地下洞室围岩稳定性分析(精选)
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地下厂房洞室群围岩稳定性是指地下厂房洞室周围岩体的稳定性问题。
地下厂房洞室通常是为了满足人们的生产、生活和储存需求,因此洞室群围岩的稳定性对于地下厂房的长期运行、人员安全和资产保障至关重要。
在研究地下厂房洞室群围岩稳定性时,需要考虑以下几个方面的问题:首先,需要分析洞室群围岩的物理力学特性,包括岩石的强度、变形特性和破坏模式。
通过适当的岩石力学试验和野外观测,可以获取岩石的力学参数,如抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
这些参数对于稳定性分析和设计起着重要的作用。
其次,需要考虑工程参数的影响,如洞室尺寸、埋深和周边岩性的条件。
洞室尺寸对岩体稳定性有直接影响,尤其是高宽比较大的洞室,容易导致岩体的变形和破坏。
洞室的埋深也会影响岩体的应力状态,从而影响岩体的稳定性。
周边岩性的条件决定了岩体的强度和变形特性,需要对周边岩性进行综合分析。
此外,岩体的结构面、节理和隐伏断层等地质构造的影响也需要考虑。
岩体中存在的结构面和节理体,会导致岩体的开裂和滑动,对岩体的稳定性产生不利影响。
隐伏断层的活动可能导致岩体的滑动和破坏,需要对其进行综合分析和评估。
最后,需要进行数值模拟和力学分析,包括有限元分析、离散元分析和解析方法等。
通过数值模拟可以模拟地下厂房洞室群围岩的应力-应变状态,预测岩体的破坏形态和稳定性。
数值模拟还可以进行灵敏度分析,评估不同参数对岩体稳定性的影响,为优化设计和工程措施提供依据。
综上所述,地下厂房洞室群围岩稳定性的研究是一项复杂的工作,需要考虑岩石力学特性、洞室尺寸与周边岩性、地质构造和数值模拟等多个方面的问题。
通过综合分析和评估,可以为地下厂房洞室的设计和建设提供科学依据,保障其长期稳定和安全运行。
8-1 地下洞室围岩稳定性分析
洞顶位移底鼓在岩石地下工程中,受开应力状态发生改二、地下洞室开挖所产生的岩体力学问题向新的平衡应力状态调整,应力状态的调整过程,称(redistribution of stress)。
洞顶位移底鼓由于洞径方向的变形远大于洞轴方向的变形,当洞室半径远小于洞长时,洞轴方向的变形可以忽略不计,因此地下洞室问题可视为平面应变问题深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室,其围岩重分布应力按柯西课题求解(1)柯西课题概化模型无限大弹性薄板,其边界上受到沿方向的外力作用,薄板中有一半径为的小圆孔。
x p R 弹性薄板柯西课题分析示意图pp 1.深埋圆形水平洞室围岩重分布应力以圆的圆心为原点取极坐标,由弹性理论,若不考虑体积力,可求得薄板中任一点的应力及其方向。
(,)M r θ弹性薄板柯西课题分析示意图p p若应力函数为φ22211r r r r φφσθ∂∂=+∂∂径向应力:22rθφσ∂=∂环向应力:2211r r r r θφφτθθ∂∂=−∂∂∂剪切应力:(2)柯西课题解弹性薄板柯西课题分析示意图p p边界条件:()cos 222r r b p pσθ==+()sin 22r r b pθτθ==−0b R >>()()0r r r b r b θτσ====0b R =0b R >>vσxθMvσ0R r弹性薄板pp柯西课题力学模型中极坐标轴与力的作用方向相同。
因此,需进行极角变换。
2420002423411cos22v r R R R r r r σσθ⎡⎤⎛⎞⎛⎞=−−+−⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦240024311cos22v R R r r θσσθ⎡⎤⎛⎞⎛⎞=+++⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦420042321sin22v r R R rr θστθ⎛⎞=−+⎜⎟⎝⎠2)由柯西课题解得到作用下圆形洞室围岩重分布应力v σ22θθπ→−2θσσ=④随着距离增大,增大,减小,并且都逐渐趋近于天然应力。
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。
工程地质讲稿-第9章:地下洞室围岩稳定性
地下水作用
地下水压力、渗透性等对围岩 稳定性产生影响,特别是在软
