对软岩变形问题的一些肤浅认识

对这几天对软岩变形论文的收集做了些归纳、总结，希望能提供给你们些许方向。由于时间仓促，没有做系统的深入研究，对某些论文中的观点未作验证。

一、国内外工程实例

1、南昆线家竹箐隧道[1]

隧道于1996年建成，全长约4990m，发生大变形段落全长390m，拱顶最大下沉量为160cm，周边最大位移量为240cm，隧底最大隆起量100cm。围岩为煤系地层，以煤、泥岩、砂质泥岩、和钙质细砂岩为主，最大主应力19.62Mpa，最大水平主应力16.09Mpa，最大垂直主应力8.57Mpa。采用8m长锚杆加固围岩等措施整治。

2、兰新二线乌鞘岭隧道

隧道于2005年建成，全长20050m。隧道穿越F4~F7等4条区域性大断层组成的宽大挤压构造带，线路长度为7587m，其中岭脊段志留系板岩夹千枚岩和F7断层泥砾带等软弱围岩发生大变形。岭脊段最大水平收敛达1209mm，最大拱顶下沉367mm，平均累计变形F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几个区段分别为90mm~120mm、300mm~400mm、200mm~400mm、150mm~550mm。最大变形速率F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几个区段分别可达73mm/d、143mm/d、165mm/d、167mm/d。165mm/d；F7断带累计变形150~550mm、最大变形速率167mm/d。最大水平主应力约22Mpa。

3、奥地利的陶恩隧道[1]

隧道于1985年建成，全长6400m，最大位移速度20cm/d，最大变形量120cm，围岩为绿泥石、绢云母千枚岩，地应力16~27Mpa。采用6~9m长锚杆整治。

4、奥地利的阿尔贝格隧道

隧道于1979年建成，全长13980m，最大变形速度11.5 cm/d，最大变形量70cm，围岩为以千枚岩为主，地应力13Mpa。采用9~12m长锚杆整治。

5、日本的惠那山隧道

隧道于1985年建成，全长8635m，边墙最大变形56cm，拱顶最大下沉93cm，围岩为风化花岗岩组成的断层破碎带，地应力为10~11Mpa。采用9m和13.5m的长锚杆整治。

二、软岩大变形机理研究

1、关于大变形定义的讨论

隧道围岩大变形是软岩地质中常见的一种地质灾害。大变形是一种塑性破坏和塑性流动。20世纪初期以来，国内外许多学者从形成机制、预测方法、防治措施等诸多方面对大变形进行广泛地研究。然而，迄今为止，国内外学术界对大变形的定义、分级、形成机制、位移控制等问题尚未形成统一的认识。

目前工程界和学术界对软岩隧道大变形尚无统一的定义。徐则明从大变形的6个特征对大变形进行了概况描述，何满潮认为软岩的大变形是个塑性大变形，卞国忠从围岩变形量上（变形量>400mm）给大变形做了界定。

2、软岩大变形机理

软岩大变形的成因比较复杂，一般可归为两大类：一是开挖形成应力重分布超过围岩强度而发生塑性化；二是岩石中某些矿物和水反应而发生膨胀。从各个大变形的工程案例上，发生大变形的地段，岩体具有一些共同的特性，如：岩体受区域性构造影响较大，普遍节理很发育，完整性差；岩石的强度和模量较高，同时岩体的强度和模量较低；高地应力环境；隧道内有少量地下水。

①高地应力对软岩变形的贡献

研究表明，当强度应力比（Rb/σmax）小于0.3~0.5时，即能产生比正常隧道开挖大一倍以

上的变形。此时洞周将出现大范围的塑性区，随着开挖引起围岩质点的移动，加上塑性区“剪胀”作用，洞周将产生很大位移。所以，高地应力是大变形的一个重要原因。

刘高[2]等人总结出了围岩变形的破坏机理，即：“原岩应力较高，故一旦开挖，随即发生内应力释放和回弹，并引起相应的应力调整和变形。隧道开挖卸载相当于在原岩应力状态上叠加相应反向拉应力，于是工程岩体（尤其是层状和似层状岩体）在类似横弯或纵弯作用下发生扰曲，或者沿结构面发生剪胀滑移变形，岩体强度降低，围岩发生体积膨胀变形（扩容）。”同时，他还指出“开挖前岩体处于高地应力场的高围压环境，而开挖后的工程岩体则处于高地应力状态下的低围压和高应力差环境。”

对各个软岩变形案例的研究，表明隧道变形破坏最严重的部位多在拱顶和拱墙的交界处。因此，许多学者指出，高地应力软岩破坏的围岩环境并不是高围压环境。胡玉根[3]指出，“决定围岩破坏围压高低的是围岩中的径向应力，它是围岩三向应力中最小者……高应力软岩尽管初始地应力高，但破坏的围压环境仍为低压环境。”他进一步指出，“引起隧道收敛的不仅有应力改变导致的围岩弹性体积应变的变化和围岩的蠕变，而且有围岩的破坏扩容，并且后者在隧道的收敛中往往起主要作用。”张志强[4]更是通过分析家竹箐隧道和华蓥山隧道大变形的特征，指出“受非静水应力场作用的隧道，当地应力水平足够高，而围岩性质较软时，最大位移方向将会与最大主应力方向正交，而不是与它平行。”

②围岩松动圈理论[5]

围岩松动圈理论按松动圈大小划分了围岩类别，将Lp≥150cm的围岩划分为软岩。它指出，当Lp≥150cm后，所有刚性支护，如料石、混凝土、普通金属支架等已不能有效的进行支护，只有采用支护能力较强的可缩性支护才能适应。

三、软岩大变形防治措施研究

在大变形防治措施方面，国内外的学者和工程技术人员结合工程实践进行了大量的探索，已经取得了不少值得借鉴的成果。但是，目前的现实是，防治措施的应用超前于理论研究，许多加固技术和机理不清、设计缺乏理论依据。

目前国内外工程实例均将长锚杆作为治理大变形的主要措施，且均获得了成果。根据国外工程实例和家竹箐隧道的经验，认为整治大变形的原则可用24个字概括，具体为：“加固围岩、改善洞形、先柔后刚、先放后抗、变形留够、底部加强”。[1]

四、参考文献：

[1]高世军，家竹箐隧道整治大变形的主要措施[J]，世界隧道，1998(1)；

[2] 刘高等，高应力软岩巷道围岩变形破坏研究[J]，岩石力学与工程学报，2000(11)；

[3]胡玉根，李铁汉，高应力下软岩变形机制及防治对策探讨[J]，中国地质灾害与防治学报，1995(12)；

[4]张志强，光宝树，软弱围岩隧道在高地应力条件下的变形规律研究[J]，岩土工程学报，2000(11)；