第七章地下洞室围岩稳定性分析
地下气库(LPG)洞室围岩稳定性数值分析
目前应用广泛 的弹塑性模 型主要 有 ： 莫 尔一 基于 库伦 屈服 准则 的库 伦模 型 （ ｏｌ ）德鲁 克一 Ｃ ｕ ｍｂ 、 ｏ 普拉 格 （ ｒｃ— Ｄｕｋ ｅＰａｅ） 型 、 桥 （ ａ ｒ ｇ ） 型 、 德 （ ａｅ 模 ｒ ｒｇｒ模 － 剑 Ｃ ｍｂｉ ｅ 模 ｄ 拉 Ｌｄ） 型 、 德一 肯 （ ａｅＤ ｎａ ） 型 等 。 摩 尔一 伦 屈 服 拉 邓 Ｌ ｄ— ｕ ｃｎ 模 库
挖过 程及 开 挖后 洞室 围岩 的 内力 和 变形 将 怎样 变 化 是 未知 的 ， 而造 成 施 工 时 的 风 险 。有 限元 法 作 为 一 种 从 强有 力 的数值 分 析 方 法 ， 已经 被 广 泛 地 应 用 于 许 多 工 程分析 与 模拟 中 ［２， １１它不仅 可 以求 出土 体 中各 点 的应 －
地下气库 （ Ｐ 洞室 围岩稳 定性 数值 分析 Ｌ Ｇ）
刘红 刘 王秀 王本洲 军 ， 泉维 ， 海 ， ２
（ ．中国海洋大学海洋环境与生态教育 部重 点实验室，山东 青岛 ２ ６ ０ ； ． １ ６ １ ０ ２ 青岛市黄岛 区国土资源局 ，山东 青岛 ２ ６ ０ ） ６ ５ ０
受压情况， 为避免 ２种材料的重叠， 计算 时， 常取 １ 个 很大 的法 向刚 度 系数 ， 样 就 不 可避 免地 带 来 一 定 的 这 误差 （ 特别 是应 力 ） ［ 。而 Ｄｓｉ ｅａ等人提 出的薄 四边形 单 元则避免了摩擦型接触面单元的这一缺陷， 可以较好的 反 映法 向变形和 切 向变形 以及 应 力的 传递 ＿。 因此 ， ８ Ｊ 采 用德塞斯 （ ｅ ） 四边形 单元对接触 面进行模拟 。 Ｄｓ 薄 ｋ 接触 面 变形 的数 学 模 型 ： ｓｉ 元 与普 通 单 元 一 Ｄｅａ单 样 在平 面问题 中有 ３ 应 力分 量 和 ３个 应 变 分 量 。对 个 划入有厚度接触单元内的接触面和其附属 的岩土体来 说 ， 形分 为 两部 分 ： 变 一是土 体基 本 变形 ｛ ｅ ｝它与一 △ ， 般土体的变形一样 ； 二是破坏变形， 包括滑 动破坏和接 触破坏 ｛ｅ ｝总的变形为两者的向量叠加， ： △ ２， 即 ｛ ｅ ＝｛ ｅ ｝ △ ２ △ ｝ △ １ ＋｛ ｅ ｝ （） ８ 基本 变 形 所 采 用 的 本 构 关 系 与 土 体 其 他 单 元 相 同， 其应力 应变关 系不再重 复。破坏变形对接触面上 的一点来说， 它们的变形都是刚塑性的， 即破坏前接触 面上 无 相 对 位 移 ， 旦 破 坏 ， 裂 或 错 动 ， 对 位 移 不 一 张 相
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。
大型地下洞室围岩稳定性分析及实践探讨
。建筑 与工程 ０
Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩ Ｆ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ
２０ ０ ８年
第 ２ 期 ｌ
大型地下洞室围岩稳定性分析及实践探讨
（． １河海大 学 土木 工程 学院 江苏
冯 科锋 ’ 杨师 东 郭纹华 南京 ２ ０ ９ ； ． １ ０ ８ ２ 中南 勘测 设计研 究 院
形情况， 得尤为重要。 显 本 文 分 析 了某 电站 地 下 厂 房 开 挖 过 程 中 的 围 岩 变 形 特 征 ， 论 了 讨 围岩 支 护 的 合 理 时 间 及 重 要 性 ， 类 似 洞 室 的 设 计 、 挖 提 供 有 效 的 为 开 参考 。
２ 工程 概 况 ．
２１工 程 简 介 ． 该 水 电 站 装 机 容 量 ６ ０ ＭＷ ，枢 纽 建 筑 物 主要 有混 凝 土 重 力 坝 、 ００
