第7章 地下工程地质问题
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工程地质学第7章 不同工程类型常见工程地质问题
评价区域稳定性，需要在全面分析工程建设区地壳结构和地 质灾害分布规律的基础上，结合内、外动力地质作用，岩土体介 质条件，人类工程活动与地质环境相互作用关系等，综合评价工 程建设区现今地壳的稳定程度与潜在危险。区域稳定性评价的主 要对象是区域地质背景特征和重点地质灾害。
7.1工业与民用建筑工程地质问题
主固结沉降是指荷载作用在地基上后， 随着时间的延续， 外 荷不变而地基土中的孔隙水不断排除过程中所发生的沉降，它起 于荷载施加之时，止于荷载引起的孔隙水压力完全消散之后，是 地基沉降的主要部分。
次固结沉降是指土中孔隙水已经消散，有效应力增长至基本 不变后变形随时间缓慢增长所引起的沉降。这种变形既包括剪应 变，又包括体积变化，并与孔隙水排出无关，而是取决于土骨架 本身的蠕变性质。
7.1工业与民用建筑工程地质问题
7.1.2 地基稳定性问题
2.地基沉降 地基沉降的计算方法包括分层总和法、有限元法和规范法，
计算时需要根据相关规范要求进行合理选择。地基计算的沉降量 一般指最终沉降量，是地基在荷载作用下沉降完全稳定后的沉降 量， 要达到这一沉降量的时间取决于地基排水条件。对于砂土， 施工结束后就可以完成；对于粘性土，少则几年，多则十几年、 几十年乃至更长时间。在具体建筑物的地基沉降计算时， 还需注 意土体的应力和变形的关系、土的压缩性指标的选定和精确度等 问题。
7.1工业与民用建筑工程地质问题
7.1.2 地基稳定性问题
3.持力层选择 所选持力层首先要满足承载力和变形要求， 并且下卧层也能
满足要求。建筑物的用途、有无地下室、设备基础、地下设施等 条件都会对基础持力层的选择产生影响。对不均匀沉降较敏感的 建筑物，如层数不多而平面形状又较复杂的框架结构，应选择坚 实、均匀的土层做持力层。对主楼和裙房层数相差较大的建筑物， 应根据承载力的不同选择两个不同的持力层，以保证沉降的相互 协调。对有上拔力或承受较大水平荷载的建筑结构，桩基应尽量 深埋，选择的桩基持力层要能满足抗拔要求。对动荷载作用的建 筑物不能选择饱和疏松的砂土做持力层，以免发生砂土液化。
7.1工业与民用建筑工程地质问题
主固结沉降是指荷载作用在地基上后， 随着时间的延续， 外 荷不变而地基土中的孔隙水不断排除过程中所发生的沉降，它起 于荷载施加之时，止于荷载引起的孔隙水压力完全消散之后，是 地基沉降的主要部分。
次固结沉降是指土中孔隙水已经消散，有效应力增长至基本 不变后变形随时间缓慢增长所引起的沉降。这种变形既包括剪应 变，又包括体积变化，并与孔隙水排出无关，而是取决于土骨架 本身的蠕变性质。
7.1工业与民用建筑工程地质问题
7.1.2 地基稳定性问题
2.地基沉降 地基沉降的计算方法包括分层总和法、有限元法和规范法，
计算时需要根据相关规范要求进行合理选择。地基计算的沉降量 一般指最终沉降量，是地基在荷载作用下沉降完全稳定后的沉降 量， 要达到这一沉降量的时间取决于地基排水条件。对于砂土， 施工结束后就可以完成；对于粘性土，少则几年，多则十几年、 几十年乃至更长时间。在具体建筑物的地基沉降计算时， 还需注 意土体的应力和变形的关系、土的压缩性指标的选定和精确度等 问题。
7.1工业与民用建筑工程地质问题
7.1.2 地基稳定性问题
3.持力层选择 所选持力层首先要满足承载力和变形要求， 并且下卧层也能
