地下工程-应力变形破坏
地下金属矿山主溜井变形破坏机理分析
Series N o.331 Januar y2004金属矿山M ET AL M IN E总第331期2004年第1期明世祥,北京科技大学土木与环境工程学院,教授,100083北京市海淀区学院路30号。
#采矿工程#地下金属矿山主溜井变形破坏机理分析明世祥(北京科技大学)摘要主溜井是地下矿山集贮与转运矿岩的咽喉工程,稳定与否对矿山生产影响极大,但主溜井既受静载应力场影响,又受冲击载荷作用,受力状态复杂,稳定性较差,破坏率一直很高。
结合国内几座大型地下金属矿山主溜井变形破坏情况,对其破坏机理进行了分析研究。
关键词溜井金属矿山地下开采井巷支护Analysis of Deformation Destruction Mechanism of Main Pass in Underground Metal MinesM ing Shix iang(Univ ersity of Science and T echnology Beij ing)Abstract M ain pass is a thro at eng ineering in the ore ro ck collection,storage and transfer in underg round mines and its stability can have g reat effect on the mine production.However,as the main pass is effected by the st ress field of static load and the impact load,it has a complex stress state,w hich leads to poor stability and hig h destr uction rate.I n co mb-i nation w ith the deformation destruction o f the main pass in several larg e domestic underground metal mines,its destruc-tion mechanism i s analy zed.Keywords Pass,U nder ground mining of metal mines,Support of mining wor kings主溜井是地下金属矿山最重要的采矿工程之一,井下开采的全部矿岩都由此集贮和转运,它的稳定畅通与否对矿山生产影响极大,一旦破坏不但影响生产,而且威胁整个溜破系统和主井的安全。
第二节 洞室围岩变形及坡坏的主要类型
一. 围岩应力引起的变形与破坏 1. 围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 2. 二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力 发生变化，其改变后重新分布的应力叫二 次应力。又叫重分布应力或围岩应力。 (一) 围岩应力变化规律
地下洞室开挖后，破坏了岩体中原有地应力平衡状态，岩体 内各质点在弹性应变能作用下，力图沿最短距离向消除了阻力的 临空面方向移动，直到达到新的平衡，将这种位移现象叫做卸荷 回弹。随着岩体质点的位移，岩体内一些方向由原来的紧密状态 发生松弛，另一些方向反而挤压程度更大，岩体中应力的大小和 主应力方向也随之发生变化，并产生局部应力集中。这种岩体应 力变化，一般发生在地下洞室横剖面最大尺寸的5-6倍范围内。 在此范围以外，岩体基本处于原来的天然应力状态。
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
7. 膨胀内鼓：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动圈集 中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出的现象。
洞室开挖后，由于围岩松动圈的存在，形成围岩低应力区，地下 水往往由围岩高应力区向围岩低应力区转移，当围岩内含大量膨胀矿 物时，易于吸水膨胀的岩体发生强烈的膨胀并导致围岩内鼓变形。常 造成洞室设计空间不足，围岩表部膨胀开裂。随着风化加深，围岩甚 至可以解体。除地下水的作用外，这类岩体开挖后也会从空气中吸收 水分而自身膨胀。 遇水后易于膨胀的岩石主要有两类，一类是富含蒙脱石、伊犁石 的粘土岩类；另一类是富含硬石膏的地层。隧道围岩中若遇到遇水体 积增加2.9%的岩石，就会给开挖造成困难。而有些富含蒙脱石的岩体， 遇水后体积可增加到14~25%。据挪威对水工隧洞的调查，有70%的隧 洞衬砌开裂和破坏均与此有关。与围岩塑性挤出相比，围岩吸水膨胀 是一个更为缓慢的过程，往往需要相当长的时间才能达到稳定。
地应力研究现状以及在工程应用中存在的问题
地应⼒研究现状以及在⼯程应⽤中存在的问题地应⼒研究现状以及在⼯程应⽤中存在的问题。
地应⼒存在於地壳中的应⼒。
⼴义上也指地球体内的应⼒。
它包括由地热﹑重⼒﹑地球⾃转速度变化及其他因素产⽣的应⼒。
地质⼒学认为﹐地壳内的应⼒活动是使地壳克服阻⼒﹑不断运动发展的原因﹔地壳各处发⽣的⼀切形变﹐如褶皱﹑断裂(见节理﹑断层)等都是地应⼒作⽤的结果。