影 响 。
图 １ 主 厂 房 轴 线 地 质 剖 面 示 意 图
３ 围岩 变 形 监 测 、 形 时 效 特 征 分 析 及 其 回 归 曲 线 ． 变
３ １ 形 监测 ．变
图 ３ Ｍ ４断商各深度围岩变形一 时间曲线 ４
髑
岩 体 作 为 一种 非 线 性 介 质 ． 室 开 挖 后 围 岩 中发 生 的 物 理 、 学 变 形 趋 势 会 越 来越 平 缓 ． 现 了水 利 工 程 地 下 洞 室 开 挖 的 洞 室 群 效要 有 两 大 类 ： 是 由岩 体 结 构 面 和 开 挖 面 组 合 形 成 一 的局 部 块 体 稳 定 性 问 题 口 另 一 类 是 由岩 体 强 度 和 岩 层 层 面 、 间 破 碎 ： 层 带 或 断 层 控 制 的洞 室 整 体 稳 定 性 问 题 。 于 大 型地 下 洞 室 跨 度 一 般 较 由 大 ， 深 较 深 ， 以 施 工 难 度 较 高 ， 开 挖 的 过程 中 ， 时 掌 握 围岩 的变 埋 所 在 及
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。
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]。
地下洞室工程围岩特征及其支护措施
地下洞室工程围岩特征及其支护措施地下洞室工程是指在地下进行的洞穴开挖和地下结构施工的一种工程。
在地下洞室工程中，围岩是指洞室周围的地质岩体，包括岩层、岩性、岩体强度、岩体稳定性等一系列特征。
围岩的性质和特征对地下洞室的安全和稳定性起到至关重要的作用。
在地下洞室工程中，围岩的特征包括以下几个方面：1.地质结构特征：围岩的地质结构特征包括岩层倾角、岩层的发育程度、岩层的厚度等。
不同的地质结构会对围岩的稳定性和施工难度产生影响。
2.岩性特征：围岩的岩性特征包括岩石的种类、岩石的密度、岩石的坚硬程度等。
不同的岩性会对围岩的稳定性和施工难度产生影响。
3.岩体强度：围岩的强度是指岩体抵抗破坏的能力。
围岩的强度越高，洞室的稳定性越好。
因此，在地下洞室工程中，需要对围岩的强度进行测试和评估，以确定相应的施工方案和支护措施。
4.岩体稳定性：围岩的稳定性是指岩体在开挖和施工过程中是否容易发生破裂、塌陷等现象。
围岩的稳定性与地下水位、地应力、岩体结构等因素有关。
在地下洞室工程中，需要通过岩体稳定性分析，确定相应的支护措施，以确保洞室的安全施工和使用。
针对以上围岩特征，地下洞室工程中常用的支护措施有：1.开挖方式：在地下洞室开挖过程中，可以采用不同的开挖方式，如爆破开挖、钻机开挖、机械掘进等，根据围岩的特征选择合适的开挖方式。
同时，还需要合理设置开挖工作面和施工顺序，以降低围岩变形和破坏的发生。
2.支护结构：地下洞室工程中常用的支护结构有钢支撑、混凝土衬砌、锚杆支护等。
根据围岩的特征和洞室的设计要求，选择合适的支护结构，并进行稳定性分析和力学计算，以确保支护结构的稳定性和耐久性。
3.地下水控制：地下水是影响地下洞室稳定性的重要因素之一、在地下洞室工程中，需要采取相应的地下水控制措施，如井孔排水、封水墙施工等，以降低地下水对围岩的影响。
4.监测与预警：地下洞室工程中，需要设置相应的监测系统，对围岩的变形、位移、应力等进行实时监测，及时发现问题并采取相应措施。
岩土勘察工程第七章 各类建筑岩土工程思维导图勘察
