不同载荷释放率围岩受力状态的研究

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围岩物理参数对应力释放率的影响问题研究

围岩物理参数对应力释放的影响问题研究李之达杨广安何巍危建刚黄强（武汉理工大学交通学院·武汉·430063 ）[摘要] 文章通过数值分析研究了围岩物理参数对围岩应力释放的影响，最后通过一个工程实例的监测数据进行了验证。

关键词:隧道围岩应力释放围岩物理参数Rock Physical Parameters on the Impactof Stress ReleaseLI Zhi-da Yang Guang-an He wei Wei Jian-gang Huang qiang ( School of Transportation, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063 China)【Abstract】This paper studies on the impact of rock physical parameters on rock stress release through numerical analysis, and it is verified by monitoring data collected from a project.Key words: tunnel, rock stress release, rock physical parameters1 引言隧道结构在施工过程中随着掌子面的推进，开挖边界的应力释放并不是一次性完成的，而是随着掌子面的推进逐步释放的。

在进行隧道施工过程数值分析时，不同施工步骤时的围岩应力释放程度（围岩应力释放率）的确定是一个非常困难的问题。

总的来说，围岩应力释放率不仅与隧道的工程地质条件、隧道埋深等因素有关，而且还与隧道的结构设计尺寸、开挖方法、支护施作时间、辅助施工措施等因素密切相关。

围岩应力释放率选择的正确与否直接关系到隧道支护结构的设计质量，如果应力释放率选择不正确，一方面可能会设计出过于保守的支护结构，造成浪费；另一方面又可能会设计出强度不够的支护结构，酿成事故。

