第六章 地下工程地质问题

的做好勘测工作。
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六、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、岩体结构与构造等自然因素有关， 与开挖方式、支护形式及时间等人为因素也有关。 1．岩性 坚硬完整的岩石一般对围岩稳定性影响较小，而软弱岩石则 由于岩石强度低、抗水性差、受力容易变形和破坏，对围岩稳 定性影响较大。 我们知道岩石由于其矿物成分、结构和构造的不同，物理力 学性质差别很大。如果地下洞室围岩为整体性良好、裂隙不发 育的坚硬岩石，岩石本身的强度远高于结构面的强度。这种情 况下，岩石性质对围岩的稳定性影响很小。 如果地下洞室围岩强度较低、裂隙发育、遇水软化，特别是 具有较强膨胀性围岩，则二次应力使围岩产生较大的塑性变形， 或较大的破坏区域。同时裂隙间的错动，滑移变形也将增大， 势必给围岩的稳定带来重大影响。
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（二）围岩的破坏
1、脆性破坏 2、块体滑动与塌落 3、层状岩体的弯曲折断 4、碎裂岩体的松动解脱 5、塑性变形和膨胀 6、松散围岩的变形与破坏 7、特殊地质问题
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三、围岩的工程地质分类及其应用
分类科学也称为分类学，是研究分类理论的内涵， 包括基础、原理、过程及规则，岩体分类的目的是 为了系统的认识岩体的工程特性及其产生变形和破 坏的一般规律，以便有效地利用和改造岩体，为工 程设计和施工提供依据。岩体的分类目的包括： 1.确定影响岩体特征最重要的参数。 2.根据岩体的明显特征，将其相同的分成一组。 3.明确每一个岩体组的特征及其分类基础。 4.进行一个工程的岩体特征分析，并与其他工程 对比分析。 5.取得为工程设计的定量资料和准则。 6.建立工程师与地质师之间的相互关系。
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3．地质构造

地质构造对于围岩的稳定性起重要作用，当洞室通过软硬相 间的层状岩体时，易在接触面处变形或坍落。若洞室轴线与岩层 走向近于直交，可使工程通过软弱岩层的长度较短，若与岩层走 向近于平行而不能完全布臵在坚硬岩层里，断面又通过不同岩层 时，则应适当调整洞室轴线高程或左右变移轴线位臵，使围岩有 较好的稳定性，洞室应尽量设臵在坚硬岩层中，或尽量把坚硬岩 层作为顶围。 当洞室通过背斜轴部时，顶围向两侧倾斜，由于拱的作用， 利于顶围的稳定。而向斜则相反，两侧岩体倾向洞内，并因洞顶 存在张裂，对围岩稳定不利。另外，向斜轴部多易储存聚集地下 水，且多承压，更削弱了岩体的稳定性。 当洞室邻近或处在断层破碎带，若断层带宽度愈大，走向与 洞室轴交角愈小，它在洞内出露越长，对围岩稳定性影响便越大。
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七、保障地下洞室围岩稳定性的处理措施
研究地下洞室围岩稳定性，不仅在于正确地据以 进行工程设计与施工，也为了有效地改造围岩，提 高其稳定性。常采用光面爆破、掘进机开挖等先进 的施工方法以及对围岩采取灌浆、锚固、支撑和衬 砌等加固措施。从工程地质观点出发，保障地下洞 室围岩稳定性的途径有二：第一，保护地下洞室围 岩原有的强度和承载能力，如及时封闭围岩以防风 化，及时衬砌阻止围岩产生过大变形和松动；第二， 赋予围岩一定的强度使其稳定性有所提高，如给围 岩注浆、封闭裂隙、用锚杆加固危岩等。前者主要 是采用合理的施工和支护衬砌方案，后者主要是加 固围岩。
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教学基本要求
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。 【重点】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。 【难点】地下工程地质问题的分析。
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五、地下工程地质问题
地下工程修建在各种不同地质条件的 岩体内，所遇到的工程地质问题比较复 杂。从现有的工程实践来看，地下建筑 工程的工程地质问题主要是围绕着岩体 稳定而出现的，一般说来，地下工程所 要解决的主要工程地质问题有如下几方 面：
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（1）在选择地下建筑工程位臵时，判定拟建工 程的区域稳定性和山体岩体的稳定性(包括洞口 边坡稳定和洞身岩体的稳定)。这时一般多从拟 建洞室山体的地形、地貌、地层岩性、地质构 造、水文地质条件及其它影响建设洞室的不良 地质现象等方面来判定岩体的稳定性。 （2）在己选定的工程位臵上判定地下建筑工程 所在岩体的稳定性。这个阶段除进行—般的岩 体稳定评价以外，还要解决一些与土建设计有 关的岩体稳定方面的问题，这些问题有：
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地下洞室
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。