第七章 各类建筑岩⼟⼯程勘察房屋建筑与构筑物岩⼟⼯程勘察地下洞室的岩⼟⼯程勘察与评价道路（路基）岩⼟⼯程勘察桥梁岩⼟⼯程勘察其他建筑场地岩⼟⼯程勘察岩⼟⼯程勘察要求岩⼟⼯程勘察要点评价与计算岸边⼯程管道与架空线路⼯程废弃物处理⼯程核电⼯程基坑⼯程既有建筑物的增载与保护泥⽯流场地概述主要⼯程地质问题岩⼟⼯程勘察要求勘察要点概述勘察要点场地评价地基⼟的均匀性评价地基承载⼒地基变形计算常⻅岩⼟⼯程问题路线选择⼯程地质论证路基的主要⼯程问题路基边坡稳定性路基基底变形与稳定性道路冻害建筑材料⼭岭区平原区沿河线越岭线展线⼭坡路线路基道路灾害筑材选择概述岩⼟⼯程勘察的基本要求着重查明勘察要点场地评价可⾏性研究阶段的勘察初步设计阶段的勘察施⼯图设计阶段的勘察地貌单元地貌单元交界区段的复杂地层以及⾼灵敏度软⼟、混合⼟、层状构造⼟和⻛化岩岩坡坍塌、滑坡、冲淤、潜蚀、管涌等不良地质现象停靠船舶、波浪冲击、潮汐变化、⽔压⼒等的荷载组合概述勘察要求主要⼯作分析评价与设计计算建议概述勘察要求勘察⼯作内容理论计算法原位测试规范法当地经验法概述⼯业废渣堆场垃圾填埋场概述岩⼟⼯程勘察要求勘察⼯作内容勘察评价垃圾（废弃物）的分类垃圾填埋场堪察其搜集资料垃圾填埋场勘察测试垃圾填埋场勘察的岩⼟⼯程评价管道⼯程架空线路⼯程穿越及跨越⼯程可⾏性研究勘察初步设计勘察施⼯图纸设计勘察评价初步设计勘察施⼯图设计勘察⼯业废渣堆场勘察要点⼯业废渣堆场勘察评价可⾏性研究勘察初步勘察详细勘察初步勘察的勘探⼯作取样与原位测试概述⼯程地质问题桥梁岩⼟⼯程勘察要点桥址选择⼯程地质论证一般规定勘探点的布置勘探深度采样与原位测试开挖后与资料不符协同处理初步勘察阶段详细勘察阶段原位测试与室内试验资料要求桥墩台地基稳定性问题桥台的偏⼼受压问题桥墩台地基的冲刷问题概述岩⼟⼯程勘察主要⼯作岩⼟⼯程条件分析评价地下洞室围岩应⼒地下洞室围岩变形与破坏地下洞室围岩压⼒围岩的变形破坏形式及其产⽣机制定性分析定量分析稳定性破坏的主要形式脆性围岩塑性围岩塑性挤出或膨胀流动塌落岩爆和⽚状剥落层状结构散体结构塑性挤出塑流涌出重⼒坍塌塑性挤出膨胀内⿎重⼒作⽤下的坍塌⽔压重分布造成的吸⽔膨胀压应⼒集中作⽤下的塑性流动松散饱⽔岩体的悬浮塑流压应⼒作⽤下的塑流围岩的⾃稳时间围岩的整体稳定性计算围岩的局部稳定性计算块体状结构及厚层状结构中薄层结构碎裂结构碎裂松动弯折内⿎压应⼒集中造成的剪切松动卸荷回弹或压应⼒集中造成的弯曲拉裂张裂崩落劈裂剥落剪切滑移及剪切破裂岩爆压应⼒⾼度集中造成的突然⽽猛烈的脆性破坏压应⼒集中造成的剪切破裂及滑移拉裂压应⼒集中造成的压致拉裂拉应⼒集中造成的张裂破坏可⾏性研究勘察初步勘察详细勘察施⼯勘察。
分析影响隧道围岩稳定性因素
文章编号:1004 5716(2003)05 59 02中图分类号:U451+ 2 文献标识码:B 分析影响隧道围岩稳定性因素习小华(西安科技学院,陕西西安710054)摘 要:主要对影响隧道围岩稳定性的自然因素如岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水进行了详细的分析。
关键词:围岩稳定性;天然应力状态;地质构造毫无疑问,隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要的。
从许多隧道发生的交通事故中可以知道,隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关,而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。
但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。
因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理,才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。
1 岩石性质及岩体的结构围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性,是影响围岩稳定性的基本因素。