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究赵勇【摘要】基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明:隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2010(034)004【总页数】5页(P1-5)【关键词】隧道工程;围岩变形;控制要点;控制技术【作者】赵勇【作者单位】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;铁道部工程设计鉴定中心,北京,100844【正文语种】中文【中图分类】U451.2隧道的结构体系是由周围地质体和人工修筑的支护构件组成的,并且周围地质体起着主导作用,这是与地面结构体系完全不同的.从工程结构的角度看,这种结构体系的形成是通过一定的施工过程或者说一定的力学过程来实现的,这个过程状态的变化如图1所示[1].可以看出,隧道施工就是一个开挖与支护的过程,施工过程就是应力释放与应力控制、利用和控制围岩动态变形的过程.图1 施工过程与围岩力学状态变化过程示意图Fig.1 Construction and surrounding rock mechanical state change process chart对于隧道围岩变形规律及控制技术的研究,国内外学者做了大量工作,并取得了丰富的研究成果[2-5].本文作者基于前人的研究,结合日本龟浦隧道围岩变形试验和郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,根据实测数据总结隧道围岩变形动态规律,并提出具体的控制措施.1 隧道围岩变形动态规律大量的数值计算和现场监测资料均表明,隧道围岩变形是在开挖工作面的前方开始,而在开挖工作面后方距离d=1.5～2.0D(洞径)处的变形才与最大径向变形基本相等,这是隧道开挖引起围岩变形的一般规律.日本龟浦隧道施工时,在隧道拱顶上方2 m 的位置设一个长50 m的水平铝管,实测的弯曲应变计算变形如图2所示.图2 龟浦隧道掌子面变形监测实例Fig.2 The heading face displacement monitoring example of GuiPu Tunnel我国郑西客运专线大断面黄土隧道开挖监测数据分析的规律也大致相同.图3为2006-11—2007-09的实测数据,其中1#～8#分别对应隧道左右导洞及主洞断面上的8个测点.各分步施工引起隧道拱顶沉降占总沉降的比例分别为:超前沉降,5%～14%;导洞开挖,35%～50%;导洞开挖至全断面封闭前,40%～50%;全断面封闭后,3%～9%.可以看出,反映在掌子面前方到后方一定范围内的拱顶下沉分布规律为:隧道开挖后在掌子面前方一定范围(2～5倍洞径)产生下沉,称之为“先行变形”;在掌子面处,产生一定量的“初始变形”,此值与地质条件关系密切,约为最终变形值的20%～30%,这个变形是开挖后瞬间发生的;在掌子面后方,随掌子面的推进,产生不断增大的变形,其特点是初期的变形速度很大,而后增长的速度逐渐减缓,并趋于稳定.其变形过程如图4所示[2].图3 大断面黄土隧道双侧壁导坑法施工拱顶沉降曲线Fig.3 Vault crown settlement curve of both-side head excavating method construction in large section loess tunnel因此,隧道开挖后隧道的变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种,且这3种变形是同时发生的.图4 隧道开挖围岩变形三维示意图Fig.4 Surrounding rock deformation during tunnel excavation three-dimensional chart2 隧道围岩变形控制要点隧道围岩变形控制的要点在于控制开挖工作面的失稳、坍塌,拱顶的失稳、坍塌,台阶法中拱脚下沉、失稳和围岩大变形等.2.1 控制掌子面失稳、坍塌1)倾斜掌子面.采用倾斜形状的掌子面开挖,配合掌子面喷混凝土封闭措施,可以抑制掌子面的变形,减少作业人员的风险,控制地表的下沉,大幅度改善进度和封闭时间,提高喷混凝土的品质和耐久性.2)掌子面锚杆.设置掌子面锚杆的目的是控制围岩开挖后的先行变形和掌子面变形,也是为全断面和半断面开挖创造条件.掌子面锚杆的长度一般在12～24 m之间,为开挖方便,通常采用玻璃纤维锚杆.采用掌子面锚杆技术的关键是长锚杆的快速施工工艺和配套施工机具.3)留核心土.在台阶法施工中,为了掌子面的稳定,经常采用弧形开挖法,即留核心土法.日本进行的一项研究表明:不留核心土时,掌子面挤出量超过70 mm的部分可达到掌子面前方1.3 m;而留核心土时,掌子面挤出量超过70 mm的部分只达到掌子面前方0.6 m 处.可见核心土对掌子面起到控制挤出的效果.2.2 控制拱顶失稳、坍塌控制拱顶失稳坍塌的技术要点是采用超前支护和加强初期支护.1)超前支护.根据构筑方法,超前支护通常分为短超前支护、中超前支护和长超前支护3种情况.①短超前支护:一般支护长度为2～5 m,通常采用超前小导管、插板法和预衬砌技术;②中超前支护:一般支护长度为5～10 m,通常采用中管棚(直径89 mm,长度10 m)或水平喷射注浆方式;③长钢管超前支护:一般采用长度在15～20 m、直径大于108 mm的长钢管,即大管棚超前支护,以有效控制拱顶失稳、坍塌.2)加强初期支护.加强初期支护通常有两种做法,其一是加大喷混凝土的厚度,加密钢架间距或缩小锚杆间距;其二是改变喷混凝土的性能,提高钢架的规格和采用抗拔力大的锚杆.实践证明,第二种方法更有利于控制拱顶下沉.采用初期高强度喷混凝土技术能减薄喷层厚度,有效加快施工进度,符合技术发展的趋势.2.3 控制拱脚下沉、失稳在台阶法施工中,控制拱脚下沉的方法通常有扩大拱脚、设置锁脚锚杆、临时仰拱封闭和设置横撑等方法.日本近期开发出了利用弯曲钻机,设置弯曲形脚部钢管桩或采用高承载力的脚部支撑钢管来控制钢架的下沉,效果较好,如图5所示.另外,也可用喷射混凝土来加固拱脚,如图6所示.图5 控制隧道拱脚下沉失稳的曲线形钢管桩工法Fig.5 Shaped form pipe pile method for controlling tunnel arch springing subsidence instability图6 控制隧道拱脚下沉失稳的拱脚喷射混凝土工法Fig.6 Shotcrete method for controlling tunnel arch springing subsidence instability2.4 控制软岩大变形通常认为初期变形速率快、变形值大、长时间无收敛趋势,且超过预计变形值的变形,可以称为“大变形”.这种围岩一般为软弱围岩,这种变形也通常被称作“软岩大变形”.控制软岩大变形的方法有:①在喷混凝土中设置伸缩缝来吸收一部分变形;②采用长锚杆(8～15 m)来控制围岩的后期变形;③采用掌子面锚杆控制围岩的先行变形等.这些方法对解决大变形问题起到一定的作用,特别是长锚杆和掌子面锚杆.日本在东海道新干线的饭山隧道(长22.2 km)的大变形地段试验,采用多重支护方法取得了成功.多重支护方法的特点是:不需要进行反复扩挖和反复支护,即没有拆除顶替已经承载的支护构件和对围岩的多次扰动的问题,留出充分的变形富裕值,先释放一部分变形进行第一次支护,然后继续释放变形.第一次支护达到极限状态后,再继续第二次支护,必要时可继续第三次支护,将变形控制在容许范围之内.多重支护的基本观点是:容许一次支护变形,以减轻作用在二次支护的土压,并在最内侧形成健全的壳体,使整个支护稳定.因此,二次支护的设置最好在围岩内应力释放到某一程度后实施.3 隧道围岩变形控制技术3.1 开挖过程控制隧道开挖后,随着时间的推移,变形也在发展.一般说,开挖过后,变形发展很快,即初期变形速度很快,而且变形值也比较大,如果能够控制住初期的变形速度,就可以控制隧道围岩的松弛.因此通常强调开挖后要迅速喷射混凝土,迅速架设钢支撑,其目的就是要求初期支护及时闭合.另外需要关注的是从开挖到初期支护全断面闭合的时间.在复杂地形、地质条件下,从开挖到全断面初期支护的闭合时间,要求越短越好.闭合距离也是越短越好.因为,初期支护全断面闭合的过程,就意味着隧道围岩变形逐渐趋于稳定的过程.而闭合距离,基本上要求在距掌子面2～3倍隧道开挖跨度之内,甚至更短一些.因此,有效控制隧道围岩变形的开挖方法,应该是首选全断面法,其次是短台阶法.总之,开挖分部越少,封闭时间越短,变形就越小.3.2 辅助工法控制以改善围岩条件为目的而采用的辅助或特殊工法称为辅助工法,如图7所示.隧道开挖中最危险的应力释放面是掌子面和一次开挖长度的无支护区间.为了控制其危险度,了解地下水分布状况和掌子面前方围岩的动态是非常重要的.图7 辅助工法概念示意图Fig.7 Assistant construction method concept chart 在隧道围岩变形及控制技术措施中,辅助工法占据重要地位.常用稳定掌子面的辅助工法有:超前锚杆、超前长钢管、掌子面喷混凝土、掌子面锚杆、脚部补强锚杆、临时仰拱等.在地下水处理中常用排水钻孔等工法.在控制地表下沉对策中有:长超前钢管、管棚等.在地下水对策中有:排水钻孔、降低地下水位、排水坑道等工法.4 隧道围岩变形控制建议隧道施工主要分为开挖和支护两大工序,变形控制是开挖和支护中的技术关键点.开挖是应力释放的过程,不同的开挖方法,应力释放的过程及程度也是不同的.支护则是应力控制的过程,不同的支护方法应力控制的过程和程度也是不同的.除开挖、支护作业外,其他作业都是辅助性的,如运输、排水、通风、量测、地质超前预报等.但这些作业也是左右开挖、支护成败的关键,不能忽视.因此,控制隧道围岩变形的关键措施主要指开挖、支护过程中控制围岩变形的措施及必要的辅助作业工法.在隧道施工过程中,开挖和支护是密切相关的,根据围岩地质情况,其关系可大致分为只挖不支、先挖后支和先支后挖3种情况.1)只挖不支,适用于坚硬、自支护能力比较高,应力释放后能够自行控制稳定的围岩,围岩级别为Ⅰ级、Ⅱ级.关键技术:减少爆破振动和少扰动的开挖技术.基本措施建议:控制开挖进尺,控制一次起爆炸药量,采用电子雷管,采用机械开挖或机械与爆破并用的开挖方法.2)先挖后支,适用于一般地质条件,围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级.关键技术:加强初期支护控制围岩的松弛、坍塌,确保开挖工作面的稳定.基本措施建议:采用全断面法或超短台阶法,提高初期支护的支护效果,控制隧道围岩变形的发展和收敛;严格控制各开挖工作面的步距,尽快闭合;提高机械化程度,缩短各单项作业的时间.3)先支后挖,适用于特殊地质、地形条件,一般用于软岩大变形、掌子面或拱脚易失稳、底部鼓起等情况,围岩级别为Ⅴ级、Ⅵ级.关键技术:加强超前预支护,确保开挖工作面稳定,控制围岩松弛、坍塌,提高围岩的自支护能力.基本措施建议:采用掌子面超前锚杆、喷混凝土封闭掌子面、倾斜掌子面或留核心土的施工方法;超前管棚、管幕、插板等超前支护;加强初期支护,采用高强度、高刚度喷混凝土技术;采用锁脚锚杆等控制拱脚下沉.只挖不支的场合主要是控制爆破振动,采取减少围岩扰动的施工方法;先挖后支的场合主要是控制掌子面后方的变形,采取加强初期支护和快速封闭的施工方法;先支后挖的场合重点是控制掌子面前方的变形和掌子面变形,采取超前预支护、掌子面支护和掌子面后方支护,及时封闭的措施和工法.5 结语1)隧道围岩变形包括掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方的变形,其中掌子面变形是隧道开挖过程围岩变形发展的重要阶段,是隧道围岩变形控制的重点.2)隧道围岩变形控制是隧道围岩稳定性控制的核心,要采取系统的控制措施.既要控制掌子面前方的先行变形,又要控制掌子面和掌子面后方的变形.3)隧道围岩变形控制的要点在于控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和失稳及围岩大变形等几种形式.4)隧道围岩变形控制重在开挖过程控制和辅助工法控制,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是控制隧道围岩变形的关键.5)隧道开挖和支护相互作用关系可分为只挖不支、先挖后支和先支后挖3种情况,且每种情况有其关键技术和建议的基本措施,在隧道施工过程中,应根据围岩条件和工程特点选定合理的工序.参考文献:[1]关宝树.隧道力学概论[M].成都:西南交通大学出版社,1993.GUAN Baoshu.Generality of Tunnel Mechanics[M].Chengdu:Southwest Jiaotong University Press,1993.(in Chinese)[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004.WANG Mengshu.Technology of Shallow Tunnel Excavation[M].Hefei:Anhui Education Press,2004.(inChinese)[3]张顶立,王梦恕,高军,等.复杂围岩条件下大跨隧道修建技术研究[J].岩石力学与工程学报,2003,22(2):290-296.ZHANG Dingli,WANG Mengshu,GAO Jun,et al.Research on Construction Technology of Large Span Tunnel in Complex Rock[J].Chinese Journal of Rock Mechanics andEngineering,2003,22(2):290-296.(in Chinese)[4]吕勤,张顶立,黄俊.城市地铁暗挖施工地层变形机理及控制实践[J].中国安全科学学报,2003,13(7):29-34.LU Qin,ZHANG Dingli,HUANG Jun.Mechanism of Stratum Deformation and Its Control Practice in Tunneling Urban SubwayAt Shallow Depth[J].China Safety Science Journal,2003,13(7):29-34.(in Chinese)[5]岳广学,何平,蔡炜.隧道开挖过程中地层变形的统计分析[J].岩石力学与工程学报,2007,26(增2):3793-3803.YUE Guangxue,HE Ping,CAI Wei.Statistic Analysis of Stratum Deformation During Tunnel Excavation[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(S2):3793-3803.(in Chinese)。

