3 地下洞室围岩稳定性DING11
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。
洞室围岩稳定性研究及支护方案建议
洞室围岩稳定性研究及支护方案建议一、引言洞室围岩稳定性一直是地下工程中极为重要的问题，它关系到工程的安全与可靠性。
在本文中，我们将针对洞室围岩的稳定性问题进行研究，并提出相应的支护方案建议。
二、背景地下洞室工程是人类利用地下空间资源的重要手段，广泛应用于地铁、隧道以及水利、矿山等领域。
然而，由于地质条件的复杂性，洞室围岩稳定性问题一直困扰着工程师们。
处理好围岩的稳定性问题，将为地下工程的安全运行提供保障。
三、研究现状目前，对于洞室围岩稳定性的研究已取得一定成果。
研究者们通过实地观测、数值模拟以及室内试验等手段，深入探究了围岩的力学性质、变形特征以及破坏机理。
这些研究成果为我们提供了宝贵的基础数据。
四、围岩力学性质分析围岩的力学性质是洞室稳定性研究的基础，通过对岩石的抗压强度、弹性模量、滑移特性等进行测试和分析，可以对围岩的稳定性进行评估。
此外，还需考虑岩石的节理、岩石的裂缝和破碎程度等因素。
五、围岩变形特征研究围岩在受到应力作用下会发生变形，这种变形特征对于洞室稳定性的影响至关重要。
当前的研究主要集中在围岩的压缩变形、剪切变形以及破裂变形等方面。
了解围岩的变形特征可以为后续的支护方案制定提供重要参考。
六、围岩破坏机理探究围岩破坏是围岩稳定性问题中的核心内容，它关系到洞室的整体稳定性。
目前的研究主要集中在岩体的破裂方式、破裂类型、破裂力学以及围岩的支护措施等方面。
通过对围岩破坏机理的深入探究，我们可以更好地预测围岩的破坏情况，并制定相应的支护方案。
七、支护方案建议针对洞室围岩的稳定性问题，我们可以采取多种支护方案来增强围岩的稳定性。
具体的支护措施包括加固围岩、注浆加固、锚杆加固等。
在选择支护方案时，需要综合考虑洞室的大小、围岩的性质、地质条件以及经济成本等因素，并进行合理的设计和施工。
八、总结通过对洞室围岩稳定性的研究，我们可以更好地了解围岩的力学性质、变形特征以及破坏机理，为地下工程的安全运行提供保障。
地下洞室围岩稳定性
北京地铁王府井车站
广州地铁东（山口）~杨（箕）区间隧道
3 地下洞室围岩稳定性分析
3.2 岩体中的天然应力
开挖前存在于岩体中的应力，称天然应力或初始应力。是 岩体在建造或改造过程中，各种地质作用综合作用形成的。
主要包括自重应力和构造应力。
岩体内任何一点的初始应力状态(常称为原岩应力)通常可 以垂直正应力(通常为主应力)通常以垂直正应力和水平正应 力来表示：
围岩应力重分布特征
径向应力随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁 处变为零。
切向应力在一些部位愈接近自由表面切向应力愈大， 并于洞壁达最高值，即产生所谓压应力集中，在另一些部 分，愈接近自由表面切向应力愈低，有时甚至于洞壁附近 出现拉应力，即产生所谓拉应力集中。
这样，地下洞宝的开挖就将于围岩内引起强烈的主应 力分异现象，使围岩内的应力差愈接近自由表面愈增大， 至洞室周边达最大值。
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。
2 张裂塌落
张裂塌落通常发生于厚层状或块体状岩体内的洞室 顶拱。当那里产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗 拉强度时，顶拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那 里发育有近垂直的构造裂隙时、即使产生的拉应力很 小也可使岩体拉开产生垂直的张性裂缝。被垂直裂缝 切割的岩体在自重作用下变得很不稳定，特别是当有 近水平方向的软弱结构面发育，岩体在垂直方向的抗 拉强度较低时，往往造成顶供的塌落。但是在N0的 情况下，顶拱坍塌引起的洞室宽高比的减小全使顶拱 处的拉应力集中也随之而减小，甚至变为压应力。当 项拱处的拉应力减小至小于岩体的抗拉强度时．顶拱 因岩韶趋于稳定。
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。
谢谢观看
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]。
地下洞室围岩稳定性.