通常﹐地壳内各点的应⼒状态不尽相同﹐并且应⼒随(地表以下)深度的增加⽽线性地增加。
由於所处的构造部位和地理位置不同﹐各处的应⼒增加的梯度也不相同。
地壳内各点的应⼒状态在空间分布的总合﹐称为地应⼒场。
与地质构造运动有关的地应⼒场﹐称为构造应⼒场。
通常指导致构造运\动的地应⼒场。
有⼈也将由於构造运动⽽产⽣的地应⼒场简称为构造应⼒场。
在地质⼒学中﹐构造应⼒场是指形成构造体系和构造型式的地应⼒场﹐包括构造体系和构造型式所展布的地区﹐连同它内部在形成这些构造体系和构造型式时的应⼒分布状况。
有多少类型的构造体系﹐就有多少种类的构造应⼒场。
⼀定型式的构造体系所代表的应变图像﹐反映了其构造应⼒场的特徵。
通过对构造应⼒场的分析研究﹐可以推演构造运\动的⽅式和⽅向﹐把各个⼤陆及地区运动的⽅式和⽅向综合起来﹐可以推断地壳运\动的⽅式和⽅向﹐进⽽探索地壳运动的起源。
存在於某⼀地质时期内的构造应⼒场称为古构造应⼒场。
现今存在的或正在活动的地应⼒场称为现今构造应⼒场。
现今构造应⼒场的研究﹐既要实地考察挽近地质时期﹐特别是第四纪以来﹐岩⽯﹑地层发⽣的构造变形以及地区的升降﹐也要⽤适当的仪器装置及其他⽅法﹐直接测量现今地应⼒的活动。
进⾏地应⼒测量时要根据活动的构造体系﹑活动的构造带(如地震带)和重⼤⼯程建设要求来布置测点﹐同时配合相应的地质⼯作。
地应⼒活动会产⽣或影响地质构造。
剧烈的地应⼒活动会引起地震。
地应⼒活动还可影响地壳内岩⽯﹑矿物的物理性质和化学性质。
因此﹐也可以利⽤这种物理和化学性质的改变来分析地应⼒的活动情况。
高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案
八台山隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案一、工程概况1、概况城口至万源快速公路通道工程采用二级公路标准，设计速度为60公里/小时；路基宽度为12米。
城口至万源快速公路通道CW10合同段位于四川万源堰塘乡布袋溪村，里程为K46+000～K48+640，全长2.640km。
本合同段主要工程内容为八台山隧道主洞2480m/0.5座，避难通道2450m/0.5座，1-4*3m 钢筋砼盖板涵一座，路基土石方5115m3。
八台山隧道主洞起止里程K43+205～K48+480，全长5275m,避难通道起止里程YK43+206～YK48+450，全长5244m。
属特长隧道。
其中主洞K46+000～K46+480段、避难通道起止里程YK46+000～YK48+450，位于CW10合同段内，是本合同段的控制性工程。
2、地形地貌八台山隧道进口位于重庆市城口县双河乡干坝子河村、出口位于四川万源堰塘乡布袋溪村。
隧道穿越的八台山，受地质构造控制，山脊由东向西横亘，山脊两侧为面积较小的山湾。
形成山丘、山脊与沟谷相间形态，以山丘为中心形成向四周发育的“爪”状山沟；隧道轴线地面最高点位于洞身段K44+610的山脊顶部，标高为1797.74m,一般地面标高740.0～1596.2m，最低点位于隧道进口的溪沟底部，标高731.50m左右，相对高差856.2m.隧道区地貌形态为构造剥蚀、溶蚀中山地貌单元区。
3、工程地质八台山隧道地质复杂，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1-50㎜不等，裂隙面附褐色铁质膜，局部为泥质充填。
由洞口向洞身地质条件依次为:（1）出口段位于一斜坡上，地表覆盖有第四系崩坡积块石土，基岩为三叠系下统嘉陵江组的盐溶角砾岩。
角砾状结构、岩溶发育。
（2）本隧道洞身段主要为III～V级围岩，构成III级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。
跨度5米，跨度5～10米，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成IV级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。
锦屏一级水电站厂房洞室群围岩变形破坏力学机制研究
２ ． ４ 地 下 水
斑 岩 脉 与 围岩 接 触 面 多发 育 成 小 断层 ．厂 区煌 斑 岩 脉 明 显有 断 层 错 动迹 象 ． 脉体 一 般 破碎 ， 自稳 能
砻 江 河段 上 ， 两 岸 山体 雄 厚 ． 谷 坡 陡峻 ， 基岩裸露 ，
相对 高差 千余 米 ． 为典 型 的深 切 “ Ｖ” 型谷 。
引水 发 电 系统 布 置 于 坝 区 右岸 ．厂 内安 装 ６
图 ２ 地 下 厂房 洞 室 群 三维 模 型
台６ ０ ０ ＭＷ 机 组 。 地 下 厂 区洞 室 群 主 要 由引水 洞 、 地 下 厂房 、 母线洞 、 主变室 、 尾 水 调 压 室 和尾 水 洞
（ 中 国水 电顾 问集 团成都 勘 测设 计研 究 院 ，四川 成都 ６ １ ０ ０ ７ ２ ）
［ 摘 要 】锦 屏 一 级 水 电站 地 下厂 房 洞 室群 所在 区 域 地 应 力 较 高 ， 岩 石 强 度 相 对 较低 ，地 质 条 件 十 分 复 杂 ， 围 岩
破 坏 形 式 多样 。 本 文在 多年 监 测 资料 和 物 探 资 料 系统 整 理 与 分析 基础 上 ，结 合 洞 室开 挖 揭 露 的地 质 条件 、施 工