隧道开挖后围岩松动区及衬砌荷载分析

隧道开挖后围岩松动区及衬砌荷载分析论文
本文旨在分析隧道开挖后围岩松动区的结构，以及衬砌荷载对其稳定性的影响。

隧道开挖后，围岩易于受到外部损伤，岩体结构发生松动，从而可能造成结构破坏以及事故发生。

所以，试图了解围岩的松动程度以及衬砌的荷载作用对结构特性和稳定性的影响，是必不可少的。

首先，确定隧道开挖后的围岩松动区的结构。

在这一阶段，要完善对隧道中的岩体特性的研究，包括岩体工程特性、界面摩擦力、厚度、重力加载、弯曲应力等参数的全面性分析，以精确捕捉岩体结构特征。

接下来，研究围岩松动区及衬砌荷载的关系。

在这一部分，要进行衬砌荷载模拟分析，以识别衬砌荷载对围岩松动区的影响及其动力学特性。

并进一步完善衬砌荷载作用下的岩体稳定性分析方法，评价衬砌荷载对隧道结构安全性的影响。

本文对隧道围岩松动区的结构及衬砌荷载的影响进行了研究，以确保隧道的稳定性和安全性。

在研究过程中，需要进行大量的实验观测和数值模拟，以识别岩体力学特性并获得准确的结果。

同时，要深入了解衬砌荷载作用下的岩体稳定性，开展定量分析，进而有效地确保隧道安全与稳定。

不同荷载时效作用下岩石侧向约束膨胀力试验分析与探讨

不同荷载时效作用下岩石侧向约束膨胀力试验分析与探讨摘要：参考《铁路工程岩石试验规程》TB10115-2014，制备样品进行不同荷载及更长浸水时效作用下侧限约束膨胀力的试验。

通过试验分析岩石在上覆不同压力和同时保持更长的浸水时间作用下的膨胀力发展趋势，为高速铁路设计及施工提供参考和技术支持。

关键词：不同荷载时效作用侧向约束膨胀力膨胀岩1.前言《铁路工程特殊岩土勘察规程》TB10038-2012中和《铁路工程岩土分类标准》TB10077-2001中都提出，对于膨胀岩的室内试验判定指标要求采用自由膨胀率、膨胀力及饱和吸水率三个指标来确定是否为膨胀岩。

其中膨胀力试验数据对工程起着关键定量的作用。

《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266-2013、《铁路工程岩石试验规程》TB10115-2014、《公路工程岩石试验规程》JTG E41-2005中都提出膨胀力试验为上覆0.01MPa接触荷载后浸水48h的稳定膨胀数据。

而在实际工程中，隧道仰拱下的岩层所承受的上部压力主要为仰拱、仰拱填充以及其他结构的上覆自重，隧道二衬上部的岩层所承受的压力也是来自于上覆山体的自重等等的这些重力远远超过规范要求的0.01Mpa的接触荷载；同时岩层在地下水的浸泡下，其接触浸水的时间有可能延长；所以本文中将通过试验分析与探讨岩石上覆不同压力和同时保持更长的浸水时间作用下的膨胀力发展趋势，为高速铁路设计及施工提供参考和技术支持。

2.试验原理及方法介绍本文中的岩石侧向约束膨胀力试验是岩石试件在不同荷载作用下浸水后保持原形体积不变所需的压力与时间的对应关系。

试验参照《铁路工程岩石试验规程》TB10115-2014中“岩石膨胀压力试验”采用平衡法进行。

3.设备介绍1）岩石膨胀压力试验仪：优于1级。

2）游标卡尺：量程200mm，分度值0.02mm。

3）千分表：量程5mm，分度值0.001mm。

4）温度计：量程60℃，分度值1℃。

5）钻石机、切石机、磨石机等试件加工设备。

不同应力释放法的隧道开挖围岩稳定演变影响理论研究崔建强

不同应力释放法的隧道开挖围岩稳定演变影响理论研究崔建强发表时间：2020-06-17T11:26:03.290Z 来源：《基层建设》2020年第4期作者：崔建强[导读] 摘要：为系统模拟隧道施工开挖不同位置卸荷过程中围岩应力和径向位移状态变化，基于强度折减法和差分原理，结合反转应力释放法和不平衡力释放法原理，提出隧道不同施工开挖工序的不同应力释放法对其稳定影响。

中铁二十五局集团第五工程有限公司山东青岛 266000摘要：为系统模拟隧道施工开挖不同位置卸荷过程中围岩应力和径向位移状态变化，基于强度折减法和差分原理，结合反转应力释放法和不平衡力释放法原理，提出隧道不同施工开挖工序的不同应力释放法对其稳定影响。

通过对比分析两种释放法的应力释放后开挖衬砌添加前衬砌径向位移和应力、施加衬砌后衬砌变形和应力以及施加衬砌后围岩变形和应力演变，探究不同释放率隧道各部位稳定影响变化，以期能为实际隧道设计与施工提供指导。

研究结果表明：除拱顶外开挖不同时期两种应力释放法的释放率变化引起的隧道不同位置围岩和衬砌径向位移和应力变化吻合较好，在拱顶处虽有所差异，但有公共点，随着应力不断变化，隧道各位置的应力和径向位移总趋势一致，两种方法都可以作为隧道开挖围岩稳定研究的方法。