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。
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，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R0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：图8.1柯西课题分析示意图……………………①式中为应力函数，它是和的函数，也是和的函数。
地下洞室围岩的稳定性问题
由于地下洞室的开挖破坏了 岩土体中原有的应力状态（一次 应力状态），造成应力重分布 （二次重分布应力）。
1.1围岩应力的重分布
2.围岩与围岩压力 围岩是指地下洞室开挖后发生应力重分布的洞周围的
土体。洞室开挖后，为保证洞室的稳定需要经常进行支护 和衬砌，洞室支护和衬砌结构上必然受到围岩变形和破坏 的岩土体的压力，这种由于围岩的变形与破坏而作用于支 护和衬砌上的压力，称为围岩压力。围岩压力按其形成方 式主要有以下几种：
（3）冲击压力。冲击压力也 称“岩爆”，当建筑物埋深较大 ，或由于构造作用使初始应力很 高，开挖后洞体应力超过了围岩 的弹性界限时，这些能量突然释 放所产生的巨大压力，称为冲击 压力。
（4）膨胀压力。某些岩土体 由于遇水后体积膨胀而产生膨胀 压力。膨胀压力的大小取决于岩 土体的物理力学性质和地下水的 活动特征。
1.2地下洞室围岩的变形与破坏
（4）弯折内鼓。在薄层脆性 围岩中，当卸荷回弹或切向压应 力超过薄层岩层的抗弯强度时， 岩体变形、破坏将主要表现为层 状岩层以弯折内鼓的方式破坏。
当以垂直应力为主时，水平 岩层在洞顶易产生弯折；当以水 平应力为主时，竖直岩层在洞壁 易产生弯折。
Hale Waihona Puke 在卸荷回弹造成的破坏中， 破坏主要发生在地应力较高的岩 体内（如深埋洞室或水平应力高 的洞室），并且总是在与岩体内 初始最大应力垂直相交的洞壁上 表现最强烈。
（1）松动压力。松动压力也称“散体压力”，指由 于围岩松动或坍塌的岩土体以重力形式作用在支护结构 上的压力。
1.1围岩应力的重分布
（2）变形压力。变形压力是 指支护结构为抵抗围岩变形而承受 的压力。围岩变形是时间的函数， 变形压力与围岩变形和支护结构有 关，所以变形压力是时间和支护结 构特征的函数。洞室开挖后，一定 的支护结构应有一个合理的支护时 间；若同一支护时间采用不同的支 护结构，则变形压力也不同，一般 支护结构柔性越好，变形压力就越 小。
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)。
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综述
地下洞室围岩稳定性综述摘要：地下洞室围岩的稳定性在地下洞室施工时有着至关重要的作用，简要介绍了近几年研究成果，并对这一研究的现状与发展趋势做了简要评述。
关键词：地下洞室围岩稳定性综述引言地下洞室等地下工程开挖之前，岩体处于一定的应力平衡状态。
用于各种目的的地下开挖改变了原有的平衡状态，从而造成开挖空间周围的应力重新分布。
如果围岩中的应力超过了岩体强度，则围岩会破坏，产生坍塌、片帮甚至底板隆起等现象，软岩或高地应力中的地下洞室则可能产生很大的塑性变形。
如果不及时对围岩进行支护或加固开挖出来的地下空间就会因为围岩的变形与破坏而无法使用。
当二次应力较低，达不到围岩的弹性极限时，围岩处于弹性状态，无需支护就可以保持稳定；反之当围岩应力较高、强较低时，就会产生塑性变形和断裂破坏；在有断层、节理等不连续面切割时，还有可能在地下洞室的顶板或边墙产生不稳定的楔形块体，也可以对地下空间构成威胁。
在进行地下空间设计和施工之前，需要对开挖后的围岩应力进行分析，进而对围岩稳定性进行评价，以便采取合理的开挖方式和支护形式。
地下洞室等地下工程不可能一次开挖完成，不同的开挖顺序及施工方案对地下洞室群的稳定性的影响不同，即开挖顺序或施工方案将直接影响围岩应力、变形及破坏区的发展变化过程。
因此，选择合理的开挖顺序或施工过程是地下洞室群设计与施工的重要内容，具有重要的理论意义和过程使用价值。