尾水调压室采用“ 三机一室一洞” 布置型式 ． 设 置 两 个 圆型 调 压 室 ，上 室 直 径 分 别 为 ４ １ ｍ和 ３ ７ ｍ，
等 组 成 ．三 大 洞 室 平 行 布 置 主 厂 房 轴 线 方 位
多场耦合条件下混合岩(土)体变形破坏机理与工程防灾技术
多场耦合条件下混合岩(土)体变形破坏机理与工程防灾技术多场耦合条件下混合岩（土）体是指由不同的岩石和土层组成，在地下工程中经常遇到。
这些混合体在地下工程中的变形和破坏机理受到多种因素的耦合作用，包括地下水、地应力、温度、岩土体特性等。
理解混合岩（土）体的变形破坏机理对工程设计和防灾技术的制定至关重要。
一.混合岩体的变形机理：1.地下水的影响：①饱和与非饱和区域：地下水的存在导致混合岩体中存在饱和区域和非饱和区域，两者的力学性质和变形行为不同。
②季节性变水位：季节性水位变化会导致混合岩体中的孔隙水压变化，从而影响岩土体的有效应力状态。
2.地应力的影响：①地下深度：地应力随深度增加而增大，深埋的混合岩体受到的地应力较大，可能引起岩土体的弯曲和屈服。
②多层次压力：混合岩体中存在不同地层，地应力的分布可能导致不同层次之间的相互影响。
3.温度的影响：季节性温度变化引起的热胀冷缩效应可能导致混合岩体中的温度应力，影响其变形和稳定性。
4.岩土体特性的影响：①岩土体强度：不同岩土体的强度差异会导致混合岩体中的局部破坏和滑动。
②岩土体变形模量：不同岩土体的变形模量差异可能引起变形的集中和不均匀分布。
二．工程防灾技术：1.地下工程设计：①合理布置排水系统：针对地下水的影响，合理设计和布置排水系统，降低季节性水位变化对混合岩体的影响。
②考虑地下应力状态：在设计中充分考虑地下应力的分布和变化，采用合适的支护结构。
2.地下工程施工：①合理的开挖顺序：根据混合岩体的性质和地下条件，制定合理的开挖顺序，减小地下应力的改变。
②监测与调整：在施工过程中进行实时监测，及时调整工程方案，以应对混合岩体变形的风险。
3.防灾技术：①灾害评估：利用先进的岩土工程技术进行混合岩体的灾害评估，了解可能的灾害类型和程度。
②监测体系：建立完善的监测体系，包括地下水位监测、地应力监测、温度监测等，实时监测混合岩体的变形和破坏情况。
③预警与紧急处理：根据监测结果建立预警机制，一旦发现异常情况，采取紧急处理措施，保障工程和周边环境的安全。
岩石力学与地下工程稳定性分析
岩石力学与地下工程稳定性分析地下工程在现代城市建设中扮演着重要的角色，然而地下工程的稳定性常常受到岩石力学的影响。
岩石力学作为一门研究岩石的力学性质及其变形和破坏规律的学科，对地下工程的稳定性分析起着至关重要的作用。
本文将探讨岩石力学与地下工程稳定性分析的相关内容。
一、岩石力学基础知识1. 岩石的力学性质岩石的力学性质是指岩石在受力作用下的变形和破坏特征。
了解岩石的力学性质对于地下工程的稳定性分析是必要的。
2. 岩石的力学参数岩石的力学参数是描述岩石力学性质的量值，如弹性模量、抗压强度、剪切强度等。
通过测定岩石的力学参数可以为地下工程的设计和稳定性分析提供依据。
3. 岩石的变形和破坏规律岩石在受力作用下会发生变形和破坏，了解岩石的变形和破坏规律对于地下工程的稳定性分析具有重要意义。
二、地下工程稳定性分析方法1. 应力—应变分析法基于岩石的弹性性质，通过建立应力—应变关系来分析地下工程的稳定性。
这种方法适用于小变形和较为简单的工程情况。
2. 基于岩石力学参数的数值模拟方法基于岩石的力学参数和地下工程具体情况，利用数值模拟方法对地下工程进行稳定性分析。
数值模拟方法能够考虑更多复杂的因素，对于复杂工程情况具有较高的适用性。
三、岩石力学与地下工程稳定性分析实例1. 地下隧道工程地下隧道工程是岩石力学与地下工程稳定性分析的典型应用。
通过对岩石的力学性质和力学参数进行研究，可以对隧道的稳定性进行分析和评估，为隧道的设计和建设提供依据。
2. 地下采空区地下采空区是地下矿山开采过程中形成的空隙地带。
通过岩石力学的研究和分析，可以预测地下采空区的稳定性，制定有效的支护和加固措施，以减少地质灾害的发生。
3. 地下水库工程地下水库工程是一种新型的水利工程形式，在设计和建设过程中需要进行地下工程的稳定性分析。
岩石力学的知识可以为地下水库的开挖和建设提供科学依据，确保工程的安全和稳定性。
结论岩石力学与地下工程稳定性分析密切相关，通过深入研究岩石的力学性质和力学参数，可以为地下工程的设计、建设和维护提供科学依据。
地应力及其测量原理
地应力及其测量原理地应力是指地壳内部的应力状态，即地表以下的岩石或土层受到的压力和张力合力。
地应力是地球自身重力和地壳活动引起的应力的综合体现，是岩石破坏和地质灾害形成的重要原因之一、测量地应力可以帮助我们了解地下构造和地壳活动的状态，对地质灾害的预测和防治提供科学依据。
地应力的测量原理主要包括以下几个方面：1.深度应力测量原理：深度应力测量是通过矿井、钻孔等地下工程设施进入地下，利用沉重的底板或放置在孔内的量力器来测定地层的垂直压力。
由于加油马达电机下的摩擦力和液流阻力在减小，切油泵的产流量随之增大，也就造成了地面泥齿泵的排泥量急剧下降，再乘以岩石的稳定振荡应力以及摩擦力，就可以得到单位面积处的挠度。
测量结果可用于判断地层的稳定性和地下工程的设计。
2.水平应力测量原理：水平应力测量主要使用部分应变计来测定地下岩石或土壤的水平应力。
部分应变计是一种能够测定岩石应力变化的仪器，通过装置在地下对象上的应变计测量岩石应力的各向异性。