满足要求。建筑物的用途、有无地下室、设备基础、地下设施等 条件都会对基础持力层的选择产生影响。对不均匀沉降较敏感的 建筑物，如层数不多而平面形状又较复杂的框架结构，应选择坚 实、均匀的土层做持力层。对主楼和裙房层数相差较大的建筑物， 应根据承载力的不同选择两个不同的持力层，以保证沉降的相互 协调。对有上拔力或承受较大水平荷载的建筑结构，桩基应尽量 深埋，选择的桩基持力层要能满足抗拔要求。对动荷载作用的建 筑物不能选择饱和疏松的砂土做持力层，以免发生砂土液化。
地下工程地质问题
7 地下工程地质问题本章要点：主要的地下工程地质问题的分析及保障地下洞室围岩稳定性的处理措施。
学习目标：1、知道围岩压力变形破坏的基本类型，围岩压力的表现形式。
2、知道地下洞室围岩稳定与哪些因素有关，主要的地下工程地质问题。
3、知道保障地下洞室围岩稳定性的处理方法。
在岩（土）体内，为各种目的经人工开凿形成的地下工程构筑物称为地下洞室。
研究地下洞室围岩稳定性的实质，是研究岩体在开凿洞室后，力学变化机理和岩体中应力分布状况。
一般情况下，在查明岩体结构特征和地应力条件的基础上，根据岩体的强度和变形特点就可以判别围岩的稳定性。
目前用于研究围岩稳定性的方法有：数学力学计算方法，围岩的变形和破坏机制分析方法，围岩地质结构分析和围岩稳定性分类方法，模拟试验方法等。
本章的主要内容有：以岩体结构及地应力理论为基础；系统的分析岩体变形与破坏机制和基本类型；介绍围岩的工程分类及其应用。
此外还要讨论围岩稳定性的评价方法，常见地下工程地质问题。
7.1地应力与洞室围岩的变形及破坏地应力也称天然应力、原岩应力、初始应力、一次应力，是指存在于地壳岩体中的应力。
由于工程开挖，使一定范围内岩体中的应力受到扰动而重新分布，则称为二次应力或扰动应力，在地下工程中称围岩应力。
地应力包括岩体自重应力、地质构造应力、地温应力、地下水压力以及结晶作用、变质作用、沉积作用、固结脱水作用等引起的应力。
洞室开挖后，地下形成了自由空间，原来处于挤压状态的围岩，由于解除束缚而向洞室空间松胀变形；这种变形大小超过了围岩所能承受的能力，便发生破坏，从母岩中分离、脱落，导致坍塌、滑动、隆破和岩爆等。
洞室围岩的变形与破坏程度，一方面取决于地下天然应力、重分布应力及附加应力；另一方面与岩土体的结构及其工程地质性质密切相关。
一、围岩的变形导致围岩变形的根本原因是地应力的存在。
地下洞室开挖前，岩（土）体处于自然平衡状态，内部储蓄着大量的弹性能，地下洞室开挖后，这种自然平衡状态被打破，弹性能释放，一定范围内的围岩发生弹性恢复变形。
地下工程地质问题样本
第七章地下工程地质问题一、名词解释(5)1．围岩p150由于工程开挖，使在一定范畴内本来处在平衡状态岩体中应力受到扰动而重新分布，这个重分布应力范畴内岩体被称为围岩。
2．卸荷回弹p150地下洞室开挖后，破坏了岩体中原有地应力平衡状态，岩体内各质点在回弹应力作用下，力图沿最短距离向消除了阻力临空面方向移动，直到达到新平衡，这种位移现象叫做卸荷回弹。
3．岩爆p151在高地应力区地下洞室开挖中，围岩在局部集中应力作用下，当应力超过岩体强度时，发生突然脆性破坏，并导致应变能突然释放导致岩石弹射或抛浮现象，称为岩爆。
4．软岩大变形p152洞室开挖后，当围岩应力超过软弱岩体屈服强度时，软弱塑性物质就会沿最大应力梯度方向向消除了阻力自由空间挤出，称软岩大变形。
5．突泥p156地下工程掘进破坏了岩体本来封闭边界，高能水土混合物突然涌出、迅速释放，形成突泥。
二、单选(20)1．下列哪种应力是初始地应力（）。
P149～150A．未受开挖影响原始地应力B．未支护时围岩应力C．开挖后岩体中应力D．支护完毕后围岩中应力2．如下关于地应力说法，不对的是（）。