主要研究成果2004年周敏等[1]在针对影响因素与围岩稳定的非线性关系，利用神经网络理论与BP 神经网络的建模能力，进行非线性运算，提出改进的BP神经网络评判围岩稳定性模型，得出神经网络方法可以很好的运用于洞室稳定性影响因素中，且输入的参数不受限制，分类，设计及预测精度高，还可以进行数据联想以及校正补错。
提出神经网络方法在地下洞室稳定性分类中具有非常重要的意义。
2005年胡夏嵩等[2~4]以西北某市大型水利地下洞室工程为例，采用弹塑性二维有限元法通过低地应力区地下洞室开挖后围岩拉应力、剪切应力分布与围岩变形破坏进行了数值模拟研究，模拟结果表明：在低地应力地区对于椭圆形洞室，地下洞室开挖后在洞侧壁位置产生应力集中，在洞顶位置出现拉应力现象，基本产生在拱顶正中位置；低地应力区地下洞室开挖后，围岩中的剪应力集中带主要形成于洞顶垂直位置，即地下洞室围岩破坏主要发生在洞顶位置，略偏于拱顶的位置，最大剪切应力等值线分布具有对称性，形成于地下洞室底边墙拐角位置处的最大剪应力集中现象，这种现象与地下洞室开挖所引起的围岩块体结构面切向挤压滑落时的剪切变形、应力释放有一定的关系，洞顶位置处的最大剪应力值明显小于底部边墙拐角处的最大剪应力值，边墙拐角处的最大剪应力值一般是洞顶位置最大剪应力值得1.7倍以上，这与地下洞室底边与侧壁边墙之间开挖成直角形有关，直角形的拐角容易形成剪应力集中，产生围岩的不稳定区；低地应力区地下洞室围岩变形破坏主要是发生在垂直方向，水平方向的规模和程度均不及前者，同时总结分析了低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏规律及其特征。
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-岩体力学
– 有压洞室、无压洞室
断面形状
– 圆形、矩形、城门形、马蹄形
地下洞室围岩稳定性分析
概述
– 地下洞室分类
洞轴线方位Hale Waihona Puke – 水平洞室、倾斜洞室、竖井
围岩类型
– 土洞、岩洞
其他
– 人工洞室、天然洞室；单洞、群洞
地下洞室围岩稳定性分析
概述
– 地下洞室的力学效应
应力重分布作用
– 地下洞室开挖后，洞周围岩体中应力调整，使原有应力的 大小、方向和性质发生变化的作用。
θ
b2 pb b2
a2 pa a2
a2b2 b2 a2
pb r2
pa
（a）
对于地下洞室，在式（a）中令 b , pb = 0（天然应力），得到有 压圆形洞室围岩重分布应力公式：
r
0 1
a2 r2
pa
a2 r2
θ
0 1
a2 r2
pa
a2 r2
（1）
地下洞室围岩稳定性分析
圆形洞室围岩重分布应力 — 轴对称应力
地下洞室围岩稳定性分析
围岩重分布应力分析
地下洞室围岩应力分析涉及以下问题：
开挖前岩体天然应力状态的确定 开挖后围岩重分布应力的计算 支护衬砌后，围岩应力状态的改善
围岩重分布应力分析
弹性围岩重分布应力分析 塑性围岩重分布应力分析
地下洞室围岩稳定性分析
弹性围岩重分布应力分析
– 圆形洞室围岩重分布应力 — 轴对称应力 – 圆形洞室围岩重分布应力 — 非轴对称应力 – 其他形状洞室围岩的重分布应力 – 软弱结构面对围岩重分布应力的影响
地下洞室围岩稳定性分析
概述
– 地下洞室围岩稳定性分析
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
围岩应力重分布特征
径向应力随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁 处变为零。
切向应力在一些部位愈接近自由表面切向应力愈大， 并于洞壁达最高值，即产生所谓压应力集中，在另一些部 分，愈接近自由表面切向应力愈低，有时甚至于洞壁附近 出现拉应力，即产生所谓拉应力集中。
这样，地下洞宝的开挖就将于围岩内引起强烈的主应 力分异现象，使围岩内的应力差愈接近自由表面愈增大， 至洞室周边达最大值。
3.2.2 脆性围岩的变形破坏
1、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 切向压应力超过薄层状岩层的抗弯折强度所造成 的。
1、弯折内鼓
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 下发生弯曲、折裂和折断，最终挤入洞内而坍倒。
