设计及施工方 法的制定 提供 了依 据 ， 并提 出了相应的工程处理建议方 案。
ＡｂｔａｔＷｉ ｏ ｐｉ ｔ ｏｏ ｃｌ ｏ ｄ ｉ ， ｉ ｖｒ ｔ ｎｏ ｔｏ ｇ ｎ ｅｅ ｐｄｓｕｔｒｌ ｌ ｅ ｔｅ ｔ ｉｔ ｎｅｇｏｎ ｓｒｃ： ｔ ｃｍ ｌａｅ ｇ ｌ ａ ｃｎ ｉｏ ｂｇ ａｉ ｉ ｆｉ ｌ ｙ ｄｄｈ ｃ ｄｅ ｇ ｉ ｔｎ ｓ ａｏ ｌｈ ｏ ａ ｏ ｒ ｎ ｓ ｂｉ ｏ ｕ ｐ ｗ ｒｏｓ ｅｕ ｐｒ ｏｔ ｅ ｉｔｏ ｌ ｎ ｓａ ｕ ｐｄｓ ｒｇ ａ ｏ ｈｊ ｎ ｒｖ ｃ．Ｂｓｄｕ ｎｔｓｄｔ， ｅａａ ｓｓ ｏ ｅｈｕｅｉｔ ｐ ｍ ｓ ｋｙｐ ｎ ｆ Ｗｕ ｇｈｎｐ ｍ ｔ ａｅ ｔｔｎｉ Ｚ ｅｉ ｇＰｏｉ ｅ ａｅ ｐ ｔ ａ ｔ ｎｌ ｅ ｓｈ ｅ ｏ ｒ ｏ ｅ ｏ ｓｉ ｎ ａ ｎ ｏ ｅ ａ ｈ ｙ
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。
地下洞室围岩稳定性评价
• 3、洞底隆胀 • 地下洞室开挖后底板的隆胀是很常见的，
特别是在围岩塑性变形显著、岩性软弱 和埋深较大的地下洞室，表现得最明显， 有时也造成洞壁挤出现象。实际上，由 于我们在地下洞室支护中常常不支护底 板，所以几乎所有地下洞室均有不同程 度的底板隆胀现象。
地下洞室围岩稳定性评价
• 4、岩爆 • 洞室开挖过程中，周壁岩石有时会骤
• 一般地质构造复杂的岩层中，构造应力十分 明显，应尽量避开这些岩层，对地下洞室稳 定非常重要。
地下洞室围岩稳定性评价
• 5、地下水 • 围岩中地下水的赋存、活动状态，既影响着
围岩的应力状态，又影响着围岩的强度。当 洞室处于含水层中或地下洞室围岩透水性强 时，这些影响更为明显。
• 地下洞室围岩的稳定性，除了受上述天然因 素影响外，还受到人为因素的影响。比如： 开挖方法、开挖强度、支护方法和时间等。
析，初步判断岩体的稳定性。 • （2）在深入研究岩体结构特征的基础上，
进行地质力学建模，通过有限单元法或 边界元计算，得出工程岩体稳定性的定 量指标，判断围岩的稳定性。
地下洞室围岩稳定性评价
• 4、数学力学计算分析法 • 是较新的一种分析方法。岩体稳定性分析正
在由定性分析向定量分析方向转变的阶段。 • 5、模拟试验法 • 即在岩体结构和岩体力学研究的基础上，考
然以爆炸形式，呈透镜体碎片或岩块 突然弹出或抛出，并发出类似射击的 啪啪声响，这就是所谓的“岩爆”。 • 5、围岩破坏导致地面沉降 • 在矿山开采中，地下开采常留下很大 范围的采空区，围岩变形与破坏将会 扩展或影响波及地面，引起地面沉降。
地下洞室围岩稳定性评价
第三节 地下洞室围岩稳定性的分析方法
• 一、影响围岩稳定的因素 • 地下洞室围岩的稳定与岩性、岩体结构、地质
青海某抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩稳定性及支护效果研究
青海某抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩稳定性及支护效果研
究
丁宝晶;孙俊明
【期刊名称】《大坝与安全》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】青海某抽水蓄能电站地下厂房属典型深埋大型地下厂房洞室群,具有埋深大、跨度大、边墙高的特点,且受厂区内小断层发育等地质条件限制,其围岩稳定性问题复杂且重要。