从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要各类坚硬体,由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度,故这类围岩的强度主要取决于岩体的结构,岩性本身的影响不是很显著。
从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQ D、节理组数Jn、节理面粗糙程度Jy、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SR F八类因素进行定量分析)角度,可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。
如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩)即围岩为完整或较完整,那么,隧道开挖后,围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏,即使发生破坏,变形的量值也是较少的。
保障洞室围岩稳定的措施
保障洞室围岩稳定的措施
为了保障洞室围岩的稳定，我们可以采取以下措施：
1. 岩石分类及强度测试：首先，对洞室围岩进行岩性分类，确定其物理力学性质和强度，在这个基础上进行岩石强度测试，以确定其质量和稳定性。
2. 围岩加固技术：根据围岩的物理力学性质和强度测试结果，选择合适的围岩加固技术，如锚杆加固、喷射混凝土加固、灌浆加固等。
利用这些技术，可以增加围岩的强度和稳定性。
3. 地下水管理：地下水渗漏是导致洞室围岩变松散和破坏的主要原因之一，因此，必须进行地下水的有效管理。
通过合理构建排水系统，减少地下水渗漏，可以有效降低围岩的湿度，防止水和岩石发生相互作用，从而保持围岩的稳定。
4. 岩体监测系统：安装岩体监测系统，可以及时监测围岩的位移、应力和变形等变化情况。
通过对监测数据的收集和分析，可以有效预测和评估围岩稳定状况，提前采取相应的措施。
5. 安全支护措施：在洞室围岩中采取安全支护措施是非常重要的。
例如，可以根据围岩的特点选择合适的支护方式，如钢架支护、预应力锚杆支护、喷锚支护等。
这些措施可以增强洞室围岩的抗压能力和稳定性。
综上所述，保障洞室围岩稳定的措施包括岩石分类及强度测试、围岩加固技术、地下水管理、岩体监测系统、安全支护措施等。
通过这些措施的综合应用，可以有效保证洞室围岩的稳定性和安全性。
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。
浅谈城市人防地下工程洞室围岩的稳定性分析
一
断扩大 ， 土地利用率越来越高， 在原 有地下建筑的上部 建造高层建筑己经屡见不鲜 ， 由此引发的工程事故也越
来越 多 。可 见 ， 强城 市 防 空 洞 围岩 稳 定 性 评价 工作 ， 加 以期 采取合理 可靠 的处 理措施 ， 到既保 证 上部建 筑 的 做
１ ２ 定量 分析 法 ．
将上 式积 分 ， 引进 边 界 条件 ｚ ０ｄ一ｑ ｚ 并 一 ， ； —Ｈ，
（）近似结构力学分析法 ： １
①按无 铰拱计 算 验 算 ： 洞顶 呈 拱 形 时 ， 无 铰拱 当 按 验算 ， 据无 铰抛 物线拱 或 圆弧拱 计算 公式 求拱脚 和拱 根 顶 的支 座反 力和力矩 后 ， 再求 出铰拱 最 小安 全厚 度 。 ②按 板 梁验算 ： 当顶 板岩 层较 完整 、 强度 较高 、 层理 厚且 已知顶板 厚度 和 裂 隙切 割 情 况 时 ， 可按 板 梁验 算 。 当跨 中有 裂缝 、 顶板 两端 支 座 处 的 岩 石 坚 固完 整 时 ， 按
摘
