巷道围岩稳定性表征变量的一种快速实现方法

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隧道围岩稳定性及超前地质预报应用研究的开题报告

隧道围岩稳定性及超前地质预报应用研究的开题报告一、研究背景隧道工程是现代城市建设中不可或缺的一部分。

由于隧道工程施工中涉及到大规模地下开挖，因此隧道围岩稳定性是影响隧道工程安全的一个主要因素。

为了保证隧道工程安全和高效，需要对隧道围岩的稳定性进行研究和预测。

超前地质预报是一种新的地质工作方法，它能够通过人工干预的方式，对隧道围岩进行预测和处理，从而提高隧道工程的施工效率和安全性。

二、研究目的本研究旨在通过对隧道围岩稳定性及超前地质预报应用的相关研究，探讨隧道围岩稳定性的影响因素和预测方法，并探讨超前地质预报在隧道工程中的应用情况和优势。

三、研究内容1. 隧道围岩稳定性的影响因素：本部分将分析影响隧道围岩稳定性的因素，包括地质条件、围岩性质、地应力和水文等因素，以建立隧道围岩稳定性的数学模型，并对模型进行验证和优化。

2. 预测隧道围岩变形和破坏的方法：本部分将探讨数值模拟法、经验公式法和分析法等多种方法，分析其优缺点，以实现对隧道围岩变形和破坏的准确预测。

3. 超前地质预报在隧道工程中的应用：本部分将介绍超前地质预报在隧道工程中的应用情况和优势，包括超前地质预报的方法和过程、超前地质预报在隧道施工中的应用实例和效果等。