根据测得的变形数据，可以计算出岩石中垂直和水平方向的应力分量。
3.地震波测量原理：地震波测量是通过记录地震波传播过程中的能量损失和传播速度变化来推算地下岩石或土壤的应力状态。
根据地震波的传播速度和能量衰减的规律，可以反演出地下岩石或土壤的应力状态。
4.岩石应力试验原理：岩石应力试验是通过应用压力加载设备施加不同的应力条件，然后记录岩石的变形和破坏过程，从而推算岩石的应力状态。
常用的岩石应力试验方法包括岩心压实试验、真三轴压缩试验等。
总结起来，地应力的测量原理主要有深度应力测量原理、水平应力测量原理、地震波测量原理和岩石应力试验原理。
这些原理可以通过不同的测量方法得到地应力的参数，从而帮助我们了解地下构造和地壳活动的状态，为地质灾害的预测和防治提供科学依据。
第二节洞室围岩变形及破坏的基本类型
R、K、J红层及T灰岩等中的含膏地层 泥炭、淤泥、沼泽等地 我国东南沿海有红树林残体的冲积层 我国长江以南的酸性红土 含硫矿床的地下水层 冶炼厂、化工厂、废渣场、堆煤场等地的地下水层
第三节 地下洞室特殊地质问题
T＝T0 (H h)G
0.05 k
道的现象。地下洞室中，地下水影响可归纳为以下几个方面：
1．以静水压力的形式作用于同室衬砌。 2．使岩石和结构面软化，使其强度降低。 3．促使围岩中的软弱夹层泥化，减少层间阻力，造成岩体易于
滑动。
4．石膏、岩盐及某些以蒙脱石为主的粘土岩类，在地下水的作 用下将易发生剧烈的溶解或膨胀。随着膨胀的产生，将会出
v
v H
H H
v
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
三. 松散围岩的变形与破坏： 1. 重力坍塌：固结程度差的散体结构围岩，开挖后在重 力作用下自由坍落。
塑流涌出：当开挖饱水断层破碎带时，松散物质常形 成碎屑流涌出。
第三节 地下洞室特殊地质问题
一. 突水突泥： 突水突泥是指隧道开挖过程中，突然产生大量的水或泥涌入隧
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
隧道掌子面
隧道掌子面开挖
隧道掌子面开挖
隧道盾构施工
隧道盾构施工
隧道锚喷支护
隧道衬砌施工
建好的地下厂房（二滩电站）
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
一. 围岩应力引起的变形与破坏
1. 围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 2. 二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力
常温、常压下各种易爆炸气体与空气合成的混合物的爆炸界限值
气体名称 爆炸限度含量 气体名称 爆炸限度含量
甲烷（沼气）
地下工程试题
1、地下空间开发利用发展包括远古时期、古代时期、中世纪时代和近、现代时期四个时期。
2、地下工程具有易封闭性、热稳定性和高防护性三个主要特性。
3、新奥法施工的三要素包括光面爆破、喷锚支护和监控量测5、沉管法施工中,管段制作方式有钢壳方式和干坞方式。
6、地下结构在地应力(主动荷载)作用下,支护结构的一部分将发生向围岩方向的变形,此时,围岩会对支护结构产生反作用力来抵制这种变形,这种反作用力就称为弹性抗力,其大小常用温克列尔(Winkler)假定为基础的局部变形理论来确定。
而支护结构的另一部分则背离围岩向着隧道内变形,形成所谓脱离区。
7、矿山法施工工序,可以按衬砌的施作顺序分为先拱后墙法和先墙后拱法。
10、按隧道埋深可分为浅埋隧道和深埋隧道。
11、隧道纵断面坡道形式包括单面坡和人字坡两种形式。
12、隧道明洞包括拱式明洞和棚式明洞两种形式。
13、隧道通风通常包括自然通风和机械通风两种形式。
14、目前公路隧道以单心圆和坦三心圆两种断面应用最为普遍。
15、地下结构围岩(土)松动压力的形成过程包括变形阶段、松动阶段、塌落阶段和成拱阶段四个阶段。
基本属性:综合性、社会性、实践性、统一性地铁通风方式:自然通风、机械通风、空调装置地铁防水淹:1插板防水灌入2设双道防水门3抬高标高4设置防水盖5修筑防水壁6作防水隔断门。
地下水电站的隧道分为:1压力隧道2无压隧道3辅助隧道立井施工方法:1单行作业2平行作业3短段掘砌4一次成井5反井刷大喷射混凝土结构支护原理:1 充填粘结作用2封闭作用3结构作用锚杆作用:悬吊作用,组合梁作用,挤压加固。
锚杆种类:机械式锚固锚杆,粘结式锚固锚杆,摩擦式锚固锚杆,注浆锚杆。
喷射混凝土,锚杆和现场监控量测被称为是新奥法的三大支柱。
新奥法的基本施工原则:少扰动,早支护,勤量测,紧封闭。
盾壳是有切口环,支承环,盾尾三部分组成用水力压接法进行连接的主要工序是:对位—拉合—压接—拆除封墙在基坑开挖时,采用的降水和排水的方法有集水坑排水降水法、井点降水法土的渗透变形类型有管涌、流土防止流砂和管涌现象的措施:1改变几何条件2改变水利条件泥浆在地下连续墙施工中主要起固壁、携碴、冷却和润滑作用盾构的基本构造有盾构钢壳体,开挖系统,推进机构系统,衬砌拼装系统衬砌是地下建筑物周边构筑的永久性支护结构。
地基土中的应力与变形
• 偏心荷载作用下的基底压力简化计算（单向）
基础自重
上部荷载
e
F+G M
pmin
pmax
2、矩形面积单向偏心荷载下的基底接触应力
pk
max min
Fk