要 ： 市 中广泛存 在 的人 防地 下 工程给 城 市建设 带来 了工程 隐患 ， 必要加 强洞 室 围岩 稳定性 评 城 有
价 工作 。在 综述 常 用的 围岩 稳定 性分析 方 法 的基 础上 ， 举例说 明 了有 限元 分析在 此领 域的应 用 。
关键词 ： 防地 Ｔ＝ 程 ； 室稳定性 ； 人 ｎ 洞 有限元 中图分 类号 ： ５ ． １ 文献标 识 码 ： 文 章编 号 ：０ ４ ５ １ （ ０ ７ ０ － ０ ２ － ０ Ｕ４ ６ ３ Ｂ １０－ ７６ ２０ ）５ １２ ２
常常受到其适用性的限制 ， 而且同一个模型计算出来的
结果差别很大。而数值模 拟分析方法具有考虑各种因
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。
隧道开挖围岩稳定性分析
Sui dao kai wa wei yan wen ding xing fen xi
隧道开挖围岩稳定性分析
唐春琴
一、地形地貌 某隧道所在区海拔高程介于 93.05m ～ 640.1m 之间， 相对高差 547.05m，地层岩性主要为侏罗系中统自流井 组（J2z）、（J2z）及沙溪庙组侏罗系下统三叠系上统香溪 群（T3-J1x），岩性以砂岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩， 局部夹薄层炭质页岩和炭质泥岩。
5-7 2.5-5 1.6-3.2 中等
<5 >5 >3.2 严重
>11 <1 <0.6 变形小
7-11 1-2.5 0.6-1.6 轻微 477 18.08 13.11 12.64 1.43 1.04
5-7 2.5-5 1.6-3.2 中等
<5 >5 >3.2 严重
单元层代号 <1-3> <1-3>
二、软弱岩组稳定性
1. 软弱岩组工程地质特性
岩石的单轴抗压强度小于 30MPa 的岩层称为软岩，
软弱岩层是指强度低、孔隙度差、胶结程度大、受结构面
切割及风化影响显著。在隧道围岩压力的作用下产生显著
变形的工程岩体。软岩隧道围岩强度低，结构松软，易吸
水膨胀，因而围岩隧道变形大。隧道围岩含有大量的软弱
岩组如表 1。
2. 软弱岩组围岩变形分析
关于围岩是否会发生大变形以及变形量有多大，在有
支护压力、原地应力作用下隧道围岩的相对变形和掌子面
变形预测公式，计算公式如下 : εt（%）=0.15（1-pi/po）(σcm/Po)-(3Pi/Po+1)/(3.8Pi/Po+0.54)
浅谈围岩稳定性分析方法
浅谈围岩稳定性分析方法摘要：对于围岩稳定性分析方法进行了总结，简单地对这一领域的开展趋势作出了评述。
关键词：地下洞室；隧道；围岩稳定岩体力学是一门相对较年轻的学科，同时受制于岩体本身材料性质和几何形状的特殊性，其受力特点复杂，总结方法和结果非常复杂。
地下工程的失稳主要是由于施工中的开挖造成了围岩内部应力的变化而超过围岩自身强度的过程。
所以选择适宜的围岩稳定分析方法对于实际的工程应用来说，显得十分重要，关系到整个工程的平安和最终成败。
目前根据数学模型建立的围岩稳定分析方法主要分为以下四种。
我们在此进行分别讨论介绍。
在进行地下洞室的围岩稳定性分析时，会经常利用复变函数来计算围岩的内力，以此得到近似的弹性解析解。
【1】但是这种方法必须是以圆形隧道为根底进行计算。
众所周知，大局部隧道开挖尤其是公路隧道和地下洞室的开挖面都是不规那么的，这时候就要利用数学中的保角变换进行连续场函数的变换，而如何得到映射函数是其中的关键。
【2】当洞室形状并不复杂的时候，利用映射函数得到级数形式的近似解的级数项并不多。
而当地下洞室的开挖面极其不规那么时，利用映射函数所得到的解太过于复杂无法应用得出表达式。
为了解决这一问题，有人将求解过程方程化，编写成软件，得到围岩内力变化的近似解。