四、研究意义本研究将为隧道工程中的围岩稳定性和地质预报提供新的思路和方法。

通过对隧道围岩稳定性和地质预报的研究，可以全面了解隧道施工中涉及的围岩问题，建立科学的预测方法和预警机制，保证工程的安全和效率。

五、研究方法本研究将采用文献综述、实地调查、数值模拟和实验等多种研究方法，以建立隧道围岩稳定性的数学模型和预测方法，探讨超前地质预报在隧道工程中的应用。

六、预期成果1. 完成隧道围岩稳定性和地质预报的相关研究，建立科学的预测模型和方法。

2. 探讨超前地质预报在隧道工程中的应用情况和优势，提出改进建议。

3. 发表高水平学术论文，为隧道施工提供科学的理论支撑和实际指导。

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。

隧道围岩稳定性评估方法总结

隧道围岩稳定性评估方法总结隧道是一种重要的交通工程，其可靠的围岩稳定性对于保证交通安全至关重要。

因此，对隧道围岩稳定性的评估方法进行总结和探讨，对于工程建设具有重要的意义。

首先，对于隧道围岩稳定性的评估，通常采用定性和定量的方法相结合。

定性评估方法主要通过观察围岩的岩性、构造、断裂等特征，综合判断围岩的稳定性状况。

定量评估方法则通过采集地质勘探、测量数据，结合计算模型和数值分析方法，进行隧道围岩的力学参数评估。

一种常用的定量评估方法是利用岩石力学参数的试验和测定结果，结合合理的力学模型，进行隧道围岩的稳定性分析。

在进行力学参数测定时，可以采用室内试验和原位试验两种方式。

室内试验主要通过对采集到的岩石样品进行试验，包括抗压强度试验、抗折强度试验、剪切强度试验等，从而获得岩石的力学参数。

原位试验则是在实际的工程现场进行，主要包括钻孔取样、切割试块、岩石钢索张力测量等方法，以获取更真实的围岩力学参数。

通过测定获得的力学参数，再结合适当的数值模型，可以进行隧道围岩稳定性的数值分析和仿真模拟，评估围岩的稳定性并预测可能产生的变形和破坏。

另一种常用的定量评估方法是基于地质信息和监测数据进行隧道围岩稳定性评估。

这一方法主要根据地质调查、地质剖面和地质构造等信息，结合隧道设计参数和现场监测数据，进行变形和破坏预测。

通过监测数据的分析与解读，可以了解隧道围岩的变形、位移、裂缝等情况，进一步评估围岩的稳定性。

同时，还可以根据监测数据的变化趋势，对围岩的稳定情况进行长期动态评估，为后续维护和管理提供科学依据。

隧道围岩稳定性评估方法还可以借鉴其他领域的研究成果。

例如，在岩石力学领域，研究人员通过综合实验和数值模拟，提出了一系列对围岩稳定性影响因素的评估指标和分析方法，如岩石强度指标、应力-应变特性指标等。

这些指标和方法可以应用于隧道围岩稳定性的评估中，为工程设计和施工提供更科学的依据。

此外，还可以借鉴土力学、地震工程等相关领域的研究成果，综合运用多学科的理论和方法，从不同角度对隧道围岩的稳定性进行评估和预测。

巷道围岩稳定性及控制技术PPT课件

01
围岩稳定性是指在巷道周围岩体在一定条件下保持其完整性和稳定性的能力。
02
围岩稳定性分析是评估巷道周围岩体在各种因素影响下可能发生的变形、破裂和失稳等行为，从而为巷道支护和安全提供依据。
影响围岩稳定性的因素
01
02
03
04
地应力
地壳中的应力场对围岩稳定性产生影响，包括原岩应力和构
造应力等。
性，降低工程成本。
技术先进
积极采用先进的支护技术、材料和工艺，提高
支护效果。
环保节能
支护材料应尽量选择环保、可回收利用的，减少对
环境的破坏和污染。
常用支护方式
木支护
以木材为材料，常用坑木、方木或原木作为支柱和横梁。
金属支架
采用钢材制作，包括钢拱架、梯形支架等。
混凝土支护
利用混凝土浇筑或喷射，形成坚固的支护体。
锚杆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ护
通过在岩体中打入锚杆，利用锚杆的锚固力来稳定围岩。
支护效果评估
定期监测
对巷道围岩支护进行定期监测，记录围岩变形、位移等数据。
安全评估
根据监测结果，对巷道的安全状况进行评估，及时发现潜在隐患。
数据分析
对监测数据进行整理、分析，评估支护效果及围岩稳定性。
优化设计
根据监测和分析结果，对支护设计进行优化改进，提高支护效果。
巷道围岩稳定性及控制技术ppt课件
目录
• 引言 • 巷道围岩稳定性分析 • 巷道围岩控制技术 • 工程实例分析 • 结论与展望 • 参考文献
01 引言
主题简介
巷道围岩稳定性
主要研究巷道周围岩石的稳定程度，包括岩石的物理性质、应力分布、位移变形等因素。