Gk A
Mk W
Fv＝P＋G
d
yc
将偏心荷载的偏心距 e Mk 代入得： x
Fk Gk
a
pk max pk min
Fk
Gk A
1
6e b
支承建筑物荷载的土层称为地基 与建筑物基础底面直接接触的土层称为持力层 将持力层下面的土层称为下卧层
F 基础
地基
G
主
持力层（受力层）
要
下卧层
受 力
层
1.自重应力 2.基底压应力 3.基底附加压力 4.土中附加应力
土中的应力分为两种：
建筑物修建之前已经存在，也称 为初始应力
自重应力——由土体自身重量所产生的应力。
• 中心荷载作用下的基底压力简化计算
中心荷载下的基础，其所受荷载的合力通过基底形心。基底 压力假定为均匀分布，此时基底平均压力 p。
pk
Fk
Gk A
Gk=γGAd（基础自重），γG=20kN/m3 A=b·l （基础底面积），d—基础平均埋深
※对于荷载沿长度方向均布的条形基础，应视为平面问题，沿长度方向 截取一单位长度，计算平均基底压力。
p0 pk pc
4、土中附加应力
• 定义：附加应力是由于外荷载作用，在地基中产 生的应力增量。
• 基本假定：一般假定地基土是各向同性的、均质 的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无 限延伸的，即把地基看成是均质的线性变形半空 间，这样就可以直接采用弹性力学中关于弹性半 空间的理论解答。
地下工程岩爆岩体结构对岩爆的影响
地下工程岩爆岩体结构对岩爆的影响摘要：地下工程岩爆是造成工程事故和人员伤亡的主要原因之一。
岩爆的出现往往会受到岩体结构的影响。
岩体结构的异常、缺陷等都可能成为岩爆的核心因素。
一般通过分析岩体结构对岩爆的影响，揭示岩体结构与岩爆之间的内在联系。
本文主要从岩体构造类型、岩体结构特征、应力状态等方面出发，对影响岩爆的关键因素进行较为深入的探讨。
结合实际工程案例，提出了相应的岩爆预防和控制措施。
该研究可为地下工程岩爆的防治提供技术支持和决策参考。
最后本文对各种结构类型的岩体岩爆灾害进行了分析，探究了在地下工程建设中预防岩体爆裂的岩体结构优化和稳定支护措施。
关键词：岩体结构；地下工程；岩体爆裂；岩爆现象；稳定支护0 引言地下工程岩体岩爆是指在地下开挖、挖掘、爆破等工程中，在短时间内由于炸药等因素引发的高强度能量释放，导致岩石体瞬间崩裂的现象。
这一现象在地下工程中十分普遍，给工程施工和工人安全带来了极大威胁。
在岩体岩爆过程中，岩体结构的稳定性和强度会直接影响到岩体岩爆的危险程度和发生概率。
因此，提高地下工程建设中岩体结构对岩体岩爆的预测及其稳定性控制，对于保证工程的安全性具有重要意义。
岩爆是由多种因素引起的，如地质构造、岩石物理、应力状态等。
在岩爆的不同阶段，岩体结构的变化会引起不同的影响。
因此，了解不同类型岩体的结构对岩爆的影响非常重要。
经过对煤矿、隧道等地下工程岩爆的研究，发现岩体结构对岩爆的影响主要来自以下两个方面：首先，岩体结构对岩爆的离散破裂点的位置和数量有着重要的影响。
岩体结构越不规则，破裂点就会越难以预测和控制。
因此，在预测和控制岩爆方面，建立规律的岩体结构能够更好地减少岩爆发生的概率。
其次，岩体结构的变化会影响岩石的物理性质。
例如，岩石的压缩强度和裂纹扩展的速度等参数会因不同的岩体结构而有所不同。
因此，在岩爆的防范中，要对不同类型岩体的结构特征有深入的了解，以便采取适当的措施。
总之，地下工程建设时存在着各种各样的问题，其中之一就是岩爆，它是地下工程中最为常见的问题之一，也是一种需要高度关注和防范的地质灾害。
城市地下工程中的环境岩土工程问题
城市地下工程中的环境岩土工程问题摘要：随着当今社会城市化的推进，城市化的速度已经达到了60％左右，许多企业从事地下工程建设加速推进纵深方向发展，但是地下工程建设中环境岩土工程问题就逐渐凸显了出来，本文对城市地下工程中的环境岩土工程问题进行了分析。
关键词：城市；地下工程；环境岩土工程引言城市地下空间工程是指位于城市中地表以下的相关建设工程，它的涵盖范围较为广泛，比如地铁、地下购物商场、地下停车场、防空设施等建筑空间。
城镇化建设迅速发展，城市中建筑规模不断扩大，导致了建设用地紧张、生存空间狭窄、交通拥挤等一系列问题，这些问题在一定程度上制约了城市经济的进一步发展。
1城市地下空间工程概述城市地下空间工程在一定程度上随着因城市地铁建设发展起来的，比如世界上最早的地铁是建于1863年的英国伦敦大都会地铁，其干线长度约6.5km，采用蒸汽机车。
而世界上最繁忙的地铁是俄罗斯莫斯科地铁，该地铁由10余条主干道组成，每天发出9000多辆火车，每天运送的旅客人数达到了1600万人次。
到2018年，世界上已经有55个国家的170座城市建有地铁。
我国的地铁主要以北京、上海及广州为代表，这几年来，各大中城市，如南京、厦门、深圳等也相继在建城市地铁项目，城市地铁项目的建设，在一定程度上缓解了城市交通的压力，也极大促进了地下空间工程的发展。
相对于其他工程来说，地下空间工程能够提升城市的可持续发展，避免了对地表交通的影响，对预防地震等灾害有较好的安全性。
而且，地下空间工程还具有较好的隔音、保温、保湿等性能，能很好地满足一些地下工厂、商业设施等的要求，对改善城市环境、完善城市功能等具有重要的意义。
2城市地下空间工程的岩土工程问题2.1岩土体的稳定性问题由于地下空间工程是建设于岩土体中的，所以岩土体的稳定性问题就是制约城市地下空间工程开发利用的一大问题。