在计算机技术快速發展的今天，这种将求解方法和过程代数化，并结合程序编码加以利用的方法值得我们借鉴，能够大大地提高我们的工作效率，把我们从繁重的数学求解过程中解放出来。
方法在地下洞室的围岩稳定性分析中，解析法只适用于那些开挖面较简单的情况。
然而在实际的地下工程当中，我们往往面对的都是不规那么的开挖形状和围岩性质特性复杂的情况。
因此多数的具体工程应用中我们只能用具体的数值方法来求出我们想要的解。
数值方法众多，而这其中，有限元法应用最为广泛，我们在这里做主要介绍。
有限元法在土木工程的计算分析应用中已经非常成熟了。
它的根本原理是把连续体离散化为一系列的单元，用一个个独立的单元体分块近似表示需要求解的未知场函数。
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。
岩土工程测试技术(第七章)
地下工程监测的目的
（1）监视地层、支护与结构的应力和变形情况, 验证支 护系统的设计稳定性
（2）保障监控变形在允许范围之内, 保障地层稳定和施 工安全
（3）通过量测数据的分析处理, 掌握各种数据的变化规 律, 提供地层和支护系统衬砌最终稳定的信息
（4）积累量测数据, 为今后的设计与施工提供工程类比 的依据
3.3 拱顶下沉量测
拱顶下沉量值: 隧道拱顶内壁的绝对下沉量。 拱顶下沉速度: 单位时间内拱顶下沉值
3.3.1 量测方法 对于浅埋隧道, 用挠度计或其他仪表测定拱顶相对于地
面不动点的位移值 对于深埋隧道, 用拱顶变位计
3.3.2 量测仪器 隧道拱顶变位观测计
3.4 地表下沉量测
为了判定地下工程对地面建筑物的影响程度和范围, 并掌握地表沉降规律, 为分析洞室开挖对围岩力学形 态的扰动程度提供信息
地下工程类型
水利: 引水和泄洪隧洞、地下厂房、调压室 （井）、引水长隧洞、地下泵站等
采矿: 竖井、斜井、斜坡道、平巷、采场 交通: 铁路隧洞、地下车站、公路隧洞等 军备: 防空洞、地下军备库、发射井等 民用: 地下商场、地铁、仓库等
监控量测实施流程
现场调查, 收集基本资料
编制监测方案 监测与工程施工关系协调
岩体原岩应力、围岩应力、应变、支护结构的应力、应变 及围岩与支护间的接触应力
（4）压力测试 支撑上的围岩压力和渗水压力
（5）位移测试 围岩位移、支护结构位移及围岩与支护倾斜度
（6）温度测试 岩体温度、洞内温度及气温
（7）物理探测 弹性波（声波）测试和视电阻率测试
围岩松动范围监测孔布置图 (根据北京十三陵蓄能电站厂房观测)
隧洞埋深（m）
围岩
Ⅲ
洞室围岩稳定分析方法
析法、数值分析法 。具体的分析方法有限元法 、边界元
法、离散单元法、Ｄ Ａ法、Ｆ ＡＧ Ｄ Ｌ 方法。 １ 、有限元 （ ＥＭ）法。该方法是 目前应用最广泛的 Ｆ 数值分析方法。１６ 年，布莱克 （ ．Ｂ ａ ｅ ９６ Ｗ ｌ ｋ ）最先应用 Ｆ ＥＭ解决地下工程岩石力学问题。经过几十年的发展， 有限元 已经成为一种相当成熟的数值分析技术 ，可用于 求解线弹性 、弹 塑性 、粘弹塑性 、粘塑性 等问题 ，是地 下工程岩体应力、应变分析最常用的方法。 ２ 、边界单元 （ Ｅ Ｂ Ｍ）法。边界元法Ｂ Ｍ又称为边界 Ｅ 积分方程法 ，由英国学者Ｂｒｂ ｉＪ ｉｂ ａ 总结提 出，并从２世纪 ０