隧道围岩的稳定性分析与评价

隧道围岩的稳定性分析与评价隧道是现代交通建设中不可或缺的一部分，而隧道的稳定性对于交通运输的安全性和效率起着至关重要的作用。

因此，对隧道围岩的稳定性进行分析与评价显得至关重要。

本文将从不同的角度对隧道围岩的稳定性进行探讨。

首先，我们需要了解隧道围岩的特点。

隧道围岩是指隧道开挖时所遇到的周围岩石或土层，其特点主要包括力学性质和岩层结构。

力学性质包括岩石的强度、变形特性和破坏模式，而岩层结构则主要涉及岩层的纵向和横向切割裂缝、节理等。

了解这些特点可以为后续的稳定性分析提供基础。

其次，隧道围岩的稳定性分析可采用多种方法。

其中一种常用的方法是数值模拟，通过使用计算机程序模拟隧道开挖过程中的围岩响应，进而评估其稳定性。

这种方法可以考虑多种因素，如地下水位、地应力分布、围岩强度等，从而较为准确地预测隧道的稳定性。

另外，实验模型也是评价隧道围岩稳定性的重要手段。

通过在实验室中制作隧道围岩模型，并施加不同的荷载，可以观察和测量模型的变形和破坏情况，从而获得对真实工程的参考和指导。

接下来，我们需要关注隧道围岩稳定性评价的指标。

常用的评价指标包括围岩的变形和破坏程度、岩体的开挖后裂隙扩展情况以及周围环境对隧道围岩稳定性的影响等。

这些指标可以通过观测和记录岩体的位移、应力、应变、岩石裂隙的发育情况以及地下水位的变化等来评价。

此外，也可以通过进行各种力学实验获得更准确的参数值，从而提高评价的可靠性和准确性。

最后，我们需要考虑隧道围岩的稳定性评价的应用。

首先，对于已经建成的隧道，在设备和材料条件允许的情况下，可以通过监测围岩的稳定性指标，及时发现问题并采取措施进行修复和加固，以确保隧道的安全使用。

其次，对于正在建设中的隧道，稳定性评价可以帮助设计者选择合适的支护措施和参数，并为施工过程中的安全措施提供依据。

最后，对于规划中的隧道项目，稳定性评价可以帮助决策者选择合适的线路，避免潜在的围岩稳定性问题。

综上所述，隧道围岩的稳定性分析与评价对于交通运输的安全和效率至关重要。

隧洞围岩稳定性评判的新思路和2

洞径10m时不同评判指标允许的拱顶最大沉降量时不同评判指标允许的拱顶最大沉降量(mm) 洞径时不同评判指标允许的拱顶最大沉降量
弹性模量（GPa）） 5.0~10.0 1.0~5.0 0.3~1.0 凝聚力（MPa）） 0.6~1.5 0.1~0.6 0.05~0.1 内摩擦角（°） 35~45 30~35 20~30
围岩类别
泊松比
经验公式
规范的规定
III IV V
0.25~0.30 0.30~0.35 0.35~0.45
3.79 10.73 120.00
10~25 20~60 30~80
西安理工大学水电学院岩土工程研究所
隧洞围岩稳定性评判的新思路和新方法
3 本课题组的新思路
修正围岩稳定性评判指标
允许最大位移
现场变形监测围岩的稳定性总变形围岩变形随掌子面推进的预测模型分析出位移损失现场位移监测变化速率
隧洞围岩稳定性评判的新思路和新方法
4 应用步骤
围岩变形随掌子面推进的预测模型分析出位移损失现场实测位移与允许沉降量对比，现场实测位移与允许沉降量对比，结合实测变形速率和现场支护系统的监测判断围岩稳定性根据具体情况提出紧急处理措施或适时支护方案现场监测及时反馈处理效果，现场监测及时反馈处理效果，直到满足要求时处理结束
R ( )2 r
西安理工大学水电学院岩土工程研究所
隧洞围岩稳定性评判的新思路和新方法
3.3 不同方法得到的允许沉降量对比
洞径10m时不同评判指标允许的拱顶允许沉降量(mm) 时不同评判指标允许的拱顶允许沉降量洞径时不同评判指标允许的拱顶允许沉降量
基于芬纳公式推导围岩类别经验公式规范的规定塑性区深度 2m III IV V 3.79 10.73 120.00 10~25 20~60 30~80 4.91 17.97 39.56 3m 6.41 24.07 51.74 4m 8.11 31.24 65.57 2m 6.11 19.09 41.83 塑性区深度 3m 7.98 25.52 54.71 4m 10.11 33.05 69.34 修正的临界位移公式

基于锚杆组群工作荷载无损检测巷道围岩稳定性研究

基于锚杆组群工作荷载无损检测巷道围岩稳定性研究【摘要】随着计算机技术和现代检测技术的快速发展，在巷道、硐室围岩稳定性的预测和破坏机理及其过程的损伤诊断中出现了一些智能的、动态的测试方法，如用电磁辐射、超声波、声发射和地质雷达等，使我们有可能直接测得矿山压力的变化规律这一围岩稳定的关键因素。

依据围岩稳定性研究与实践知识，在基于锚杆无损检测的基础上，提出了判定和预测群锚结构围岩稳定性的一种新的方法：通过无损检测得到锚杆组群的工作荷载实时的对围岩稳定性作出评价。

【关键词】锚杆；无损检测；锚固力；工作载荷；围岩稳定性；0引言对巷道、硐室围岩稳定性的研究与研究地面建筑稳定性相似，地面建筑的稳定性有其自身结构的稳定性和外部荷载决定，所以围岩的稳定性也取决于两个方面：一方面是围岩所受应力状态，即其所承载的载荷；另一方面是围岩本身的结构特点和力学特性，即其自身稳定性。