与实际情况对比，不平衡力的应力释放法相对反转应力释放法在变化上更接近实际。

关键词：隧道；围岩稳定；反转应力释放法；不平衡力的应力释放法1引言当前，中国在建隧道数量和运营数量均为世界之最[1]。

随着国家一带一路战略和西部大开发的战略不断开展和实施，隧道将在高速铁路，公路交通、水利和人防等工程中再次掀起建设高潮[2]。

但隧道在施工过程中由于岩土自身的复杂性以及对隧道设计施工理念的缺陷，往往造成重大事故，带来人员的伤害和经济上的损失[3]。

如何对在建隧道力学变化和响应机理研究，尤其对开挖过程中围岩稳定的研究逐渐得到工程界的重视。

国内外学者对隧道开挖过程中围岩稳定进行了相关研究。

比较分析应力释放率对围岩位移的影响

ｒｌａｅｒｔｎｔｅｍａｎｒｃｉｐａｅｎ．ｅｅｓａｅｏｈｉｏｋｄｓｌｃｍｅｔ
Ｋｅｒｓｒｃｅｅ；ｓｒｓｅｅｓ；ｒｃｉｌｃｍｅｔｙｗｏｄ：ｋｌｖｌｔｓｒｌａｅｏｋｄｓａｅｎｏｅｐ
【文章编号】１１６６（０２０ — ０１００ — ８４２１）２０９ — ２０
ＣＯＭＰＡＲＡＴＩＶＥＡＮＡＬＹＳＳＯＦＴＨＥＴＲＥＳＬＥＡＳＲＴＩＰＡＣＴＩＳＳＲＥＥＥＭ
ｏＮＴＨＥＳＵＲＲｏＵＮＤＩＮＧＲＯＣＫＣｕｎ・ｕＡＯＧａｇｈｉ
而随着掌子面不断的向前开挖，由于应力释放的复杂，必将
导致位移发生变化，隧道一些十分重要的部分譬如拱顶则
的位移释放系数也随之发生不同的变化。为了更好控制隧道的：，要尽可能真实地模拟此开挖将
过程，故采用等效的支撑荷载替代掌子面的约束作用，以便
（ｃｏｌｆｉｌｎｉｅｒｇＬｎｈｕＪｏｏｇＵｉｒｔ，ａｚｏ３００ｈｎ）ＳｈｏｏｖＥｇｅｉ，ａｚｏｉｔｎｖｓｙＬｎｈｕ７０７，ＣｉａＣｎｎａｎｅｉ
ＡｂｔａｔＷｉｅａｖｎｅｏｒｉｇｆｃｕｎｌｘａａｉｎ，ｏｋｗｉａｓｅｒｌａｅｏｒｓ，ｓｒｃ：ｔｔｄａｃｆｈｈｗｏｋｎａｅｔｎｅｃｖｔｅｏｒｃｌｃｕｅｔｅｅｓｆｓｅｓｌｈｔ

岩质隧道围岩应力释放率的确定与结构力学性状研究的开题报告

岩质隧道围岩应力释放率的确定与结构力学性状研究的开题报告一、研究背景及意义岩石隧道在建设过程中，隧道围岩承受着巨大的应力，因此隧道围岩的应力状态和力学性质对隧道的稳定和安全具有重要的影响。

在隧道施工过程中，由于隧道开挖引起的围岩应力释放，会导致围岩的失稳，甚至产生严重的灾害。

因此，研究岩质隧道围岩应力释放率和力学性状，对隧道的安全施工和运营具有重要意义。

二、研究内容和目标本研究旨在通过野外调查、实验分析和数值模拟，探究岩质隧道围岩应力释放率以及力学性状的变化规律，为隧道建设提供一定的参考和指导。

具体研究内容如下：1. 野外调查和样品采集：在已建成的岩质隧道中，选择一定数量的试验点，进行围岩应力分布调查和样品采集。

2. 实验分析：通过对采集样品进行室内实验，在不同应力状态下，测试样品的力学特性参数，如抗压强度、弹性模量、切变强度等。

3. 数值模拟：依据野外调查和实验结果，利用有限元软件建立岩质隧道围岩的力学模型，对围岩的应力状态进行数值模拟分析，预测围岩应力释放趋势。

本研究的目标是确定岩质隧道围岩应力释放率的变化规律以及力学性状的参数，更好地指导隧道的建设与运营。

三、研究方法和技术路线1. 野外调查和样品采集：选择合适的岩质隧道，选取若干个代表点进行野外调查，对隧道围岩的应力状态和构造特征进行认真记录和分析，并采集一定数量的样品进行室内实验。

2. 实验分析：通过样品加压实验，得到不同状态下样品的压缩强度、抗拉强度、弹性模量等力学性质参数，分析应力状态对围岩力学性状的影响规律。

3. 数值模拟：依据野外调查和实验数据建立数值模型，模拟隧道施工中围岩的应力状态及其变化趋势，预测隧道围岩的应力释放和稳定状态。

四、预期成果和意义通过本研究的实验和数值模拟，将得到岩质隧道围岩应力释放率和力学性状的变化规律，为隧道建设和运营提供可靠的理论参考和技术指导，增强隧道工程的安全性和可靠性。

同时，本研究将为相关岩土力学和围岩稳定性研究提供一定的理论和实践基础。

不同卸载速率条件下开挖深部硬岩隧道滞后岩爆发生机制分析

不同卸载速率条件下开挖深部硬岩隧道滞后岩爆发生机制分析摘要：以加拿大MBE实验隧道为背景，建立隧道开挖的三维数值模型，采用不同的应力释放率，对隧道开挖速率与隧道围岩长期流变稳定性及滞后岩爆的发生规律进行系统研究，得到随着围岩释放率的增加，发生滞后岩爆等围岩变形破坏的可能性和等级在不断增大。

因此，优化施工速度，控制围岩应力释放率，对预防滞后岩爆的发生具有一定作用。

关键词：卸载速率；深部岩体；数值模拟；滞后岩爆1概述深部硬岩一般处于高地应力作用之下，此处开挖隧道，必将导致围岩三向应力平衡状态破坏。

这种情况下极有可能发生岩爆，而岩爆过后工人进入隧道进行作业，处于极限平衡状态的围岩可能发生滞后岩爆，这对于人们的生命财产和安全构成极大威胁。

中国矿业大学何满潮[1]对深部高应力硬岩岩爆做了大量研究。

根据卸载后至发生岩爆现象的时间，将岩爆分为滞后岩爆、标准岩爆和瞬时岩爆；根据卸载后发生岩爆的最大主应力与岩石单轴抗压强度的比值(σ1/σc)对岩爆强度进行分类，滞后岩爆的特征为最大应力水平接近于岩体强度，当开挖形成临空面侧限压力解除时，应力能够调整，切向应力迅速增加的情况下发生了岩爆的现象。