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（二）地下洞室围岩稳定性的分析方法 由于不同结构类型的岩体变形和失 稳的机制不同，不同类型的地下洞室 对稳定性的要求不同，围岩稳定性分 析和评价的方法多种多样，目前有以 下儿种方法。 1．围岩稳定分类法 2. 工程地质类比法 3．岩体结构分析法 4．数学力学计算分析法 5．模拟试验法
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围岩分类系统
目前，国内外比较有系统的围岩分类至少有百十 余种。但是，其中堪称完善且能为众人所接受的 分类是不多的。一个好的分类应当具备下述基本 要求：类别明确，特征突出，符合实际，简单易 行，并且应能经的起工程实践的检验。 根据现有分类所采用的原则，大体上可归并成三 个分类系统： 1.按围岩的强度或岩体主要力学性质属性分类。 2.以围岩稳定性为基础的综合分类。 3.按岩体质量等级的分类。
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第 七 章
课 件 制 作： 张 斌
洞 室 围 岩 处 理
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主要内容
第一节 地应力及洞室围岩的变形与破坏 第二节 围岩的工程地质分类及其应用 第三节 围岩稳定性计算 第四节 地下洞室围岩稳定性的分析方法 第五节 地下工程地质问题 第六节 保障地下洞室围岩稳定性的处理 措施来自四川交通职业技术学院道桥系
四、围岩稳定性计算
围岩稳定性计算是根据不同的岩体结构， 不同的力学属性，简化成不同的力学模型， 应用相应的力学方法，研究围岩的变形破坏 过程，对围岩稳定性进行定量计算评价的方 法，其重点是计算围岩压力。 围岩压力是指围岩作用在支护（衬砌）上 的压力，是确定衬砌设计荷载大小的依据， 围岩压力也称山岩压力或地压。围岩有松动 压力、变形压力、冲击压力和膨胀压力四种。
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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，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。
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4.构造应力的影响
构造应力随地下洞室的埋深增加而增大， 因此一般地下洞室埋藏越深，稳定性越 差。根据经验，沿构造应力最大主应力 方向延伸的地下洞室比垂直最大主应力 方向延伸的地下洞室稳定；地下洞室的 最大断面尺寸沿构造应力最大主应力的 方向延伸时较为稳定，这是由围岩应力 分布决定的。一般地质构造复杂的岩层 中构造应力十分明显，尽量避开这些岩 层，对地下洞室的稳定非常重要。
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（二）支撑、衬砌与锚喷加固
支撑是临时性加固洞壁的措施，衬砌是永久性 加固洞壁的措施。此外还有喷浆护壁、喷射混凝土、 锚筋加固、锚喷加固等。 1．支撑 支撑按材料可分为木支撑、钢支撑和混凝土支 撑等。在不太稳定的岩体中开挖时，应考虑及时设 臵支撑，以防止围岩早期松动。支撑是保护围岩稳 定性的简易可行的办法。 2．衬砌 衬砌的作用与支撑相同，但经久耐用，使洞壁 光坦。砖、石衬砌较便宜，钢筋混凝土、钢板衬砌 的成本最高。衬砌一定要与洞壁紧密结合，填严塞 实其间空隙才能起到良好效果。作顶拱的衬砌时， 一般还要预留压浆孔。衬砌后，再回填灌浆，在渗 水地段也可起防渗作用。
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5．地下水的影响
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。静水压力 作用于衬砌上，等于给衬砌增加了一定的荷载，因此， 衬砌强度和厚度设计时，应充分考虑静水压力的影响。 另一方面，静水压力使结构面张开，减小了滑动摩擦力， 从而增加了围岩坍塌、滑落的可能性；动水压力的作用 促使岩块沿水流方向移动，也冲刷和带走裂隙内的细小 矿物颗粒，从而增加裂隙的张开程度，增加围岩破坏的 程度。地下水对岩石的溶解作用和软化作用，也降低了 岩体的强度，影响围岩的稳定性。 地下洞室围岩的稳定性，除了受到上述天然因素的 影响外，人为因素也是不可忽视的，比如开挖方法、开 挖强度、支护方法和时间等因素。
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①洞室四周岩体的围岩压力的评价(即岩体本身对衬砌 支护的压力评价)； ②岩体内地下水压力的评价(即地下水对衬砌支护的压 力) ； ③提出保护围岩稳定性和提高稳定性的加固措施； ④在需要时，进行岩体弹性抗力的评价(弹性抗力即在 衬砌对围岩有作用力时，围岩变形所表现出来的抵抗 力。此项评价对于洞室有内压力时较为有用，而对地 下工厂则一般意义不大)。由于地下工程的重要性和各 种自然地质现象的复杂多变，要想详细地弄清楚上述 各种不同的工程地质问题，在进行洞室工程勘测时， 应坚持必要的程序，按勘测设计阶段，由浅入深