所以围岩的失稳就是其所受应力超过了围岩本身的强度范围，而形成一个连续的贯通区及滑动面，导致围岩变形、破坏、失稳。

因此，围岩稳定性研究发展的过程也就是围岩应力理论研究发展的过程。

随着工程技术的发展，人类需求的增加，巷道及其他地下工程的开挖也向深部发展，逐渐发现古典压力理论不能正确解释实际工程中的情况。

根据当时的支护形式和施工水平，应力理论逐步发展形成了散体压力理论，该理论认为支护结构所承受的矿山压力不是其上覆岩层的重量，而是巷道围岩松动破坏，形成坍落拱内的岩体的重量。

当时太沙基和曾氏理论被大家所接受。

他们都认为坍落拱的高度与巷道、硐室的跨度及围岩的性质有关。

但是，前者认为坍落拱形状是矩形，后者认为坍落拱形状是抛物线形。

“围岩松动、坍落能够自行稳定，自行稳定后的围岩又具有自承能力”是巷道围岩经常发生的一种现象。

《轴变论》从理论上论证了该现象的发生、发展过程。

该理论认为：巷道围岩坍落又能自行稳定的现象可以用弹性理论进行分析解释，因为围岩应力超过了岩休的强度极限使围岩受到破坏，围岩坍落改变了巷道的轴比，使岩体应力重新分布，而应力重分布导致岩体中高应力下降，低应力上升，并且向拉力和应力均匀分布发展，直到稳定而停止。

隧道围岩稳定性判别方法研究

隧道围岩稳定性判别方法研究作者：张磊来源：《建筑工程技术与设计》2014年第30期1.概述隧道施工开挖就是在岩体中形成一个自由变形的空间，由于开挖导致原本处于挤压状态的稳定的围岩，解除了束缚力从而发生向洞内变形。

当这种松胀变形的程度超过了围岩本身承受能力，围岩就发生失稳破坏。

隧道开挖后，在地下形成的自由空间，原来处于挤压状态的围岩，由于解除了束缚而向隧道间松胀变形，这种变形大小超过了围岩本身的承受能力，便发生破坏[1]。

康红谱于1995年提出了隧道关键承载圈的概念[2]。

稳定性状态主要体现在围岩的变形速率逐渐稳定或者趋于零，相反，失稳状态主要表现在围岩变形速率突然递增，并超出极限位移量。

2隧道围岩稳定性判定方法在隧道施工中，主要根据容许极限位移量、位移变化率、位移加速度和变形速率比值判别这四种方法进行围岩稳定性判断[3][4]。

1）容许极限位移量的确定及失稳判别2）容许位移速率和基于加速度的围岩稳定性判据隧道容许位移速率指的是在确保围岩不产生有害松动的条件下，隧道壁面间水平位移速度的最大容许值。

这一值和隧道的岩体条件、隧道埋深开挖断面的尺寸等因素有直接的关系。

对于容许位移速率，目前尚无统一规定，一般根据经验选定。

3）变形速率比值判别法隧道施工中，预设计的初期支护全部施加后的围岩变形速率V与本断面实测围岩变形速率最大值U的比值，应不大于典型工程监控量测统计得出的阀值[5]。

3工程应用本文对于某隧道的稳定性研究主要基于最大容许位移量判别法，在预测和拟合容许极限位移量时，采用了回归分析法和BP神经网络模型，并引进位移敏感率的概念来改进单一的位移变化量。