Russense岩爆判别法[2]是根据洞室的最大切向应力σθ与岩石点荷载强度Is 的关系，将洞壁切向应力(σθ)和岩石单轴抗压强度(Rb) 之比σθ/Rb作为岩爆的判据，该方法在岩爆预测中得到广泛运用，并认为：σθ/Rb<0.2时无岩爆，0.2<σθ/Rb<0.3时弱岩爆，0.3≤σθ/Rb<0.55为中等岩爆，σθ/Rb≥0.55为强烈岩爆。

我国徐林生[3]等(2004)通过实例数据分析，根据洞壁切向应力(σθ)和岩石单轴抗压强度(Rb) 之比σθ/Rb进行分类通过对已有的岩石力学实验结果及理论的总结分析，可以得出滞后岩爆主要与岩石的最大主应力、最大切应力以及单轴抗压强度有着密切的联系。

本文采用σ1/σc比值以及徐林生判据对深埋隧道开挖后围岩岩爆破坏进行分析。

动载作用下岩石强度的极限分析

动载作用下岩石强度的极限分析为进一步探索岩石力学中强度理论与变形破坏规律的内在联系,将岩石在动、静载荷作用下的理论模型与实验现象统一起来,使理论计算和室内实验更好的应用于工程实际。

本文依次从准静载,冲击动载和爆炸动载三个方面,通过理论分析和实验室试验两个角度,以统一的极限分析方法开展了岩石强度和损伤特性的研究工作,主要得到以下结论:基于极限分析原理,推导了常规单轴压缩加载时,岩石粘聚力C和内摩擦角φ与单轴压缩破坏形式之间的理论关系式。

归纳总结出岩石在单轴压缩实验中出现的以剪切应力主导的三种典型变形破坏形式,分别为贯穿试件两端的主剪切面破坏形式、圆锥面加拉伸裂纹破坏形式和轴向拉伸劈裂破坏形式。

通过计算岩石剪切破坏面面积,运用极限分析方法,得到了准静载下岩石单轴抗压强度的极限分析上限解:该式说明了岩石宏观破坏形式与抗压强度间的对应关系,其中岩石粘聚力C和内摩擦角φ是影响岩石单轴抗压强度的关键因素。

在实验室完成了取自安徽省张集煤矿的多种岩石单、三轴岩石力学性能实验,研究发现:对于每一种岩石试样,采用三种可能出现的单轴剪切破坏形式进行理论计算,得到的结果与实验直接得到的岩石单轴抗压强度相比,二者平均误差约为10%;对于某一组岩石试样的单轴压缩结果,总能找到相应的破裂形式与之对应,将实际产生的宏观破坏面积并入计算中,二者的误差稳定缩小至6%左右。

基于理论分析和实验室试验,建立了一种针对Mohr-Coulomb强度理论中粘聚力C和内摩擦角φ取值的反演分析方法。

既然准静载下岩石强度和变形破坏形式间有稳定的相关性,通过对单轴压缩结果的分类计算,可以列出两组以上包含岩石粘聚力C和内摩擦角φ的二元一次方程,求解该二元一次方程组即可获得相应的未知量。

再次,采用取自山西省贾郭煤矿和四川省某采石场的多组岩样进行实验验证,对于同一个取芯钻孔中的岩石试样,其物理力学性质十分接近,实验后形成的宏观破坏形式比较一致,岩石的单轴抗压强度也与宏观破坏形式有良好的对应关系。

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。

n05地下洞室的围岩应力与围岩压力分析

5 地下洞室的围岩应力与围岩压力5.1 地下洞室的围岩应力计算及应力分布5.1.1 概述在岩体中开挖地下洞室，必然会破坏原来岩体内相对平衡的应力状态，并在一定范围内引起岩体天然应力状态的重分布。

岩体的强度和变形特性是否适应重分布以后的应力状态，将直接影响地下建筑物的安全。

为了正确评价地下建筑的稳定性，除进行必要的地质分析外，对围岩应力分布特征的分析和计算，也是评价围岩稳定性所必须的环节。

洞室开挖后，周围的岩石在一般情况下（侧压力系数<3）必然会在半径方向上发生伸长变形，在切线方向上发生压缩变形，这就使原来径向上的压缩应力降低，切向上的压缩应力增高，而这种降低和增高的程度随着远离洞壁逐渐减弱，达到一定距离后基本无影响。

通常将应力的这种变化称为应力重分布（即原始的应力状态变化到新的平衡的应力状态的过程）。

把应力重分布影响范围内的岩体称为围岩。

围岩内的应力称为围岩应力或二次应力（相对与天然应力）。

理论研究和实际测量结果表明，围岩应力的分布规律与开挖前岩体的天然应力状态及洞型等有关。

地下工程在设计、施工和使用时，总是要研究其稳定性问题。

在地下工程（井巷、隧道、洞室等）工作期内，安全和所需最小断面得以保证，称为稳定。

稳定如果用公式来表示的话，就是：Uu S <<max max σ 其中，σmax 、u max ——地下工程岩体或支护体中最大、最危险的应力与位移；S 、U ——岩体或支护材料的强度极限与位移。

无论无支护或有支护，凡涉及这方面研究的问题，统称为稳定性问题。

地下工程稳定性可分为两类：（1）自稳——能长期自行稳定的情况，如天然石灰岩溶洞、某些金属采矿场等。

通常不需要进行支护。

（2）人工稳定——需要依靠支护才能达到稳定的情况，如煤矿中的软岩巷道、表土洞室等，由于次生应力场的作用形成破碎带。

地下工程自身影响范围达不到地面的，称为深埋，否则称为浅埋。

深埋地下工程存在如下力学特点：（1）可视为无限体中的孔洞问题，孔洞各方向的无穷远处仍为原岩体；（2）当埋深Z 达到巷道半径或宽高之半的20倍及以上时，巷道影响范围内的岩体自重可忽略不计；原岩水平应力可以简化为均匀分布，通常误差不大（在10%以下）；（3）深埋的水平巷道长度较大时，可作为平面应变问题处理。