P149A．在浅部岩层，地应力垂直分量 σv 值接近于岩体自重应力B．水平分量 σ h各向同性C．最大主应力在平坦地区或深层受构造方向控制D．最大主应力在浅层往往平行于山坡方向3．如下关于直墙圆拱型隧道周边围岩应力变化规律说法，不对的是（）。
P150A．当侧压力系数较低时，拉应力重要出当前拱顶和洞底B．当侧压力系数较低时，压应力重要出当前拱脚和边墙中部C．随着侧压力系数增长，拱顶和洞底由拉应力转为压应力D．随着侧压力系数增长，拱脚和边墙中部由压应力转为拉应力4．在薄层脆性围岩重要变形破坏类型是（）。
P151A．张裂塌落B．劈裂剥落C．弯折内鼓D．塑性挤出5．下列关于岩爆说法不对的是（）。
P152A．岩爆是岩石内部弹性应变能积聚后而突然释放成果B．岩爆发生时，常伴有声音C．岩爆发生过程普通分为三个阶段，依次为应力调节阶段、启裂阶段和岩爆阶段D．岩爆发生临界深度约为200m，埋深越大发生岩爆也许性越大6．“通过开挖导坑时实测涌水量，推算隧道涌水量”涌水量预测办法称作（）。
地下工程的工程地质问题
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８.２ 岩体、岩体结构及地应力的概念
• 但岩体和岩石不同:可以把岩石理解为一种材料,岩石的工程性质主要 取决于它的矿物成分、结构与构造,因此,其特征完全可以通过手标本 进行描述和试验,基本上把岩石看作是连续的、均质的,且多为各向同 性的.
• 岩体是由各种岩石块体组合而成的“岩石结构物”,它的主要特点是 不连续性、非均质性和各向异性.它的工程性质不仅取决于组成它的 岩石,更重要的是取决于它的不连续性,因此,其特征不能只用一块手标 本进行描述和试验,而需要进行大量的现场观测和多方面的室内外试 验才能确定.
• 水平自重应力σH 为 • 构造应力是指由构造运动引起的地应力,一般可分为活动应力和残余
应力. • (３)地应力的特点: • ①地应力基本上是压应力. • ②垂直应力主要是自重应力. • ③水平压力具各向异性.
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８.３ 围岩与围岩应力的变化规律
• ８.３.１ 围岩的概念
• 在岩体中,因开挖洞室,岩体产生的应力重新分布,应力重新分布的范围 内的岩体称为围岩,其直径一般为洞室直径的３~５倍.
８.４ 洞室围岩的变形及其破坏的基本 类型
• １.坚硬岩体的变形与破坏 • (１)岩爆:在高地应力区完整、坚硬的脆性岩中,产生的大量弹性应变
能的突然释放,即突然的脆性破坏,并导致岩石剥落、弹射和爆裂声、 气浪的现象,称为岩爆. • (２)张裂、劈裂:当N＜１/３时,洞顶产生张裂塌落;洞壁产生劈裂剥落. • (３)弯折(内鼓):对于层状(尤其是薄层脆性)围岩,是由卸荷回弹或切向 压应力超过其抗弯强度所造成. • (４)滑移. • ２.软弱岩体的变形与破坏
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８.５ 地下工程特殊地质问题
• ８.５.２ 有害气体
８.２ 岩体、岩体结构及地应力的概念
• 但岩体和岩石不同:可以把岩石理解为一种材料,岩石的工程性质主要 取决于它的矿物成分、结构与构造,因此,其特征完全可以通过手标本 进行描述和试验,基本上把岩石看作是连续的、均质的,且多为各向同 性的.
• 岩体是由各种岩石块体组合而成的“岩石结构物”,它的主要特点是 不连续性、非均质性和各向异性.它的工程性质不仅取决于组成它的 岩石,更重要的是取决于它的不连续性,因此,其特征不能只用一块手标 本进行描述和试验,而需要进行大量的现场观测和多方面的室内外试 验才能确定.