以下选取本隧道典型断面A进行分析。

1）回归分析判定最大位移量依据最大位移值和位移速率进行隧道围岩稳定性判别是隧道围岩稳定性判别中最常用的判别方法。

根据规范规定，选用相应的函数对监控量测中的净空收敛数据进行回归分析处理，然后依据结果选择精度最高的作为回归函数，做出曲线图，以此推测最大位移值和位移速率。

巷道围岩稳定性及控制技术

该理论认为：在层状岩体中开挖巷道，当顶板在一定范围内不存在坚硬稳定岩层时，锚杆的悬吊作用居次要地位。如果顶板岩层中存在若干分层，顶板锚杆的作用将表现在两方面：一方面是依靠锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象；另一方面，锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层，即组合岩梁。
(3)巷道围岩存在破碎区、塑性区以及弹性区，锚杆锚固区内岩体的峰值强度、峰后强度及残余强度均能得到强化；
(4)锚杆支护可以改变围岩应力状态，增加围压，并且提高围岩承载能力，改善巷道支护状况；
(5)围岩锚固体强度提高后，可减小巷道周围的破碎区、塑性区范围和巷道表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于巷道围岩的稳定。
① 将围岩由载荷体变为承载体 ② 积极发展主动支护，控制围岩变形 ③ 增加围岩强度可以显著减小巷道围岩的位移
综合考虑可靠性、经济性和使用方便。
（三）、主要支护形式
三、巷道支护机理
金属支架(包括矿用工字钢、U型钢、废钢轨等各种钢材加工的支架) 锚杆及其与其他形式组合的联合支护(包括锚梁、锚网、锚喷，锚注等)
巷道围岩控制的基本目的和任务在于提高巷道的稳定性，围岩应力、围岩性质和围岩支护是决定巷道稳定性的基本因素。巷道的布置、保护、卸压及支护是围岩控制的基本手段。
一、煤矿巷道围岩控制概述
（一）、巷道围岩控制的主要发展阶段
巷道围岩控制随着煤炭生产的发展，科学技术的进步，已逐步趋向完善，其发展的过程可分为三个阶段。
因此，深化了对锚杆支护作用本质的认识，进而指导和促进煤矿锚杆支护技术的发展，本课题将锚杆支护作用机理与巷道围岩的变形破坏方式结合起来，在大量理论分析、实验室试验、数值模拟以及井下试验研究成果的基础上，对锚杆支护作用机理作进一步的解释和完善。

掘进工作面围岩稳定性分析及快速成巷技术途径

3、支护方式的选择对掘进工作面围岩应力分布具有显著影响。合理的支护方式可以有效降低围岩应力水平，减轻支护压力。同时，支护结构的稳定性对整个工程的安全性和稳定性具有至关重要的作用。
结论与展望
根据上述研究结果，可以得出以下结论：
1、掘进工作面围岩应力分布具有明显的非均匀性，应采取针对性的支护措施来降低应力集中区域的风险；
2、地质条件和工程环境对掘进工作面围岩应力分布具有重要影响，应根据实际情况选择合适的支护方式；
3、合理的支护方式可以有效降低围岩应力水平，提高整个工程的安全性和稳定性。
展望未来，建议在以下几个方面进行深入研究：
1、开展更多针对不同地质条件和工程环境的掘进工作面围岩应力分布及支护研究，为工程实践提供更为丰富的理论支持和指导；
5、建立健全的质量监控体系，对施工过程进行全面监督和管理，确保施工安全和质量。
参考内容
引言
在矿井开采过程中，回采工作面的布置和支护技术是关系到安全生产和高效开采的关键问题。其中，多巷布置是一种常见的回采工作面布置方式，它具有提高开采效率、降低回采成本等优点，但也存在着围岩变形大、支护难度高等问题。因此，研究回采工作面多巷布置留巷围岩变形特征与支护技术对于保障矿井安全生产、提高开采效益具有重要意义。
4、施工组织优化：合理安排施工人员、设备和时间，制定科学的施工计划，确保各工序的顺利实施。
快速成巷技术在实际应用中的效果和优势主要包括：
1、提高掘进速度：采用快速成巷技术可显著提高掘进速度，缩短建设周期，降低投资成本。
2、改善作业环境：机械化作业降低了工人的劳动强度，平行作业减少了工序间的干扰，优化支护设计提高了支护效果，从而改善了作业环境，减少了安全隐患。