由于每座城市的岩土体类型、工程环境等不同，使岩土体稳定性程度有较大差异。
比如上海地区软土层普遍发育，软土主要为滨海沼泽相的淤泥质软土。
地应力及其对工程的意义
地应力是指存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。
它包括由地热、重力、地球自转速度变化及其他因素产生的应力。
地应力是引起采矿、水利水电、土木建筑等各类岩土工程变形和破坏的根本作用力，是确定工程岩土力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩石工程开挖设计和决策科学化的必要前提条件。
地应力的多变性和复杂性意味着其大小和方向不可能通过数学计算或模型分析的方法来获得，要了解某个地区的地应力状态，唯一的方法就是进行地应力测试，因此地应力测试是进行岩土工程，尤其是地下方向岩土工程的必经之路。
对地应力的研究有助于更好地了解地球内部的物理性质和运动规律，对于预防地质灾害、保障人类安全具有重要意义。
2012《地下工程》试题
2012年《地下工程》试题1. 地下工程：它泛指修建在地面以下岩层或土层中的各种工程空间与设施，是地层中所建工程的总称，通常包括矿山井巷工程、城市地铁隧道工程、水工隧洞工程、交通山岭隧道工程、水电地下硐室工程、地下空间工程、军事国防工程、建筑基坑工程等。
2. 地下工程按空间位置不同可分为水平式、倾斜式和垂直式；按埋置深度可分深埋式和浅埋式；按建筑方式可分明挖和暗挖。
4.地下空间具有哪些特性？构造特性:空间性、密闭性、隔离性、耐压性、耐寒性、抗震性物理特性:隔热性、恒温性、恒湿性、遮光性、难透性、隔音性化学特性:反应性5.开发城市地下空间的战略意义是什么？（1）在不扩大或少扩大城市用地的前提下，可实现城市空间的三维式拓展，从而提高土地的利用率，节约土地资源；（2）在同样的前提下，环节城市发展中的各种矛盾；（3）在同样的前提下，保护和改善城市的生态环境；（4）建立完善的城市地下防灾空间体系，保障城市在发展自然和人为灾害时的安全；（5）实现城市的集约化发展和可持续发展，最终大幅度提高整个城市的生活资料，达到高度现代化。
6. 围岩的工程性质主要是强度和变形两个方面，与岩体结构、岩石的物理力学性质、原始地应力和地下水条件有关。
在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割的很破碎，结构面对岩体的变形和破坏不起控制作用。
在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，使块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的组合控制。
整体结构：其变形主要是结构体的变形块状结构：其变形主要是结构面的变形地下工程围岩失稳破坏的形态主要分为：脆性破坏、块状运动、弯曲折断破坏、松动解脱、塑性变形和剪切破坏。
7.自重应力场的变化规律：（1）随深度的增加而线性增加；（2）水平应力总是小于垂直应力，最多与其相等。
8.我国大陆初始应力场的变化规律：（1）在一定深度内，垂直应力的量值随深度的增加而线性增加，而且水平应力总是普遍大于垂直应力。
高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案
八台山隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案一、工程概况1、概况城口至万源快速公路通道工程采用二级公路标准，设计速度为60公里/小时；路基宽度为12米。
城口至万源快速公路通道CW10合同段位于四川万源堰塘乡布袋溪村，里程为K46+000～K48+640，全长2.640km。
本合同段主要工程内容为八台山隧道主洞2480m/0.5座，避难通道2450m/0.5座，1-4*3m 钢筋砼盖板涵一座，路基土石方5115m3。
八台山隧道主洞起止里程K43+205～K48+480，全长5275m,避难通道起止里程YK43+206～YK48+450，全长5244m。
属特长隧道。
其中主洞K46+000～K46+480段、避难通道起止里程YK46+000～YK48+450，位于CW10合同段内，是本合同段的控制性工程。
2、地形地貌八台山隧道进口位于重庆市城口县双河乡干坝子河村、出口位于四川万源堰塘乡布袋溪村。
隧道穿越的八台山，受地质构造控制，山脊由东向西横亘，山脊两侧为面积较小的山湾。
形成山丘、山脊与沟谷相间形态，以山丘为中心形成向四周发育的“爪”状山沟；隧道轴线地面最高点位于洞身段K44+610的山脊顶部，标高为1797.74m,一般地面标高740.0～1596.2m，最低点位于隧道进口的溪沟底部，标高731.50m左右，相对高差856.2m.隧道区地貌形态为构造剥蚀、溶蚀中山地貌单元区。
3、工程地质八台山隧道地质复杂，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1-50㎜不等，裂隙面附褐色铁质膜，局部为泥质充填。
由洞口向洞身地质条件依次为:（1）出口段位于一斜坡上，地表覆盖有第四系崩坡积块石土，基岩为三叠系下统嘉陵江组的盐溶角砾岩。
角砾状结构、岩溶发育。