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。
3 地下洞室围岩稳定性DING1
3 地下洞室围岩稳定性分析
3.2 岩体中的天然应力
开挖前存在于岩体中的应力，称天然应力或初始应力。是 岩体在建造或改造过程中，各种地质作用综合作用形成的。
主要包括自重应力和构造应力。
岩体内任何一点的初始应力状态(常称为原岩应力)通常可 以垂直正应力(通常为主应力)通常以垂直正应力和水平正应 力来表示：
σv=σv0+γh σh=Nσv σ随深度而变化，因而 对于具有一定尺寸的地下洞室来说，其垂直剖面上各 点的原岩应力大小是不等的，即地下洞室在岩体是处 在一种非均匀的初始应力场中。
围岩应力重分布
地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态， 围岩内各质点在回弹应力的作用下，均将力图沿最 短距离向消除了阻力的自由表面方向移动，直至达 到新的平衡。由于这种围岩变形的发展，岩体内某 个方向原来处于紧密压缩状态，现在可能发生了松 胀变形，而另一个方向可能挤压的程度更严重了。 这样，围岩应力的大小与主应力的方向也就发生了 改变，即围岩中的应力产生重分布作用，形成新的 应力状态，称为应力重分布。
围岩
按照森维南原理，由开挖洞室引起的应力 状态的重大变化局限在洞周一定范围之内。 通常此范围等于地下洞室横剖面中最大尺寸 的3—5倍,习惯上将此范围内的岩体称为“围 岩”
3.3 地下洞室围岩的变形破坏
3.2.1 围岩变形破坏的一般过程和特点
地下洞室开挖常能使围岩的性状发生很大变化，促使围 岩性状发生变化的因素，除上述的卸荷回弹和应力重分布 之外，还有水分的重分布。
2 张裂塌落
张裂塌落通常发生于厚层状或块体状岩体内的洞室 顶拱。当那里产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗 拉强度时，顶拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那 里发育有近垂直的构造裂隙时、即使产生的拉应力很 小也可使岩体拉开产生垂直的张性裂缝。被垂直裂缝 切割的岩体在自重作用下变得很不稳定，特别是当有 近水平方向的软弱结构面发育，岩体在垂直方向的抗 拉强度较低时，往往造成顶供的塌落。但是在N0的 情况下，顶拱坍塌引起的洞室宽高比的减小全使顶拱 处的拉应力集中也随之而减小，甚至变为压应力。当 项拱处的拉应力减小至小于岩体的抗拉强度时．顶拱 因岩韶趋于稳定。
分析围岩变形破坏时， 应抓住其变形破坏的始 发点和发生连锁反应的 关键点，预测变形破坏 逐次发展及迁移的规律。 在围岩变形破坏的早期 就加以处理，这样才能 有效地控制围岩变形， 确保围岩的稳定性。围岩
变形破坏形式取决于围岩应力状 态、岩体结构及洞室断面形状等 因素。见下图，不同岩体结构及 洞室断面形状，围岩变形破坏形 式不同。
3.2.2 脆性围岩的变形破坏
脆性围岩包括各种块体状结构或层状结构的坚硬或 半坚硬的脆性岩体。
这类围岩的变形和破坏，主要是在回弹应力和重分 布的应力作用下发生的，水分的重分布对其变形和破 坏的影响较为微弱。
这类围岩变形破坏的形式和特点．除与由岩体初始 应力状态及洞形所决定的围岩的应力状态有关外，主 要取决于围岩结构，一般有弯折内鼓、张裂塌落、劈 裂剥落、剪切滑移以及岩爆等不同类型
一殷说来，洞室开挖后，如果围岩岩体承受不了回弹应 力或重分布的应力的作用，围岩即将发生塑性变形成破坏。
这种变形或破坏通常是从洞室周边，特别是那些最大压 或拉应力集中的部位开始，而后逐步向围岩内部发展的。
围岩的变形破坏过程
围岩的变形破坏 是渐进式逐次发展的。 开挖-->应力调整--> 变 形 、 局 部 破 坏 --> 再次调整 -->再次变形-->较大 范围破坏
3 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。一些平行的破裂将图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。劈裂剥落多发生于厚层状或块体 状结构的岩体内，视围岩应力条件的不同，可发生于顶拱， 也可发生于边墙之上，前者造成顶供的片状冒落，后者则 造成通常所谓的片帮。