弱岩体中更为显著。
围岩稳定性评价方法
工程地质分析法
通过对地质勘察资料进行综合 分析,评估围岩的稳定性和可
能发生的不良地质现象。
数值分析法
利用数值计算方法模拟围岩应 力分布、变形和破坏过程,为 工程设计和施工提供依据。
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重要性
围岩稳定性是地下洞室工程设计 和施工中的关键问题,直接关系 到工程的安全性、经济性和可行 性。
围岩稳定性影响因素
01
02
03
04
地质条件
包括岩体的物理性质、岩层结 构、节理裂隙发育程度和地下
水状况等。
洞室设计
洞室的跨度、形状、埋深、支 护方式等设计因素岩的扰动程度和 支护结构的及时性有直接影响
控制地下水压力
设置排水系统
在洞室周边设置排水系统,以降 低地下水压力和防止涌水。
采取止水措施
在洞室周边采取止水措施,如注 浆、粘土填塞等,以防止地下水
渗入。
合理选择施工方法
根据地下水压力情况,选择合适 的施工方法,如逆作法、分部开 挖法等,以减少对围岩稳定性的
影响。
监测与预警系统
设置监测点
在洞室周边设置监测点,对围岩位移、变形、应 力等情况进行实时监测。
工程地质讲稿-第9章地下洞室围岩 稳定性
目录
• 地下洞室围岩稳定性概述 • 地下洞室围岩应力分析 • 地下洞室围岩破坏模式与机理 • 提高地下洞室围岩稳定性措施 • 地下洞室围岩稳定性工程实例
01
地下洞室围岩稳定性概 述
定义与重要性
定义
地下洞室围岩稳定性是指围岩在 一定时间内保持其自身结构完整 性和稳定性的能力。
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。
地下洞室围岩稳定性分析方法综述
问题,然而,由于岩石力学的研究对象是复杂的岩土体材料,一 般均具有非线性、非连续性、非均质及多相性等特点,尤其是天 然岩体,由于其赋存的特殊性,它被各种地质构造(如断层、节 理、层理等)切割成既连续又不连续的形态,从而一般均形成一 个从松散体到弱面体再到连续体的材料序列,而且,天然岩体所 涉及的力学问题是一个多场(应力场、温度场、渗流场)、多相 (气相、固相、液相)等影响下的复杂耦合问题,再加上工程开 挖和外部环境的影响,致使许多情况下,我们不能获得较为准确 的力学参数和本构模型。“力学参数和本构模型不准”已成为岩 石力学理论分析和数值模拟的“瓶颈”问题。
值或变形速率判据用于软弱围岩往往时效不佳,根据牛顿运动 定律,物体从运动转变为静止状态的必要条件是,加速度由负 值渐趋为零。因此,围岩稳定性判据应以加速度为主,辅以变 形值或变形速率,据此提出了变形速率比值判据。
然而采用不同的失稳判据得到的稳定安全度一般是不相同 的,如何建立一个具有理论基础的、可得到唯一解的失稳判据 是今后需要解决的问题。
2存在的问题21参数及本构岩石力学参数和本构模型是岩石力学研究中最核心的两个问题然而由于岩石力学的研究对象是复杂的岩土体材料一般均具有非线性非连续性非均质及多相性等特点尤其是天然岩体由于其赋存的特殊性它被各种地质构造如断层节理层理等切割成既连续又不连续的形态从而一般均形成一个从松散体到弱面体再到连续体的材料序列而且天然岩体所涉及的力学问题是一个多场应力场温度场渗流场多相气相固相液相等影响下的复杂耦合问题再加上工程开挖和外部环境的影响致使许多情况下我们不能获得较为准确的力
传统的岩石力学理论是以岩石的加载试验(包括室内及现 场原位试验)为基础,引入成熟的弹塑性理论等建立起来的而 地下洞室岩体开挖后的实际情况是以卸荷为主,且往往有较大 的拉应力区出现。显然传统的岩石力学理论统一采用加载试验 获取的岩体力学参数,应用适合于加载情况的力学分析软件进 行分析与计算,得到的变形及稳定分析结论与现场的实际情况 必然有巨大区别,甚至连趋势都无法反映[4]。
《岩体力学》第八章地下洞室围岩分析
②开挖洞室半径为R0,塑性圈半径为R1,岩体中的天然应力 ,( 时情况);
③圈内岩体强度服从Mohr直线强度条件即(Coulomb-Naiver准则)。
分析如图8.8所示:
图 8.8 塑性圈围岩应力分析图
,
由 (取向外为正,向内为负)
得:
上式整理变为:
…………………………………………………………①
(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;
令 ,则:
其中 、 为应力集中系数,其大小仅与点的位置有关。