地应力释放对隧道围岩稳定性影响的研究

1
工程概况
某公路隧道位于江苏省连云港市. 隧道围岩等
级: 主体部分为∀ 级, 部分为 #级和 ∃级; 进出口段为 % 级. 隧道在地壳稳定性分区上, 属于稳定区 , 不存在第四纪活动断层. 隧址区山体形态较完整, 地层向南东倾斜, 呈单面山景观. 公路隧道的工程地质条件较好. 隧道设计采用双洞分离式隧道方案 , 按双向六车道高速公路标准建设, 分为右线 ( 港口至连徐高速公路) 及左线( 连徐高速公路至港口 ) 两条行车道. 两车道中线间距为 40~ 60 m. 隧道建筑限界净宽14. 0 m, 建
Fig. 2 Finite element calculation model of the tunnel( unit: m)
在模拟时, 只考虑重力产生的初始地应力场, 其大小为
sz
=
h,
sx
=
式中 :
sz
为竖向地应力 ;
sx
! h 1- ! 为水平向地应力;
( 2) 为岩
体的重度 ; ! 为泊松比 ; h 为计算点至地表的距离. 2. 3 开挖方案及计算参数考虑围岩的应力释放比例分别为 20% , 40%, 60% , 80% 和 100% . 开挖方式采用上下断面开挖. 具体开挖步骤: 上半断面开挖 ∗ 上半断面施加初期支护( 初期支护包括锚杆和混凝土衬砌) ∗ 下半断面开挖 ∗ 下半断面施加初期支护 ∗ 整体施加二次混凝土衬砌. 依据隧道工程地质勘察报告以及设计资料, 在数值分析时采用的岩体及支护材料物理力学参数见表 1.
( 1. 浙江工业大学建筑工程学院 , 浙江杭州 310032; 2. 上海交通大学土木工程系 , 上海 200240)
摘要 : 新奥法的基本原理要求隧道围岩支护过程中, 一方面允许围岩有一定程度的变形使其产生受力环区; 另一方面 , 又必须限制围岩的位移量以避免围岩变形过大而产生严重的松弛卸载! . 结合正在施工的某隧道工程, 采用数值方法对其开展在不同地应力释放下围岩稳定性影响的研究 . 结果表明 : 地应力释放越大, 锚杆承担的荷载越小 , 围岩的塑性区发展范围越大. 因此, 在隧道开挖施工过程中, 合理地控制围岩应力释放比例, 可以有效地改善围岩的应力状态以及塑性区的发展范围. 所得结果对深埋隧道围岩稳定性分析、确定合理的支护时机与支护措施以及制定合理的开挖方案具有一定的指导意义 . 关键词: 地应力释放 ; 隧道 ; 稳定性 ; ADINA 中图分类号 : U 452. 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 4303( 2010) 06 0629 04

围岩在不同开挖步下载荷释放率研究

第１Ｏ卷
第１期
南京工程学院学报（自然科学版）
Ｊｕａｏａｊｇｎｔｕｅｈｏｇ（ａｒｌｃｎｅｄｔｎｏｒｌｆｎｎｓｔｅｆｃｎｌｙＮｔａＳｉｃＥｉ）ｎＮｉＩｉｔｏＴｏｕｅｉｏ
成很大的误差．因此，本文根据围岩参数三维数值模拟隧道全断面开挖确定荷栽释放率．与部分以往研究结果不
同，拱底出现隆起，释放率出现负值．
关键词：力释放；值模拟；载释放率；应数荷隧道开挖中图分类号：４１２Ｕ５．
ｎｅａｉｅ．ｇｔｖ
Ｋｅｒｓｔｅｓｒｌａｅｕｒａｉｌｔｎｅｅｓａｅｏｏｄｕｎｌｘａａｉｎｙｗｏｄ：ｓｒｓｅｅｓ；ｎｍｅｃｌｓｍｕａｉ；ｒｌａｅｒｔｆｌａ；ｔｎｅｃｖｔｉｏｅｏ
摘
要：隧道开挖过程中存在应力释放问题，以正确模拟围岩荷载释放率是数值分析的关键．所以往研究者模拟围
岩释放率采用经验法或者二维模拟分析，隧道开挖是空间问题．而对于复杂应力状态条件下的隧道开挖会造而因
（ｃｏｌｆｉｉＥｇｎｅｉｇａｊｇＩｓｔｔｏｅｈｏｏｙａｊｇ２，ＣｉａＳｈｏｏｖｎｉｅｒ，Ｎｎｉｔｕｅｆｃｎｌ，Ｎｎｉ７ｈｎ）ＣｌｎｔａｔＣｒｅｔｓｌｔｎｏｕｒｕｄｎｏｋｌａｅｅｓａｅｉａｋｙｔｕｒｃｌａａｙｉｕｏｔｅｅｉｅｃｆｓｒｃ：ｏｃｉａｉｆｓｒｎｉｇｒｃｏｄｒｌａｅｒｔｓｅｏｎｍｅｉａｎｌｓｓｄｅｔｈｘｓｎｅｏｍｕｏｏｔｓｒｓｅｅｓｎｔｅｃｕｓｆｕｎｌｘａａｉｎｔｓｒｌａｅｉｈｏｒｅｏｎｅｃｖｔｏ．Ｅｍｐｒａｔｏｒｔ — ｉｎｉｎｌｓｌｔｎａａｙｉｉｅｌｙｄｔｅｔｅｉｉｌｍｅｈｄｏｃｗｏｄｍｅｓｏａｉａｉｎｓｓｓｍｐｏｅｏｍｕｏｌｓｍｕａｅｓｒｏｎｉｇｒｌａｅｒｔｎｔｅｐｅｉｕｅｅｒｈｄｓｉｈａｔｔａｕｎｌｅｃｖｔｎｉａｍａｔｒｏｐｃ．ｉｌｔｕｕｄｎｅｅｓａｅｉｈｒｖｏｓｒｓａｃｅｐｔｔｅｆｃｈｔｔｎｅｘａａｉｓｔｅｆｓａｅｅｏＣｏｓｑｅｔ，ｓｒｕｒｏｒｒｉｅｙｔｒｅｆｏｔｎｅｘａａｉｎｕｄｒｃｍｐｅｔｅｓｎｅｕｎｌｙｅｏｓｅｒａｅｍｏｅｌｌｏａｉｒｍｎｌｅｃｖｔｎｅｏｌｘｓｓ．Ａｓａｒｓｌ，ｔｉｐｐｒｉｓｋｓｕｏｒｅｕｔｈｓａｅａｍｓｔｅｅｍｉｅｔｅａｃｒｔｏｄｒｌａｅｒｔｂｓｄｏｈｅ — ｉｎｉｎｕｒａｉｌｔｎｆｆｌｆｃｕｎｌｉｏｄｔｒｎｈｃｕａｅｌａｅｅｓａｅａｅｎｔｒｅｄｍｅｓｏａｎｍｅｃｓｍｕａｉｓｏｕｌａｅｔｎｅｌｉｌｏ — ｅｃｖｔｎｘａａｉ．Ｄｉｅｅｔｆｍｈｒｖｏｓｒｓｌ，ｔｉｓｄｈｗｈｔｔｅｔｎｅｏｔｍｅｖｓａｄｔｅｒｌａｅｒｔｓｏｆｒｎｏｔｅｐｅｉｕｅｕｔｆｒｓｈｓｔｙｓｏｓｔａｈｕｎｌｂｔｕｏｈａｅｎｈｅｅｓａｅｉ