• 水平自重应力σH 为 • 构造应力是指由构造运动引起的地应力,一般可分为活动应力和残余
应力. • (３)地应力的特点: • ①地应力基本上是压应力. • ②垂直应力主要是自重应力. • ③水平压力具各向异性.
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８.３ 围岩与围岩应力的变化规律
• ８.３.１ 围岩的概念
• 在岩体中,因开挖洞室,岩体产生的应力重新分布,应力重新分布的范围 内的岩体称为围岩,其直径一般为洞室直径的３~５倍.
８.４ 洞室围岩的变形及其破坏的基本 类型
• １.坚硬岩体的变形与破坏 • (１)岩爆:在高地应力区完整、坚硬的脆性岩中,产生的大量弹性应变
能的突然释放,即突然的脆性破坏,并导致岩石剥落、弹射和爆裂声、 气浪的现象,称为岩爆. • (２)张裂、劈裂:当N＜１/３时,洞顶产生张裂塌落;洞壁产生劈裂剥落. • (３)弯折(内鼓):对于层状(尤其是薄层脆性)围岩,是由卸荷回弹或切向 压应力超过其抗弯强度所造成. • (４)滑移. • ２.软弱岩体的变形与破坏
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８.５ 地下工程特殊地质问题
• ８.５.２ 有害气体
工程地质 第七章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析
⑵塑性松动圈——洞室周边破坏后，该
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
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
地质灾害防治4第7章矿山和地下工程地质灾害
照明、撒水、通风等条件良好，可以大大减少冒顶 片帮事故的危害。
采场岩石冒顶，特别是大面积的冒顶，一般还是有预 兆的。如掉碴、发响、出现裂缝等等。在有支柱的采 场，则会出现支柱发响断裂。大面积冒落前，支柱会 发出炸响，有很多支柱折断，采场中响声不断。
房柱法采场大面积冒落的主要前兆，则表现为采场顶 板冒落、矿柱破坏，采场中响声越来越大。
(2) 瓦斯抽放
在一些高瓦斯矿井，因CH4气体涌出量很大，靠 通风还难以稀释排除。此时可以进行瓦斯抽 放。抽出的瓦斯气体可以作为民用，或工业 应用，变害为利。
80年代，中国就有100多个矿井安装了瓦斯 抽放设备，每年抽放瓦斯3亿m3。
（3） 建立严格的瓦斯浓度检查制度
煤矿需要配备专门的仪器和专职安全人员，定期和 不定期地检查井下各处的瓦斯浓度，特别是采煤工 作面上的情况。安全人员有权命令停止生产。
岩爆发生时，多数情况下是响声与岩块的弹射现象 同时出现。
7.3.2 岩爆的成因条件
岩爆是岩体中储存的弹性变形能突然释放而产生 的。因此，岩爆是否会发生，取决于：
（1）岩体中是否存储了高能量； 岩体中储存高能量的条件是：埋藏深度深（矿山
深部开采），或应力集中地带，如河谷（如水电 站） 、褶皱带轴部等； （2）储存的能量能否迅速释放。 应变能迅速释放，则需要岩石是脆性，而不是具 有较大变形的塑性岩石。
采掘工作面上瓦斯浓度达到1％，就要停止电钻作 业；达到1.5％，就要停止作业，撤出人员。
煤矿井下工作面通常需要安装瓦斯报警器。
预防瓦斯爆炸的主要措施
2. 杜绝火源
（1） 煤矿井下严禁抽烟，严禁携带明火、烧电炉等。
（2）井下设备都必须是防爆型的：防爆电机、防爆开 关、防爆电缆，，确信在 放炮地点附近20米内CH4浓度不超过1％。
采场岩石冒顶，特别是大面积的冒顶，一般还是有预 兆的。如掉碴、发响、出现裂缝等等。在有支柱的采 场，则会出现支柱发响断裂。大面积冒落前，支柱会 发出炸响，有很多支柱折断，采场中响声不断。
房柱法采场大面积冒落的主要前兆，则表现为采场顶 板冒落、矿柱破坏，采场中响声越来越大。
(2) 瓦斯抽放
在一些高瓦斯矿井，因CH4气体涌出量很大，靠 通风还难以稀释排除。此时可以进行瓦斯抽 放。抽出的瓦斯气体可以作为民用，或工业 应用，变害为利。
80年代，中国就有100多个矿井安装了瓦斯 抽放设备，每年抽放瓦斯3亿m3。
（3） 建立严格的瓦斯浓度检查制度
煤矿需要配备专门的仪器和专职安全人员，定期和 不定期地检查井下各处的瓦斯浓度，特别是采煤工 作面上的情况。安全人员有权命令停止生产。
岩爆发生时，多数情况下是响声与岩块的弹射现象 同时出现。
7.3.2 岩爆的成因条件
岩爆是岩体中储存的弹性变形能突然释放而产生 的。因此，岩爆是否会发生，取决于：