同理,根据光弹实验或弹性力学方法可求得不同形状洞室的应力集中系数 和 ,见教材P144。
(3)软弱结构面对围岩重分布应力的影响
假定岩体中结构面无抗拉能力,且 很小,在剪切过程中,结构面无剪胀作用。
(1)软弱结构面 ,沿水平直线方向
、 均为主应力,结构面上无剪切应力,无影响。不会沿结构面产生滑动,结构面对围岩重分布应力的弹性分析无影响。
设满足方程①的应力函数 为:
………………………………③
由③代入①,并由②可得:
故应力函数 为:
…………………………④
由④代入①可得各应力分量:
………………………………⑤
岩体天然应力比值系数为 ,假定岩体为无重板的力学模型如图8.2所示。
若水平和铅直的天然应力均为主应力,则开挖前板内的天然应力为:
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
第十章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析
第三类因素:既影响应力状态,又影响围岩强度。 主要是岩体中地下水的赋存条件,活动条件。地 下水的活动通常是围岩失稳的一重要因素。 地下水在动水压力,静水压力,对含有可溶盐的 溶解作用,以及对软弱结构面的软化和泥化作用 四个方面起作用。
地下水作用的实际效应:当地下水在围岩中渗透时,一方 面增加了岩石的含水量和饱和度,降低岩石的强度和变形 模量,并且会引起某些粘土岩的屈服点下降,摩擦系数减 小而产生塑性流变和膨胀等。另一方面,由于开挖地下洞 室而提高了渗压梯度,产生指向洞内的渗透压力。围岩中 的渗透压力分布,会因裂隙方向的变化和不均匀分布而呈 现出不对称性,在不对称的渗透压力作用下,洞壁上的公 离体易于发生塌落。
(1)由原岩应力状态及洞形所决定的围岩内 的最大压应力集中区。 (2)围岩表部的高变异应力及残余应力分布 区及由岩性条件所决定的局部应力集中区,如 夹于软岩中的坚硬岩体。 (3)断层、软弱破碎岩墙或岩脉等软弱结构 面附近,洞体与这些软弱结构面所形成的应力 集中局部增高区。 (4)已有洞体内,由于新开挖影响而出现的 高应力区。
3.岩爆的产生条件与发生机制
岩爆乃是洞室围岩的一种伴有突然释放大量
潜能的剧烈的脆性破坏。 产生条件:高储能体的存在及其应力接近于岩体 强度是产生岩爆的内在条件,而某些因素的触发 效应则是岩爆产生的外因(爆破,机械开挖等)。
岩性:弹性岩体储集应变能的性质最强,弹塑性
岩体次之,塑性岩体最低。 部位:具有储能条件的岩体内的高应力集中区, 主要是:
2.岩爆的类型和特点 按发生的部位及所释放的能量类型,岩爆有 不同的类型: (1)围岩表部岩石突然破裂引起的岩爆 在深埋隧道或其它类型地下洞室中所发生 的中小型岩爆多属这种类型。这类岩爆发生时 发出如机枪射击的劈劈拍拍响声,故被称为岩 石射击。 (2)矿柱或大范围围岩突然破坏引起的岩爆 发生于一些探矿坑中的大型岩爆多属这种 类型。这类岩爆发生时通常伴有剧烈的气浪和 巨响,甚至还伴有周围岩体的强烈振动,破坏 力很大,对地下采掘工作造成严重的危害。
(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。
第七章地下洞室围岩稳定性分析
弯折内鼓 这类变形破坏是层状、特别是薄层状围岩变形破 坏的主要形式。从力学机制来看,它的产生可能有两 种情况:一是卸荷回弹的结果;二是应力集中使洞壁 处的切向压应力超过范层状岩层的抗弯折强度所造成 的。 由卸荷回弹所造成的变形破坏主要发生在 初始应 力较高的岩体内(或者洞室埋深较大,或者水平地应力 较高),而且总是在与岩体内初始最大主应力垂直相交 的洞壁上表现得最强烈.故当薄层状岩层与此洞壁平 行或近于平行时,洞室开挖后.薄层状围岩就会在回 弹应力的作用下发生回弹应力的作用下发生如图的弯 曲、技裂和折断,最终挤入洞内而坍阁。
一些局部构造条件,有时也有利于这类变形破坏 的产生。如图10—17所示情况,平行于洞室侧壁的断 层,使洞壁和断层之间的薄层岩体内的应力集中有所 增高,因此洞壁附近的切向应力特高于正常情况下的 平均值,而薄板的抗弯矩又比较低,往往造成弯折内 鼓破坏。