外错式回采巷道围岩稳定性评判与控制技术研究

案例二
总结词
该案例重点介绍了某矿区外错式回采巷道围岩稳定性控制技术的应用，包括合理选择支护方式、优化施工工艺和提高围岩自承载能力等方面。
详细描述
根据围岩稳定性评判结果，选择合适的支护方式，如锚杆支护、喷射混凝土支护和钢拱架支护等。优化施工工艺，确保支护结构的质量和稳定性。同时，采取措施提高围岩的自承载能力，如对软弱围岩进行注浆加固、增加围岩的粗糙度等。
加强Байду номын сангаас岩稳定性监测与预警系统的研发和应用
加强围岩稳定性监测与预警系统的研发，提高监测精度和预警准确性，为矿山安全生产提供有力保障。
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科合作和国际交流，推动外错式回采巷道围岩稳定性研究的不断发展。
05 外错式回采巷道围岩稳定性研究的发展趋势与展望
发展趋势
数值模拟与物理模拟相结合
01
通过数值模拟方法分析围岩应力场、位移场和塑性区分布，结
合物理模拟实验验证模型的准确性和有效性。
引入人工智能和机器学习技术
02
利用人工智能和机器学习技术对围岩稳定性进行智能预测和预
地质工程类比法是通过对比类似地质条件和工程实践中的围岩稳定性案例，从而评估当前巷道的稳定性。
该方法需要搜集大量类似工程实践资料，并进行综合分析和归纳总结。
地质工程类比法具有简单易行、成本低等优点，但需要丰富的工程实践经验和准确的类比条件。
专家系统评估法
1
专家系统评估法是通过集合多位专家的知识和经验，对巷道围岩的稳定性进行评估。
外错式回采巷道围岩稳定性的重要性
外错式回采巷道是采矿工程中的重要组成部分，其围岩稳定性直接关系到采矿安全和生产效率。

考虑地下水作用的隧道围岩块体稳定性分析方法及可视化程序开发

考虑地下水作用的隧道围岩块体稳定性分析方法及可视化程序开发随着交通、水利、市政等工程建设的高速发展,隧道、基坑、边坡及地下洞室等岩体工程的建造也随之呈现出了明显的增长趋势,而由于对工程岩体了解的不够和分析方法的不足,岩石工程建设中也面临着边坡滑坡、隧道塌方、地下空间大变形等工程灾害,因而国内外学者对于岩石工程的研究也愈发受到重视。

通过岩体稳定性分析,研究工程岩体在外力作用下发生变形的特征与产生破坏的规律,并以此评估岩体稳定性,为岩石工程设计和施工提供指导,为制定针对性的支护和加固方案提供依据。

在节理裂隙发育的工程岩体中,薄弱结构面是导致围岩失稳的内在因素,工程开挖扰动打破块体的原始平衡状态,临空面的产生和外力荷载的施加都可能导致块体的滑移,进而引起围岩失稳。

石根华提出的块体理论以结构面的几何参数和力学特性作为岩体稳定性分析中的控制因素,强调了结构面的重要性。

自提出以来,块体理论以其数学完备性和应用简便性,广泛应用于岩石工程的稳定性分析中。

本文基于块体理论做了以下研究:(1)研究了块体理论基本原理,利用矢量分析方法实现可动块体和关键块体的计算,并将其应用于隧道围岩的稳定性分析中,研究讨论了地下水压力、块体尺寸和结构面产状分布等因素对块体稳定性的影响,研究了基于块体理论的锚喷支护计算。

(2)研究了一种扩展的关键块体理论——关键块体群方法,其研究对象不仅是单个块体,还包括由若干块体组成的块组,让块体稳定性分析更具完备性。

各关键块体组安全系数的加权平均值可以表征岩体系统的整体稳定性。

关键块体群方法应用于隧道围岩块体稳定分析中,可以考虑锚杆支护的作用,评估支护后的围岩稳定性,并做出优化。

(3)研究讨论了动荷载对围岩稳定性的影响,通过等效静力法将动荷载转化为静力引入到块体理论的计算中,通过块体累积位移法将作用时程内动荷载的影响用累积位移的方式表征。

(4)岩体中结构面的产状在一定范围内变化,但是一般认为其分布服从一定的规律,基于结构可靠度的思想,通过蒙特卡罗方法,分析了结构面参数的不确定性对块体稳定性的影响;研究了结构面产状服从正态分布和极值I型分布时块体的破坏模式和块体可靠度;用块体的可靠度结合安全系数作为评价块体稳定性的两大指标。