（1）岩体中是否存储了高能量； 岩体中储存高能量的条件是：埋藏深度深（矿山
深部开采），或应力集中地带，如河谷（如水电 站） 、褶皱带轴部等； （2）储存的能量能否迅速释放。 应变能迅速释放，则需要岩石是脆性，而不是具 有较大变形的塑性岩石。
采掘工作面上瓦斯浓度达到1％，就要停止电钻作 业；达到1.5％，就要停止作业，撤出人员。
煤矿井下工作面通常需要安装瓦斯报警器。
预防瓦斯爆炸的主要措施
2. 杜绝火源
（1） 煤矿井下严禁抽烟，严禁携带明火、烧电炉等。
（2）井下设备都必须是防爆型的：防爆电机、防爆开 关、防爆电缆，，确信在 放炮地点附近20米内CH4浓度不超过1％。
工程地质学——第7章、地下水
到地面的距离为潜水埋藏深度。潜水含水层直接与包气带相接，所以潜水在其分布范围内，
都可以通过包气带接受大气降水、地表水或凝结水的补给。潜水在重力作用下，通常由水位
高的地方向水位低的地方径流。
潜水的排泄方式有两种：一种是径流到适当地形处，以泉、渗流等形式泄出地表或流入
地表水，即径流排泄 (runoff excretion)；
由于承压含水层上覆有稳定的隔水层，故与潜水不同：承压水的分布区与补给区不一致。不
能直接接受大气降水或地表水的补给；承压水的水质、水量、水温受气候影响较小，随季节
变化不明显；承压水不易受污染，稳定水位高于初见水位。
2）承压水的埋藏类型
承压水的形成主要取决于地质构造。形成承压水的地质构造主要是向斜构造和单斜构
在基坑开挖遇到上层滞水时含水介质类型孔隙水裂隙水岩溶水包气带水局部黏性土隔水层上季节性存在的重力水上层滞水裂隙岩层浅部季节性存在的重力水及毛细水裸露的岩溶化岩层上部岩溶通道中季节性存在的重力水潜水各类松散堆积物浅部的水裸露于地表的各类裂隙岩层中的水裸露于地表的各类裂隙岩层中的水承压水山间盆地及平原松散堆积物深部的水组成构造盆地向斜构造或单斜断块的被掩覆的各类裂隙岩层中的水组成构造盆地向斜构造或单斜断块的被掩覆的岩溶化岩层中的水图72包气带及饱水带工程地质学220也容易处理
A-补给区;B-承压区;C-排泄区 H1-负水头；H2-正水 头；m-承压水层厚度
图 7-4 自流盆地剖面图
到地面以下的一定高度，这种压力水头称负水头(图 7-4)。地面标高与承压水位的差值称地
下水位埋深。承压水位高于地表的地区称做自流区，在此区，凡钻到承压含水层的钻孔都形
成自流井，承压水沿钻孔上升喷出地表。将各点承压水位连成的面称承压水面。
中职教育-《地下工程概论》课件：第7章 地下工程灾害与防护(马桂军 主编 人民交通出版社).ppt
于战时人民防空袭、防常规武器、防核 辐射和防生化武器的工程项目。 • 人防工程在各类灾害中发挥重要作用 （地下工程的防护设计和平时期对战争 的遏制作用；战争初期对敌进攻的迟滞 作用；对战争潜力、经济发展能力的保
思考题
• 1.地下工程常见的灾害有哪些？ • 2.地下工程火灾的原因有哪些？如何进行地
下工程的火灾防护？ • 3.地下工程的水灾成因有哪些？ • 4.地下工程事故灾害的防护措施有哪些？
技术常规武器袭击的可能性很大。常规武 器主要包括炮弹、航（炸）弹和导弹。
• 核武器的破坏作用有（光辐射、空气冲击 波、早期核辐射、放射性沾染、核电磁脉 冲、直接地冲击、由直接地冲击或空气冲 击波沿地面传播产生的地运动。）
第七节 战争灾害的防护
• 7.7. 2 地下工程的战争灾害防护 • 城市人防工程，顾名思义就是城市里用
报工作、做好超前地质预测预报工作、加 强施工与设计的配合） • 事故发生前的防护对策 • 施工过程中预防对策（加强施工过程监控 管理、地下施工风险管理 、采用信息化施 工 、用专人管专业，抓弱点）
第七节 战争灾害的防护
• 7.7.1 常规武器和核武器的破坏作用 • 在局部战争的主要作战区域，遭到敌方高
第七章 地下工程灾害与防护
第一节 灾害分类
• 7.1.1灾害的定义和分类 灾害一般是指那些可以造成人畜伤亡和形成
物质财富损毁的自然或社会事件。 一般地下工程在施工和运营期间可能发生的
灾害大致可分为两大类：自然灾害和人为 灾害。
第一节 灾害分类
• 自然灾害包括： • 地质灾害（地震、火山爆发、地下毒气、海啸） • 地貌灾害（山崩、滑坡、泥石流、沙漠化、水土流失） • 气象灾害（暴雨、洪涝、热带气旋、冰雹、雷电、龙卷风、干旱、低
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§7.2 地下洞室变形及破坏类型
7.2.1围岩应力的变化规律