引言 ：随着地下建筑规模的 日益扩大，洞室的围岩稳 定问题 日渐复杂和突出。虽然随着岩石力学理论和测试 技术的发展 ，电子计算机和有限元的推广与应用，在研 究岩体的构造和力学特性 、地下工程围岩失稳机理和支 护结构的受力机理、探讨新的设计理论和方法等方面取 得了许多进展，为围岩稳定性评价方法提供更多的选择 和改进 ，但作为地下工程的根本问题之一 ，围岩稳定性 分析，目前并没有形成统一的理论 ，所以有必要对 目前 地下洞室稳定分析方法进行总结 ，了解其优点和不足 ， 有助于在工程实践 中做 出正确的判断。 洞室 围岩分类 目前已有的围岩分类大致可分为两种类型 ，一种是以 某一种能反映 围岩强度及破碎状态综合情况的定量指标 作为分类指标 ，另一种是综合几方面指标的分类 。由于 洞室围岩的稳定性除受岩性 和岩体的完整程度控制外 ， 还和结构面的抗剪性能 、产状及地下水的活动等各种因 素 有关 ，因此在 工程实践中常用 的是 多指标的分类 方 法，其中著名的有ｚ ．Ｔ．比尼威斯基提出的节理化岩体 地 质力学分类 （ ＲＭＲ）、Ｎ．巴顿等人提出的隧道支护 设计用的岩体工程分类 （ ）、水利水电工程围岩工程地 Ｑ 质分类 （ ）等。 Ｈｃ
第6及7章地下工程围岩稳定性分析
第６、7章 地下工程围岩稳定性分析学习指导：本章主要介绍了两部分内容：（一）山岩压力与围岩稳定性分析，（二）有压隧洞稳定性分析。
前部分介绍了围岩应力重分布，地下洞室脆性围岩和塑性围岩的变形破坏形式，影响地下工程岩体稳定的因素，着重介绍了山岩压力与围岩稳定性分析方法，其中包括山岩压力的概念、影响因素，太沙基理论；后部分重点介绍了围岩内附加应力的计算、有压隧洞围岩和衬砌的应力计算。
重 点：1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布2 地下洞室围岩的变形破坏3 地下工程岩体稳定性的影响因素4 洞室围岩稳定性分析6.1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布由于在岩体内开挖洞室，洞室围岩各质点的原有应力的平衡状态就受到破坏，各质点就要产生位移调整，以达到新的平衡位置。
岩体内某个方向原来处于紧张压缩状态，现在可能发生松胀，另一个方向可能反而挤压的程度更大了。
相应地，围岩内的应力大小和主应力方向也发生了改变，这种现象叫做围岩应力重分布。
围岩应力重分布只限于围岩一定范围内，在离洞壁较远的岩体内应力重分布甚微，可以略去不计。
地下开挖引起的围岩变形是有一定规律的。
变形终止时围岩内的应力就是重新分布的应力。
这个重新分布的应力对于评价围岩的稳定性具有重要意义。
为了便于说明起见，我们在这一节中对于最简单的条件(即在连续的均质的各向同性的岩体内开挖圆形隧洞，而且岩体的侧压力系数10=K ，即静水压力式的初始应力状态)下的围岩应力重分布问题，作定性分析，以便对于应力重分布的情况有一概念。
如图6-1所示，设岩体为连续的、均质的以及各向同性的，其侧压力系数为10=K ，亦即岩体的初始应力状态为静水压力式的。
此外，洞室的长度远较横截面的尺寸为大，所以可作为平面应变问题来研究。
在地下开挖以前，岩体内任一点A 的应力，即等于该点的自重应力v p ，而且由于10=K ，所以通过该点任何方向的应力都是v p 。
如果用极坐标来表示该点的应力状态，则该点的应力为：v r p =0σv p =0θσ式中 0r σ 岩体的径向应力；0θσ 岩体的切向应力。
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围岩岩体的变形和破坏的形式和特点，除与岩体 内的初始应力状态和洞形有关外，主要取决于围岩的 岩性和结构。为了更清楚地说明这个问题，现将围岩 的变形、破坏的类型及其与围岩的岩性和结构之间的 关系列于下表。
表 1 围岩的变形破坏形式及其围岩岩性及结构的关系
围岩类型 脆性围岩
塑性围岩
岩体结构
块体状结构及 厚层状结构
例如白龙江碧口电站在导流洞一号支洞的下又洞、 引水洞叉管段以及排沙洞等的施工过程中，均发生过 这类变形破坏。这些水工隧洞部是修建在千枚岩层中， 当洞径大于6m的洞体平行或近于平行(交角小于20。) 陡倾的岩层走向时，在平行于层面的洞壁上经常发生 弯折内鼓型破坏，而且一般部是在开挖后不久即迅速 发生。例如右岸导流洞一号支洞，在桩号。十135航 段的施工过程中，随着开挖的进行，岩层的弯沂变形 越来越严重，一星期后已用锚杆加固了的变形岩体突 然塌风几乎造成伤亡事故。又如排沙洞，在ot 360— o十470m段的施工过程中。