（2）本隧道洞身段主要为III～V级围岩，构成III级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。
跨度5米，跨度5～10米，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成IV级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。
应力释放孔深度
应力释放孔深度1. 引言应力释放孔深度是指在地下工程中，为了减轻地下岩土体的应力集中，而采取的一种措施。
通过在地下岩土体中钻孔，释放周围的应力，从而减少地下岩土体的应力集中，提高工程的稳定性和安全性。
本文将对应力释放孔深度的相关内容进行详细介绍。
2. 应力释放孔的作用原理应力释放孔的作用原理是通过钻孔释放地下岩土体中的应力，从而减轻岩土体的应力集中，提高工程的稳定性和安全性。
具体来说，应力释放孔可以起到以下几个方面的作用：2.1 减轻地下岩土体的应力集中地下岩土体的应力分布是不均匀的，部分区域的应力较大，容易导致地下岩土体的破坏。
通过钻孔释放地下岩土体中的应力，可以减轻应力集中，降低地下岩土体的破坏风险。
2.2 提高地下岩土体的稳定性地下岩土体的稳定性是指岩土体在外力作用下不发生破坏的能力。
应力释放孔可以减轻地下岩土体的应力集中，从而提高地下岩土体的稳定性，减少破坏的可能性。
2.3 降低地下工程的变形地下工程在施工过程中会受到地下岩土体的约束，容易导致地下工程的变形。
通过钻孔释放地下岩土体中的应力，可以减轻约束作用，降低地下工程的变形。
3. 应力释放孔深度的确定方法确定应力释放孔深度的方法有多种，下面介绍两种常用的方法：3.1 土力学参数法土力学参数法是根据地下岩土体的土力学参数来确定应力释放孔深度。
首先需要对地下岩土体进行土力学试验，获取其土力学参数，包括内摩擦角、凝聚力等。
然后根据土力学参数，通过计算或经验公式来确定应力释放孔深度。
3.2 数值模拟法数值模拟法是利用计算机软件对地下岩土体进行数值模拟，通过模拟地下岩土体的应力分布，来确定应力释放孔深度。
数值模拟法可以考虑更多的因素，如地下水位、地下水渗流等，对应力释放孔深度的确定更加准确。
4. 应力释放孔深度的影响因素应力释放孔深度的确定受到多种因素的影响，下面介绍几个主要的影响因素：4.1 地下岩土体的性质地下岩土体的性质包括土层的类型、密度、强度等。
地应力有限元模拟
地应力有限元模拟
地应力有限元模拟是一种常用的地质工程分析方法。
通过数值模拟，可以预测地下工程中的应力变化、变形和破坏等行为，为工程设计、施工和运营提供可靠的依据。
在地应力有限元模拟中，需要考虑地下岩体的物理性质、地层结构、地震活动、水文地质条件等因素。
通过建立地质模型和应力场模型，运用有限元方法计算出不同深度、不同方向的地应力分布规律，从而得出地下工程中各部位的应力变化及其对工程的影响。
地应力有限元模拟可以帮助工程师优化地下工程的布局和结构，减少地下工程的变形和破坏风险，提高地下工程的安全性和可靠性。
此外，地应力有限元模拟还可以为地震灾害预测和地震工程设计提供重要的参考依据。
总之，地应力有限元模拟是一种十分有效的地质工程分析方法，为我们深入了解地下工程的应力变化及其影响提供了科学的手段。
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心问题是什么？
2. 洞周围岩应力重分布的特点是什么？围岩范围
是如何确定的？参数λ 的意义？
3. 围岩变形破坏的几种主要形式是什么？ 4. 什么是岩爆？发生条件及预防措施？
大致可分为：
脆性破裂：整体结构或块状结构—岩爆 块体运动：块状结构岩体
弯曲折断破坏：层状结构，尤其是有软弱夹层的
互层岩体
松动解脱：碎裂结构岩体
塑性变形和剪切破坏：散体结构或碎裂结构
第3 节
2 拱形冒落 1 块体滑移
围岩变形破坏
3滑动 4崩塌
第 3 节
围岩变形破坏
一、整体状、块状岩体围岩：
出现较高压应力集中。
σ
λ
θ
θ 0 1/3 1 2 3 4 5
0°，180 3σ v 8/3 σ v 2σ v σv 0 -σ v -2σ v
90°，270° -σ v 0 2σ v 5σ v 8σ v 11σ v 14σ v
σ
θ
随λ 变化曲线
⑵其他洞形
椭圆-长轴两端点应力集中（压），
易出现压碎破坏，短轴两端点易出现
r 0
由前组公式可知：塑圈内的应力与岩体天然应力无关，而
取决于支护力pi 和圈内岩体的强度c 、φ值。
rpe 0 1 sin c cos
塑弹交界处 （r =R1 )：
pe 0 1 sin c cos
rpe 0
说明：天然应力状态时，
r 0
r R0，则洞壁上应力为： 即仅有σθ 作用（单向状态）
(4-2)
r
当 λ =1 即： h v 0 时，有：
r 0
θ
0 1 0 1
2 R0 r2 2 R0 r2
碎裂岩体塌方示意图
四、松散状岩体围岩：
◈强烈构造破碎和强烈风化的岩体或新近堆积的土体。
破坏形式— 拱形冒落、局部塌方、塑性挤入、滑动
松散围岩变形破坏形式
拱形冒落
局部塌方 造成偏压
侧鼓
底鼓
京西煤矿某巷道底围鼓胀示意图 a-底围鼓胀； b-侧围突出与底围鼓胀
1944年3月
1944年6月
底围隆鼓
第四章 地下工程
4.2 围岩应力分布
4.2
围岩应力分布
岩体中天然应力
围岩中重分布应力
◈
◈
弹性状态
--围岩范围
◈
--天然应力比λ值
◈
出现塑性变形圈的