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地下洞室开挖后，破坏了岩体中原有的地应力平 衡状态，岩体内各质点在回弹应力作用下，力图沿最 短距离向消除了阻力的临空面方向移动，直到达到新 的平衡，这种位移现象称为卸荷回弹。
随着岩体质点的位移，岩体内一些方向上的质点 由原来的紧密状态逐渐松胀。另一些方向上的质点反 而挤压程度更大，岩体应力的大小和主应力方向也随 之发生变化。这种岩体应力变化，一般发生在地下洞 室横剖面最大尺寸的3~5倍范围内。在此范围外，岩 体依然处于原来的地应力状态。
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软岩岩体工程性质取决于结构体工程性质。
§7.1
岩体及岩体结构
7.1.2岩体结构基本概念
目录
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岩体变形的另一个显著特点是各向异性。当结构 面发育时，受结构面控制的岩体各方向上的变形和强 度有较大区别。通常垂直结构面方向的变形大于平行 结构面方向的变形，垂直结构面方向的变形模量E⊥小 于平行结构面方向的变形模量E∥，垂直结构面方向的 抗压强度σ⊥大于平行结构面方向的抗压强度σ∥。 岩体按结构类型分类仅为第一级分类，在此基础 上还必须进一步研究不同结构类型岩体的变形和强度 特征，结合不同工程类型，对岩体质量进行定量化综 合评价和岩体工程分级（即围岩工程分级），才能在 设计与施工中较方便地应用。
目录
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在岩（土）体内，为各种目的经人工 形成的地下建筑物称为地下工程，其中经 人工开凿形成的地下空间称为地下洞室， 包括各种地下厂房、附建式地下结构及隧 道等。 随着科学技术的进步和建设事业的发 展，大型工业、企业以及市政设施的地下 工程系统日益增多，在水利水电、交通运 输、矿山开采、城市建设以及军事工程、 人防工程等方面出现了大量的、规模巨大 的地下工程。
7 地下工程地质问题
目录
7.1 岩体及岩体结构 7.2 地下洞室变形及破坏类型
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7.3 保证洞室围岩稳定的工程措施
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◎ 习题与思考题
§7.1
岩体及岩体结构
7.1.1岩体基本概念
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7.1.1.1岩体
岩体的概念包含以下两个层次，一是从地质观 点出发的广义岩体，是指在地质历史时期由各种岩 石块体自然组合而成的“岩石结构物”，具有不连 续性、非均质性及各向异性等特点；
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§7.1
岩体及岩体结构
7.1.1岩体基本概念
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7.1.1.3结构体
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图7.2 拱顶中心岩块A所处位置不同对地下洞室稳定性影响差异
§7.1
岩体及岩体结构
7.1.1岩体基本概念
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7.1.1.3结构体
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图7.3 水平板状岩块在拱顶和边墙部位的稳定性差异
§7.1
岩体及岩体结构
7.1.2岩体结构基本概念
因此，研究洞室周边应力，对评价围岩稳定性有 十分重要的意义。
§7.2 地下洞室变形及破坏类型
7.2.1围岩应力的变化规律
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洞室周边围岩应力的变化规律主要随洞室形状和 侧压力系数（N=σh/σv）而变化。
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岩体结构是指岩体中结构面与结构体的组合关