通过现场实测结合数值模拟计算的方法,对地下厂房洞室群围岩稳定性及支护效果进行了研究。
研究表明,地下洞室以降低围岩受开挖扰动的程度和维持围压水平的方式进行支护,支护后围岩塑性区深度、变形均改善,支护结构受力情况较好,说明洞室间距合理,围岩整体稳定,具备成洞条件。
本研究对类似地下洞室群的设计和施工具有参考意义。
【总页数】7页(P57-63)
【作者】丁宝晶;孙俊明
【作者单位】华东勘测设计院(福建)有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV731
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③ 断裂对隧道选址的影响。
断层、断裂破碎带对隧道工程极为不利，隧道选址应远离断层，决不能 沿断层面走向修建隧道；在断裂破碎带地段修建隧道，应特别慎重，尤其 在破碎带较宽、且断层角砾、泥砂、碎石等尚未固结成岩地段，一般不允 许平行破碎带修建隧道。
如果隧道选址必须穿越断层或断裂破碎带，则应将隧道轴线方向布置 在与断层或断裂破碎带走向垂直的方向，以使隧道中断裂破碎带占地最少 或出露面积最小。
地下洞室围岩稳定性分析
2、岩性条件
均质厚层坚硬完整的硬质岩（岩石饱和抗压强度Rg＞30MPa），围 岩的稳定性较好，能适应各种断面形状的地下洞室；而软质岩（Rg＜ 30MPa）围岩不稳定。洞室位置应尽量选在坚硬完整的岩浆岩、厚层坚 硬的沉积层及变质岩中，而应避开软弱岩石（如凝灰岩、粘土岩、页岩、 胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩等）和软、硬互层或含软弱夹层 的岩体。
围岩（山岩）压力：地下建筑物的围岩在
03
重分布应力作用下产生塑性变形破坏而产
生的作用于支护结构上的压力。
04 围岩压力是作用于地下建筑支护结构上的主
要外力，其性质和大小取决于地应力状态和
岩体特性。
二、围岩应力的重分布
（一）应力重新分布的一般特征（图7-1）
围岩中任意一点应力，可用下式计算：
σr=σ[1—（r²/R²）]
学习小结
01 地形条件 02 岩性条件 03 地质构造条件
学习情景9 学习小结
学习内容
一、围岩压力 二、地下洞室围岩稳定工程地质条件分析 三、隧工程地 质条件分析 隧道围岩变形破坏的预防 措施
学习目标
知道围岩压力 学会地下洞室围岩稳定工程地质条件分 析 了解隧道围岩变形破坏的预防措施。
Engineering geology
《工程地质》
福建船政交通职业学院 盛海洋 邮箱：2437509522@
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学习情景9 地下洞室围 岩稳定性评价
学习内容
01 认识围岩压力 02 地下洞室围岩稳定工程地质条件分析 03 隧道围岩变形破坏的预防措施
学习重点
学习难点
地下洞室围岩稳定工程地质条 件分析
END 谢谢观看！
学习小结
01 基本概念：围岩及围岩应力 02 围岩应力的重分布
END 谢谢观看！
Engineering geology
9.2 地下洞室围岩稳定性 分析
学习内容
01 地形条件 02 岩性条件 03 地质构造条件
地下洞室围岩稳定性分析
隧道是公路工程中与地质条件关系最密切的工程建筑物。隧道的 优点是线路短、裁弯取直、减少开挖和填方工程量、抗震性高等。 隧道位于地下，四周被各种围岩包围，处于各种不同的地质构造部 位，可能遇到各种地质问题。在进行公路规划设计时，隧道位置的 确定是先决问题之一。隧道位置的选择，除取决于工程目的要求外， 还需考虑地形、岩性、地质构造、地下水等地质条件。