循环爆破荷载下围岩损伤的试验研究与理论分析

循环爆破荷载下围岩损伤的试验研究与理论分析伴随着我们国家对水利水电的大力支持,西南地区的水利水电工程正在不断地展开。

水电站在建设的过程中,由于很多是在高地应力下进行开挖,人工开挖比较困难,更多的要借助爆破等方式进行。

在爆破的过程中,围岩在循环爆破荷载的作用下会不断发生损伤,研究围岩的损伤变化对于保证隧洞的安全性和耐久性事关重要。

以及根据围岩的等级和隧洞围岩的损伤变化来设计支护结构,起到一定的参考作用。

本文依据国家自然科学基金项目“循环爆破荷载作用下隧洞围岩损伤演化机理研究”,以锦屏一级水电站引水隧洞为工程背景,进行相关条件下的模型试验,来分析围岩在循环爆破荷载下的损伤情况。

通过自行设计模型箱、研发相似材料,完成相关试验。

主要研究内容如下:(1)模型箱的尺寸设计为了能够满足在实验过程中的方便性,以及考虑到模型的空间范围,其中本次试验的相似比取10。

该引水隧洞三维模型试验系统主要包括反力架、液压系统,以及测量系统和数据采集系统这四个部分。

(2)经过不断地研究和尝试,选取石英砂和铁粉作为骨料,重晶石粉作为调节剂,松香和酒精的混合溶液作为胶结剂,将这些材料混合而成。

将其作为研究循环爆破荷载下围岩损伤的相似材料。

(3)围压为0的时候,随着循环爆破次数的增加,在介质中的声速会发生不断降低。

也就是说经过循环爆破的作用,介质的完整性在不断劣化,也就是说损伤不断加剧。

(4)考虑围压的影响,5MPa、20MPa与没有围压的对比。

介质的损伤度与应力场的初始水平有关,相同的爆破次数下围压越小,则损伤度越大;相反,围压越大,那么损伤度就会越小。

同时,可以观察到当围压为0时,损伤度曲线比较陡,随着围压的增大,损伤度曲线会逐渐趋于平缓状态,说明围岩的损伤在围压的影响下变小,即围岩的损伤在围压下随着爆破次数的增加而减小。

微差爆破能够增强岩石的破碎,但是对围岩的损伤增加不明显。

每次爆破围岩在循环爆破荷载下的损伤不同,经过五次爆破之后,第三次爆破围岩损伤最大,第二、四次爆破围岩损伤次之,第一、五次爆破围岩损伤最小。

210990389_荷载调节作用下隧道围岩影响数值模拟

学研究创新荷载调节作用下隧道围岩影响数值模拟姚哲超1 程梁2 黄城1 陆卓辉1 白炳捷1 张振亚1*（1.宁波工程学院建筑与交通工程学院浙江宁波 315211；2.菏泽鑫盛路桥公路工程有限公司山东菏泽 274000）摘　要：本文主要论述利用Midas GTS NX 软件模拟隧道围岩承受不同荷载调节状态下的力学行为，考虑不同的压力对围岩及支护的影响。

结果表明：当荷载调节系统油路施加的压力分别为5MPa 、8MPa 和10MPa 时，围岩和初级支护的变形规律是一致的，变形量为0~0.1mm ，随着荷载调节压力的增加，围岩的应力越来越呈均匀性分布，最大应力达到300kPa ，加载前后相对开挖步的应力变化大约在90kPa ，当调节系统油路施加的压力为10MPa 时，荷载调节效果更佳。

关键词：隧道围岩 Midas GTS 支护压力中图分类号： U 416.215文献标识码： A文章编号： 1674-098X(2022)07(c)-0010-06隧道开挖时，在外部荷载的作用下，围岩与初期支护的相互作用机理及开挖过程中应力释放量的理论计算和实验研究都是困难的［1-3］。

开挖的作业面较大，监测每个关键位置的应力和变形是个挑战。

同时，开挖过程中，获得精确的应力释放量是计算达到平衡时围压和初期支护的应力和变形规律的关键。

基于功能完善的有限元分析软件和高性能的计算机硬件，对隧道开挖过程进行详细的力学分析和准确描述［4-6］，以获得整个开挖过程尽可能真实的受力信息，就可以在施工阶段对可能出现的各种问题进行安全评判和施工参数优化，可见有限元分析在隧道开挖施工和参数优化有着至关重要的地位和优势［7-8］。

1 有限元软件Midas GTS NX （New eXperience of Geo-Technical图1　车道公路隧道断面图DOI ：10.16660/ki.1674-098X.2203-5640-5503作者简介：姚哲超（2000—），女，本科在读，研究方向为隧道稳定性。

爆破载荷下围岩的稳定性

构造相对于砂岩均匀致密；卸载曲线模量大于加载曲线模量
•
北京科技大学的于亚伦利用SPHB对不同围压下砂岩的
第23页/共38页
三、数值模拟分析
目前国内使用较多的程序是LS-DYNA程序,它是一个显示非线性动力分析通用的有限元程序,可以求解各种二维、三维爆炸动力响应问题，运用该程序对硐室爆炸、台阶爆炸、药壶爆炸进行的数值模拟。
v
C0
0C0
C0
0C0
第7页/共38页
2.2 弹性波在固定端和自由端的反
射有限长杆中的弹性波传播到另一端时，将发生反
射，边界条件决定反射波的性质。入射波与反射波的总
效果可按叠加原理确定。
σ 3
2
1
图１
σ 1
o
3
V
图２
o
V
2
图1，v2=-v1,则有v3=0,σ3＝2σ1两波相遇处质点速度为０，而应力加倍．相当于法向入射弹性波固定端（刚壁）反射，反射波是入
不留有任何空隙。反之，不耦合。
耦合条件下
DV 4 QV
p
1 4
0 DV2
4 3
0
QV为炸药的爆热，ρ0为炸药的密度，
D为炸药的爆速，p、ρ 、 u、c分别为爆轰波阵面的压力、产
pm
1 2
p
1 8
0 DV2
不耦合条件下
pi
pm
Vc Vb
3
1 8
0
DV2
Vc Vb
3
Pm为爆轰产物开始是平均爆轰压
模量、结构完整性等的综合反应。利用实验测得的岩
石（岩体）内纵波和横波速度，可以计算得到岩石的
动态弹性模量和动态泊松比等性质参数。