例如白龙江碧口电站在导流洞一号支洞的下又洞、引水洞叉 管段以及排沙洞等的施工过程中，均发生过这类变形破坏。 这些水工隧洞部是修建在千枚岩层中，当洞径大于6m的洞体 平行或近于平行(交角小于20。)陡倾的岩层走向时，在平行 于层面的洞壁上经常发生弯折内鼓型破坏，而且一般部是在 开挖后不久即迅速发生。例如右岸导流洞一号支洞，在桩号 0十135航段的施工过程中，随着开挖的进行，岩层的弯沂变 形越来越严重，一星期后已用锚杆加固了的变形岩体突然塌 风几乎造成伤亡事故。又如排沙洞，在0十360—o十470m段 的施工过程中。洞体两侧壁发生严重的弯折内鼓，开挖中曾 用锚杆与工字钢联合封锁支护，半月之后，变形岩体连锚杆 与工字钢突然坍落，方量达500m3，不得不停工处理。
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。
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
中薄层结构 碎裂结构 层状结构
散ห้องสมุดไป่ตู้结构
变形破坏形式
张裂塌落 劈裂剥落 剪切滑移及剪切破碎 岩爆 弯折内鼓 破碎松动 塑性挤出 膨胀内鼓 塑性挤出 塑流涌出 重力坍塌
产生机制
拉应力集中造成的张性破坏 压应力集中造成的压制拉裂 压应力集中造成的剪切破坏及滑移拉裂 压应力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破坏 卸荷回弹或压应力集中造成的弯曲拉裂 压应力集中造成的剪切松动 压应力集中作用下的塑性流动 水分重分布造成的吸水膨胀 压应力作用下的塑流 松散饱水岩体的悬浮塑流 重力作用下的坍塌
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
值得注意的是，在该区地表溢洪道的施工过程中， 当送洪道平行于陡顾的岩层走向时，新开挖出的边披 岩体经常在3—5天之内即发生强烈的倾倒破坏。由此 可见，在该区所发生酌上述两类变形破坏(即地宏边 坡岩体的倾倒和地下隧洞洞壁的弯折内鼓)同是卸荷 回弹与应力释放的结果。
由压应力集中所造成的变形破坏主要发生在洞室 周边上有较大的压应力集中的部位，通常是洞室的角 点或与岩体内初始最大主应力平行或近于平行的洞壁， 故当薄层状岩体的层面与这类应力高度集中部位平行 或近于平行时，切向压应力往往超过薄层状围岩的抗 弯折强度，从而使围岩发生弯折内鼓破坏。
7.2.2 脆姓围岩的变形和破坏
脆性图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。这类因岩的变形和破坏，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。
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。
第七章 地下洞室围岩稳定性分 析
§7.1 洞室围岩变形与破坏 §7.2 洞室围岩稳定性因素 §7.3 保障洞室围岩稳定性措施 §7.4 洞室围岩分类
7.1 地下洞室围岩的变形破坏
7.1.1 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。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。
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