系，其组合形式称为岩体结构类型。不同结构类型 的岩体，其力学性质有明显差别。
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不同结构类型岩体的力学性质有明显差别。由 于不同岩体结构类型具有不同的工程地质及水文地 质特征，其岩体变形与破坏机制、应力传播规律、 地下水渗透性等都各不相同，导致其变形和强度也 各不相同。
§7.1
岩体及岩体结构
7.1.1岩体基本概念
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7.1.1.2结构面
一般情况下，结构面在岩体中是力学强度相对 薄弱的部位。因此，岩体的力学性质及岩体的稳定 性，很大程度上取决于岩体中结构面的工程性质。 结构面工程性质的影响因素主要有结构面的类 型、组数、密度、产状、结构面粗糙度和结构面壁 强度、结构面长度、张开度、充填物性质及厚度、 含水情况等。
§7.1
岩体及岩体结构
7.1.3地应力基本概念
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从实测地应力资料分析，地应力的基本规律可归结为：
1.在浅部岩层，地应力垂直分量σv值接近于岩体自重 应力；大约3/4实测资料表明，水平分量σh大于垂直分 量σv。 2.在深部岩层，如1㎞以下，两者渐趋一致，甚至σV大 于σh。 3.水平分量σh有各向异性。中国华北地区实测结果表 明比值σhmin/σhmax=0.19～0.27的占17%，比值为 0.43～0.64的占60%，比值为0.66～0.78的约占20%。
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随着我国经济的高速发展，有限的土地资源成为很 多地区发展的瓶颈。21世纪是地下工程开发利用的世 纪，为了能适应高速发展的经济，我们在平面发展空 间不足的情况下，优先想到了向空中与地下要空间， 尤其是地下空间的利用，具有很多优点与可操作性。 因此，地下工程将会是近几年的热点关注所在。 地下工程是与地质条件关系最为密切的工程建筑。 不同于地面工程，地下工程位于地表以下一定深度， 受周围岩土体的影响更为明显。因此这些岩土体的工 程地质特性对地下工程的影响更为直接。修建于各种 不同地质条件的岩土体内，所遭遇的工程地质问题比 较复杂。本章将对地下工程中常见地质问题进行讲解。
§7.1
岩体及岩体结构
7.1.2岩体结构基本概念
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一般情况下，硬岩岩体主要为脆性破坏，软岩岩体主要 为塑性破坏，硬岩岩体破坏强度远高于软岩岩体。
通常，在硬岩岩体中，结构面力学强度大大低于结构体 力学强度，因此，硬岩岩体的变性破坏首先是从沿结构面的 变形破坏，岩体工程性质主要取决于结构面的工程性质。在 软岩岩体中，因结构体力学强度较低，有时与结构面强度相 差无几，甚至低于结构面强度，因此，软岩岩体的工程性质 常常取决于结构体的工程性质。 综上所述，硬岩岩体工程性质取决于结构面工程性质，
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岩体及岩体结构
7.1.1岩体基本概念
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7.1.1.3结构体
岩体中被结构面切割而产生的单个岩石块体称 为结构体。受结构面组数、密度、产状、长度等影 响，结构体可以形成各种形状。 常见结构体有块状、柱状、板状、锥状、楔形 体、菱面体等。结构体形状、大小、产状和所处位 置不同，对工程稳定性影响差别很大。 当结构体形状、大小、产状都相同，在工程不 同位置处，其稳定性也不相同。
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§7.1
岩体及岩体结构
7.1.3地应力基本概念
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从实测地应力资料分析，地应力的基本规律可归结为：
4.最大主应力在平坦地区或深层，受构造方向控制， 而在山区则和地形有关，在浅层往往平行于山坡方向。
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5.由于多数岩体都ห้องสมุดไป่ตู้历过多次地质构造运动，且组成 岩石的各种矿物的物理力学性质也不相同，因而地应 力中的一部份以“封闭”或“冻结”状态存在于岩石 中。