地下洞室围岩稳定性分析
1、地形条件
隧道进、出口地段最好是基岩出露比较完整或坡积层较薄，地形边坡 应下陡上缓，洞口岩层最好倾向山里，在地形陡的高边坡开挖洞口时， 应不削坡或少削坡即进洞，以保证边坡的稳定性。洞口要避开滑坡、崩 塌、冲沟、泥石流等地质灾害易发地段，还要避开山麓残积、坡积、洪 积物等第四纪松散沉积物。隧道进出、口不宜选在排水困难的低洼处， 也不应选在傍河山嘴及谷口等易受流水冲刷的地段。
σθ=σ[1+（r²/R²）]
（学生解释）
（二）围岩的松动圈和承载圈
从式（7-1）和（7-2）可知，隧洞开挖后应力重分布的主要特征是径向应 力(σr)向洞壁方向逐渐减小，至洞壁处为零。而切向应力(σθ)在洞壁增大，如在 A点它比开挖前要大两倍(图7-1、2)。应力重分布的影响范围，一般为隧洞半径 的5-6倍，在此范围之外，岩体仍处于原始应力状态。通常所说的围岩，就是指 受应力重分布影响的那一部分岩体。
一、基本概念
（1）围岩
由于开挖地下洞室，周围的初始应力发生变化的岩体。 应力重分布的影响范围，一般为隧洞半径的5-6倍，在此范围之外， 岩体仍处于原始应力状态。通常所说的围岩，就是指受应力重分布影响 的那一部分岩体。
一、基本概念
02 围岩应力（二次应力）：开挖地下洞室
时发生重分布后的围岩中的应力。
在直立或近直立岩层中修建隧道，也是不利的，特别是将隧道位置 选在其厚度与隧道跨度相等或小于隧道跨度的直立软弱岩层中时，更是 十分不利的；
一定不能把隧道位置选在软硬岩层的分界线上，因为隧道顶部的地 层岩性不同，容易产生不均匀变形，或在地下水作用下向下滑动，破坏 隧道。
② 褶皱对隧道选址的影响。横穿向斜和背斜修建隧道时，隧道轴线上承受 着不同的压力，在向斜的轴部由于存在较强的挤压力，岩层受挤压破碎呈下坠 态势，开挖隧道时容易坍落，而且向斜轴部的裂隙中存在承压地下水，开挖时 有涌水的威胁。
3、地质构造条件
地质构造是控制岩体完整性、稳 定性的重要因素，裂隙和断层亦是地 下水渗透的直接通道，隧道选址时应 尽量避开地质构造复杂的地区。
① 岩层产状对隧道选址的影响。 当隧道轴线与岩层走向平行时，在水 平或近水平的岩层中修建隧道，地质 条件较好，但应将隧道位置选在厚层 状均质岩层中。
在倾斜岩层中修建隧道，一般是不利的，因为开挖隧道切断倾斜岩层后， 容易造成隧道两侧边墙所受的侧压力不一致，导致局部变形。
在背斜轴部由于岩层上拱，能很好地将上覆岩层的荷重传递到附近两侧岩 体中去，而使背斜轴部拱曲最大部位的压力变小，开挖隧道时岩块坍落以及涌 水的可能性较小。
平行褶皱轴线方向修建隧道，地质条件都不理想。 首先，在背斜轴部选址，虽然岩层上拱使顶部压力有所减弱，但背斜轴部 的岩层处于张力作用下，遭受过强烈的破坏，不宜沿背斜轴线长距离开挖、修 建隧道； 其次，沿向斜轴线开挖、修建隧道，对工程的稳定性极为不利； 第三，若必须在褶曲岩层地段平行轴线方向修建隧道，可以将隧道轴线选 在背斜或向斜的两翼，条件相对好些。
围岩压力 地下洞室围岩稳定工程地 质条件分析 隧道围岩变形破坏的预防 措施
学习目标
知道围岩压力 学会地下洞室围岩稳定工程地质条件分 析 了解隧道围岩变形破坏的预防措施。
学习难点
地下洞室围岩稳定工程地质条 件分析
Engineering geology
9.1 认识围岩压力
学习内容
01 基本概念：围岩及围岩应力 02 围岩应力的重分布