重分布应力
围岩应力可分为:
◈开挖前天然应力 ◈开挖后重分布应力
◈支衬后调整应力
一、岩体中天然应力
开挖前应力为初始应力→
自重应力
构造应力
岩土工程勘察
此组公式说明：塑弹交界面上的应力取决于天然应力σ 0 和岩 体强度c 、φ值，与支护力pi无关。
即：支护力不能改变交界面上的应力，只能控制塑性松动圈半
径R1 的大小。
第四章 地下工程
第1节
概述
第2节
第3节 第4节 第5节 第6节 第7节
围岩应力分布
围岩变形破坏
围岩分类
围岩压力 围岩稳定性评价 地下工程地质超前预报
τrθ --剪应力 θ -极角
r
h v
2
4 2 R0 R0 1 3 4 2 2 sin 2 r r
r
-- 极距
R0 --洞径
岩土工程勘察
第三章地下建筑工程勘察
圆形洞室围岩重分布应力计算示意图
h v 2 h v cos 2 r 0
第3 节
围岩变形破坏
开挖，洞壁围岩失去支撑，向洞内松胀，变形超
过强度极限，围岩发生破坏。
变形破坏特征取决于围岩应力状态，岩体结构及
洞室断面形状等。
各种围岩的变形破坏都是渐进发展的。 分析时，抓变形破坏的始发点，连锁反应的关键
点。预测发展规律，早期处理、控制，以确保围岩 稳定性。
破坏形式--围岩变形、失稳破坏受岩体结构控制，
总特点--
拉断破坏；
正方形-4个角点应力集中最大； 矩形-角点、短边中点应力增；
◊
圆形洞室最有利
⑵其他洞形
1 2 cos 2
1 2 cos 2
圆形：
引入应力集中系数，则：
h v
规律： 拐点处，存在较大应力集中。 相邻洞室引起应力集中 增高，对稳定不利，应设 置安全距离。
σθ ：最大主应力； σr：最小主应力。 令 r=R0 有 r 0 2 0 随r值增， σ 增大， σ 减小
r
当 r=6R0 , r 0
（天然应力状态）
即6倍洞径范围内岩体为围岩。
随r值增， σr增大， σθ减小
6倍洞径范围内岩体为围岩。
圆形洞室周边应力分布图
开挖洞室，应力平衡被打破，围岩向洞内松
胀位移，引起一定范围内应力调整，使天然
应力大小、方向和性质改变，达到新的平衡。
应力重分布范围内的岩于围岩稳定性。
1、开挖后围岩保持弹性状态的重分布应力
⑴圆形洞室—围岩中一点的重分布应力
•
(按平面问题考虑)
4 2 R0 R0 1 3 4 4 2 cos 2 (4-1) r r
第三章地下建筑工程勘察
第2 节
地下建筑围岩应力分布
开挖前应力为初始应力。→ 自重应力（垂向）： v gZ
一、岩体中天然应力
自重应力 构造应力
构造应力（水平向）： h v
1
h v
一般情况：
v h
构造应力强的地区：
h v
二、围岩中重分布应力
⑶相邻洞室的影响--
各种不同断面洞室周边应力分布图
“+”为压应力； “-”为拉应力
2、开挖后出现塑性变形圈的重分布应力
开挖后洞壁处应力集中最大。当洞壁应力超过岩体
的屈服极限时，洞壁围岩由弹性转为塑性，
随半径 r 增大，σ
r
渐增，
在围岩中形成一个
应力状态由洞壁处单向转为
双向，至一定距离围岩由塑 性转为弹性，最终形成塑形 圈和弹性圈。
破坏形式—
水平岩层-顶部折断 塌落，形成三角形 塌落区。
倾斜岩层-一侧弯 曲塌落，另侧为 块体滑移。
直立岩体-洞顶受拉， 塌落；侧墙弯折内鼓， 发展危及洞顶。
三、碎裂状岩体围岩：
◈断层、褶曲、岩脉穿插挤压和风化破碎加次生
夹泥的岩体。
破坏形式— 塌方、滑动 破坏规模取 决于破碎程度 及夹泥多少。
◊
2 sin 当洞壁支 r 1sin 护为 pi r pi c cos c cos R 0 时，塑圈 sin 上重分布 1 sin r 1sin pi c cos c cos 1 sin R 应力为： 0
应力重分布特征：
产生分异现象，径向应力趋于零；
环向应力增或减，并出现拉应力；
洞周应力差最大（拉应力集中）。
围岩破坏自洞壁始，向内（深部）发展。
取不同的λ值，洞壁应力状态不同。
h v
1 3
1 3 3
洞顶底出现拉应力； 洞壁围岩内σθ全为压应力
3
洞室侧壁出现拉应力，洞顶底
脆性开裂-拉应力集中部位，λ<1/3时， 破坏形式： 洞顶出现拉应力，易形成塌方。
块体滑移-结构面切割形成不稳定块，滑出。 受控于结构面性状。
岩爆-高地应力区开挖使应力高度集中，突发破坏。
1-层面；2-断裂；3-裂隙
坚硬岩块体滑移
二、层状岩体围岩-
常为软硬互层岩体。
结构面-层理面、其他软弱结构面 张裂、折断塌落、弯曲内鼓。
r
h v
2
2 v R0 1 2 h 2 r
h v
2
R h v 1 2 r
2 0 2
R 1 3 r
4 0 4
cos 2
σr --径向应力
σθ --环向应力
围岩缩径示意图
沿断层带
沿碎裂岩体
遇断层破碎带塌方
锦屏二级电站岩爆特征
下游壁圆形岩爆坑，剪张性破裂面 岩爆示意图 下游壁岩爆的弯曲折断现象 破裂面呈阶梯状、弧形
岩堆蠕动造成偏压及处理措施
高场山隧道衬砌变形情况 （滑坡体推挤引起变形）
沿软弱岩层滑动造成 偏压及衬砌形式
隧道偏压
作业题：
1. 地下建筑工程的主要工程地质问题有哪些?其核
所谓塑性松动圈
洞室围岩中出现非弹性变形区后应力重分布
塑圈内应力释放而明显降低，最大应力集中由洞壁 移至塑圈弹圈交界处。弹性区应力明显增高，区外 为天然应力状态。
即：R0 处σr 值由pi （支护反力）增至σ0（弹性圈外）； σθ 由pi 突增至2 σ0 （塑性圈外界），再降至σ0 （弹性圈界）。