围岩压力纵向发展规律

围岩压力纵向发展规律围岩压力纵向发展规律一、引言围岩压力是指地下工程中由于覆盖层和地下水的作用而对岩体施加的垂直应力。

围岩压力的纵向发展规律对于地下工程的设计和施工具有重要意义。

本文将探讨围岩压力纵向发展规律，并分析其影响因素。

二、围岩压力的定义与分类1. 围岩压力定义：围岩压力是指地下工程中由于覆盖层和地下水的作用而对岩体施加的垂直应力。

它是由上部覆盖层和地下水所形成的重量产生的。

2. 围岩压力分类：根据其来源，围岩压力可分为静止荷载和动态荷载两种类型。

静止荷载是指由于覆盖层自身重量所产生的应力，而动态荷载则包括了来自地震、爆破等外界因素引起的应力。

三、围岩压力纵向发展规律1. 上部覆盖层对围岩产生垂直应力，这种应力会随着深度的增加而逐渐增大。

这是因为上部覆盖层的重量会随着深度的增加而增加，从而导致对围岩施加的压力也随之增大。

2. 地下水对围岩产生的应力也会随着深度的增加而逐渐增大。

地下水压力是指地下水在岩体中所产生的垂直应力，它与地下水位高度有关。

一般来说，地下水位越高，对围岩施加的压力就越大。

3. 围岩压力还受到地震、爆破等外界因素的影响。

当地震或爆破发生时，会产生冲击波和振动波，这些波动会传播到围岩中，并对其产生应力。

这些外界因素引起的应力通常比静止荷载要大。

四、影响围岩压力纵向发展规律的因素1. 地下工程深度：随着地下工程深度的增加，上部覆盖层和地下水对围岩施加的压力也会增大。

2. 上部覆盖层性质：不同类型的上部覆盖层具有不同的重量和稳定性，因此对围岩施加的压力也会有所不同。

3. 地下水位高度：地下水位越高，对围岩施加的压力就越大。

4. 外界因素：地震、爆破等外界因素会引起围岩压力的突变，使其发展规律产生变化。

五、围岩压力纵向发展规律的应用1. 地下工程设计中需要考虑围岩压力的纵向分布规律，以确定合理的支护结构和材料。

只有充分理解围岩压力的发展规律，才能确保地下工程的安全性和稳定性。

2. 施工过程中需要根据围岩压力的纵向发展规律来选择合适的施工方法和设备。

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ｌ３．８６６３２Ｏ４１２．９
２０２７．２４５９９．２
根据表６中的二次衬砌截面关键位置的内力，采用容许应力
法，计算出二次衬砌截面各关键位置的安全系数（见表７。）
表７二次衬砌截面关键位置的安全系数位置ｌ拱顶ｌ拱腰Ｉ边墙Ｉ边墙脚
表３Ｖ级围岩开挖水平位移随施工步的释放系数
节点号施工步
从表４表５中我们可以看到，，在第④ 步或第⑦ 步全断面开挖拟的支撑荷载法研究一致。
①
６６３７３３２３３ｌ２８３１２７
９９２２
②
０Ｏｏ８．００Ｏｏ０．０ＯＯ０Ｏ．０
表５Ｖ级围岩开挖荷载释放系数
方向施工步
①
水平０２８２．２
②
０．００ｏ８
③
Ｏｏ１Ｏ．ｏ
④
０３９７．２
⑤
Ｏ．０ｏ２６
⑥
０Ｏｏ８．ｏ
⑦
Ｏ１６３．ｌ
⑧
ＯＯ０８．０
⑨
００４２．Ｏ
对位移值为１２％，．０在规范允许值０８３５．％～．％内。
３隧道初期支护拱腰水平收敛计算结果为：０．５ｍｍ，）一１０２相对位移值为１４％，．０在规范允许值０９％一３９％内。．６．５４隧道断面二次衬砌结构最不利位置处于隧道边墙脚处；）水
０ｏ８ｌ．０
００１．０
００７１．ｏ
Ｏｏ７１．ｏ
０．ｏ０５
００４．０
Ｏ０８ｌ．０
３１２７
９９２２
０８３．５
０．７８０８
０Ｏｌ１．ｌ
０ｏ９６．ｏ
００９７．ｏ
Ｏ０８２．Ｏ
・
１８・７
第０年２月２３１第４期８卷２
山西建筑
率，围岩开挖竖向位移释放率就为围岩开挖竖向荷载释放率，如当中竖向荷载释放系数可能出现负值，具体位置在拱底和边墙脚
表５所示。处，因为隧道在开挖的过程当中拱底出现反弹，这与隧道开挖模
表４Ｖ级围岩开挖竖向位移随施工步的释放系数
节点号施工步
①
６７３３３３２３０８ｌ３．３０．９ｌ７９
②
０Ｏ７４．ｏ００．０
③
０．００７４０ｏ７９．ｏ
④
０．４０４４０．３０９４
⑤
００７４．０Ｏ０７９．０
⑥
００７４．０００７９．０
⑦
００４８．１００１．５８
⑧
０Ｏ７４．０Ｏｏ．０
⑨
０ｏ．０００７９．ｏ
３１２８
０．６８９９
Ｏ【】．ｘ８１
③
０．ｏ００８０．０Ｏ００Ｏ．００１２
④
０３１８．２０３２０．７０２５３．９
⑤
００１６．ｏＯ００Ｏ．ｏＯｏ３６．０
⑥
Ｏ０ｏ８．０Ｏ００Ｏ．０ＯＯ００．ｏ
竖直
０８４８．４
Ｏ．ｏＯ７２
００８３．０
一．２ＯLeabharlann ０４８０．００７８００８１．０
— ．０００４０
００４８．０
Ｏ０６８．ｏ
３数值模拟隧道支护情况
利用已有的释放率对隧道进行开挖（见表４，５，表）位移和内
平最大位移产生在拱腰处；向最大位移产生在拱顶处；竖且在这些位置处计算出的安全系数均满足设计规范的要求。
弯矩／Ｎ‘ ｌ７１４ｋｍ２．６轴，／Ｎｆ５．７１ｋ１１８１／
６．３７４３ｏ６４．４
２．４２２３０１８．２
⑦
Ｏ１ｏ３．００１２９．７０．７Ｏ５８
⑧
００８１．０００００．０００００．０
⑨
ＯＯ００．ｏ００４２．Ｏ０Ｏ００．０
０２Ｏ７．２Ｏ２６９．２０２６９．３
ｌ２．３｝２．５ｌ４３５８３１．７
ｌ仰拱
７７ｌｌ．４
安全系数ｌ７５．９
５现场水平收敛为３０ｍ数值计算结果为３４５ｍ现场）０ｍ，２．ｍ；
１ｍ，７８ｍ由表７可知，二次衬砌结构最不利位置处于隧道边墙脚处，实测拱顶沉降为１０ｍ数值计算结果为８．０ｍ。通过比较由初始应力场数值计算的结果和现场水平收敛值相差但实际安全系数大于铁路隧道设计规范要求的安全系数，明隧可以看出，说
一ＯＯ５３．６
— ．４０１３５
００８３．０
ＯＯ８２．０
０Ｏ９７．０
Ｏ０８２．０
—０Ｏ２５．ｌ
一ｏ３１Ｏ．ｏ４
Ｏｏ６９．ｏ５
Ｏ０５５．ｏ
００）．（７９
００８２．ｏ
力计算如下。
表６二次衬砌截面关键位置内力
位置ｌ拱顶拱腰边墙边墙脚仰拱
计算结果分析：
１隧道初期支护拱顶竖向位移计算结果为：６．相对）一７８ｍｍ，位移值为０２％，．４在规范允许值０１０６内。．％～．％２隧道初期支护拱脚水平收敛计算结果为：７２ｍ，）一６．０ｍ相