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§7.1
岩体及岩体结构
7.1.3地应力基本概念
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地应力也称天然应力、原岩应力、初始应力、一 次应力，是指存在于地壳岩体中的应力。由于工程开 挖，使一定范围内岩体中的应力受到扰动而重新分布， 这种应力则称为二次应力或扰动应力，在地下工程中 称围岩应力。
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地应力按作用方向可分为水平应力与垂直应力， 水平应力主要是构造应力，垂直应力主要是自重应力。 依据埋深不同地应力的分布存在以下规律：地壳浅层 部位有水平应力大于垂直应力；地壳深层部位有水平 应力约等于垂直应力。
§7.2 地下洞室变形及破坏类型
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岩体通常情况下破坏类型可分为以下两种， 一是硬岩情况下，岩体破坏主要沿结构面剪切 破坏；二是软岩情况下，岩体破坏主要是整体 强度不足而破坏。
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在土木工程中，将地下洞室开挖后洞室周 围应力发生重分布范围内的岩体称为围岩。应 力发生重分布后的应力称为围岩应力或二次应 力。围岩应力引起的变形与破坏，主要指相对 较完整岩体在围岩应力为主作用下产生的变形 和破坏。
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§7.1
岩体及岩体结构
7.1.1岩体基本概念
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7.1.1.1岩体
岩石的工程性质主要取决于组成它的矿物成分、 结构和构造；而岩体的工程性质不仅取决于组成它 的岩石自身工程性质，更重要的是取决于其结构面 的性质。
图7.1 二滩电站右坝肩岩体结构示意图
a—软弱岩体；b—断层；c—节理网络
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工程地质学
主编 张士彩
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7 地下工程地质问题
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内容提要
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本章主要内容包括岩体结构及地应力的基本概念、地下 洞室变形及破坏的基本类型及破坏机制、保证洞室围岩稳定 的工程措施等。本章教学重点为地下洞室变形及破坏的类型， 教学难点为保证洞室围岩稳定的各种工程措施。
能力要求
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通过本章的学习，学生应达到如下能力： （1）掌握岩体及岩体结构的基本概念、地应力的基本概念。 （2）理解地下洞室变形及破坏的基本类型及破坏机制。 （3）了解保证洞室围岩稳定的工程措施。 （4）能够达到灵活运用所学理论知识以解决工程中遇到的 实际问题的能力。
§7.1
岩体及岩体结构
7.1.1岩体基本概念
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7.1.1.2结构面
1.原生结构面：指岩石形成过程中产生的结构面。又 可分为沉积结构面、火成结构面和变质结构面。
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2.构造结构面：指地壳运动引起岩石变形破坏形成的 破裂面。如构造节理、断层、破劈理等。
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3.次生结构面：指地表浅层因风化、卸荷、爆破、剥 蚀等作用形成的不连续界面。如风化裂隙、卸荷裂 隙、爆破裂隙、泥化夹层、不整合接触面等。
§7.1
岩体及岩体结构
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