从这类变形、破坏的发生机制和发育特点中可以 看出,在现代地应力或构造剩余应力较高的薄层状岩 层内修建这类地下洞室,围岩的稳定性与洞室轴向相 对于区域最大主应力方位有密切关系。通常.轴向垂 直于最大主应力方向的洞室,其稳定性远低于平行于 最大主应力方向者。这是因为:在洞轴垂直于水平最 大主应力的条件下,当洞体平行或近于平行地通过陡 倾岩层时强烈的卸荷回弹会使垂直于最大主应力方向 的洞壁发生严重的弯折内鼓,而当洞体通过平缓岩层 时,高度的应力集中又会使平行于最大主应力的洞室 顶底板,特别是顶拱,因弯折内鼓的发展而严重坍塌。
劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动 这两种破坏形式都发生于压应力、特别是最大压 应力集中的部位。 1.劈裂剥落 过大的切向压应力使围岩表部发生平行于洞室周 边的破裂。一些平行的破裂将围岩切割成厚度由儿厘 米到几十厘米的薄板,它们往往沿壁面剥落。破裂的 范围一般不超过洞室的半跨。当切向压应力大于劈裂 岩板的抗弯强度时,这些劈裂板还可能按压弯、折断 并造成塌方,转化为类似于弯折内鼓类型的破坏。
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)。
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。
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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。
洞室围岩稳定性因素分析
洞室围岩稳定性因素分析
影响围岩稳定性的因素有天然的,也有人为的,其中天然因素起控制作用,如下:1、岩石特性:坚硬完整的岩石一般对围岩稳定性影响较小,而软弱岩石由于强度低、抗水性差、受力容易变形和破坏,对围岩稳定性影响较大。
2、地质构造:洞室通过坚硬和软弱相间的层状岩体时,易在接触面形成坍落。
洞室应尽量设置在坚硬岩层中,或尽量把坚硬岩层作为顶围。
褶皱的形式、疏密程度及轴向与洞室轴线的交角不同,围岩稳定性也不同。
洞身横穿褶皱轴,比平行褶皱轴有利。
洞室沿背斜轴部通过,顶围向两侧倾斜,由于拱的作用,有利于围岩稳定。
洞室通过断层,若断层宽度愈大,走向与洞轴交角愈小,它在洞内出露的距离便越长,对围岩稳定性影响便越大。
3、岩体结构:层状或块状岩体中围岩破坏常由几组结构面组合构成,一定几何形体的结构体,即围岩分离体的坍落、滑塌。
4、地下水与岩溶:洞室通过含水层便成为排水通道,改变了原来地下水动力条件。
裂隙水常以管状或脉状方式溃入洞内。
5、构造应力:构造应力具有明显的方向性,它控制着地下洞室围岩的变性和破坏。
构造应力最大主应力方向水平或近乎水平并垂直洞轴的情况下,可使顶围和底围不出现拉应力,所以它对顶围、底围的稳定有利。
这种应力较大时,加大洞室跨度能增大顶围的稳定。
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。
地下洞室围岩稳定性分析与评价
N 0 N K nun K nu y sin S S 0 K s u s K s u y cos N H o cos K nu y sin S H o sin K s u y sin
式中:Kn与Ks分别为结构面的法向刚度和剪切刚度。
据水平方向力的平衡条件,可得:
地下洞室围岩稳定性评价
五、围岩稳定性的定量评价
1 矢量分析法 局部块体稳定性 2 图解法(实体比例投影法)
3 数学解析法
1 解析分析法 围岩整体稳定性 2 数值模拟
1 围岩稳定性的解析分析方法
1)均质或似均质围岩的稳定性验算 关键部位是洞室周边最大压应力和最大拉应力集中的部 位。整体围岩稳定的先决条件是这两个部位的应力 -强度条 件满足下列关系:
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
ห้องสมุดไป่ตู้
5
地下水 条件
地下洞室围岩稳定性 的工程地质分析
环境与土木工程学院土木八班613 2016年12月
地下洞室概念
一、基本概念
1 地下洞室(underground cavity)
天然存在于岩土体中或为各种目的修建在地下的具有一定 断面形状和尺寸并有较大延伸长度的中空通道或中空洞室统称 为地下洞室,包括矿山坑道、铁路隧道、水工隧洞、地下发电 站厂房、地下铁道及地下停车场、地下储油库、地下弹道导弹 发射井、以及地下飞机库等。
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)。