影响隧道围岩稳定性因素
浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制
文章编号:1009-6825(2009)30-0111-02浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制收稿日期:2009-06-14作者简介:段学超(1974-),男,工程师,山西省交通建设工程监理总公司,山西太原 030006段学超摘 要:对影响地下工程围岩稳定性的自然因素进行了详细分析,讨论了围岩稳定性与围岩控制的方法与思路,介绍了围岩稳定性的监测方法和手段,论述了锚杆工作载荷与围岩稳定性的相互关系,用锚杆无损监测的方法来全程监测围岩稳定性对研究围岩稳定及工程施工具有很大的指导意义。
关键词:围岩稳定性,锚杆,围岩控制,锚杆无损监测中图分类号:T U 457文献标识码:A地下工程围岩的稳定性对工程的正常运营是至关重要的。
地下工程围岩的稳定性主要与岩石的性质、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[1],并且还与开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。
本文将对围岩稳定性监测的手段进行讨论,详细的论述利用锚杆工作载荷与围岩稳定性的关系来全程动态检测围岩稳定性的方法。
1 地下工程围岩稳定性因素1.1 岩石性质及岩体的结构围岩的岩石性质和岩体结构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黏土质岩石、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;脆性围岩主要指各类坚硬体,由于岩石本身的强度远高于结构面的强度,这类围岩的强度取决于岩体结构。
从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。
松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。
对于脆性的厚层状和块状岩体,其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制,结构面对围岩的影响不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。
隧道施工设计中的围岩稳定性分析方法研究
智能化和自动化技术的应用
利用人工智能和大数据技术进行围岩稳定性预测 开发自动化监测和预警系统，提高施工安全性 利用机器人和自动化设备进行隧道施工，提高效率和质量 利用虚拟现实和增强现实技术进行施工模拟和培训，提高施工质量和效率
跨学科融合和交叉创新
围岩稳定性分析的未来发展趋势将更加注重跨学科融合和交叉创新 跨学科融合可以带来新的思路和方法，提高围岩稳定性分析的准确性和可靠性 交叉创新可以促进不同学科之间的交流和合作，推动围岩稳定性分析技术的进步和发展 跨学科融合和交叉创新将为围岩稳定性分析的未来发展提供新的机遇和挑战
实践应用中常见的围岩稳 定性问题及解决方法
围岩稳定性分稳定性分析 的准确性和可靠性
围岩稳定性分析 的未来发展
分析方法的改进和创新
引入新的数据分析技术，如机器学习、深度学习等 改进现有分析方法，提高计算效率和准确性 结合工程实践，开发新的围岩稳定性分析方法 加强与其他领域的交叉学科研究，如地质力学、岩体力学等
经验公式法
原理：根据大量实测数据和经 验总结出的公式
适用范围：适用于各种地质条 件和围岩类型
优点：简单易用，结果可靠
缺点：需要大量的实测数据和 经验积累
围岩稳定性分析 的流程
收集资料和现场勘查
收集地质资料：包括地形、地质构造、岩性、地下水等 收集施工资料：包括施工方法、施工进度、施工质量等 现场勘查：实地考察隧道施工现场，了解围岩实际情况 收集监测数据：通过监测仪器收集围岩变形、应力等数据
隧道施工过程中的 围岩稳定性分析： 实时监测围岩稳定 性，及时调整施工 方案和施工方法， 确保隧道施工的安 全和质量。
隧道施工后的围 岩稳定性分析： 评估隧道施工对 围岩稳定性的影 响，为后续运营 和维护提供依据。
不同节理位置及倾角对隧道围岩稳定性的影响分析
不同节理位置及倾角对隧道围岩稳定性的影响分析作者：***来源：《西部交通科技》2020年第06期摘要：文章以黄土含节理地区隧道开挖为例，采用有限元软件Midas建立模型，并考虑不同节理位置和节理倾角两种工况，对隧道围岩变形以及应力变化规律进行了分析。
结果表明：（1）考虑不同节理位置时，对于水平位移，节理的存在会略减小靠近节理一侧拱腰的最大水平位移;对于竖向位移，节理的存在使得最大竖向位移向节理处靠近。
节理在拱腰、拱肩和拱顶时，其最大竖向位移比无节理时分别大8.8%、10.3%和0.3%，节理在拱肩处应力比拱腰和拱顶时围岩应力分别大3.2%和4.0%。
（2）节理倾角为30°、45°、60°和90°时的最大竖向位移值比无节理时分别大23.0%、14.8%、9.3%和7.4%，随着节理倾角的增大，最大竖向位移值逐渐减小;节理倾角为45°、60°和90°时的最大应力比节理倾角为30°时分别小0.4%、1.1%和2.0%，随着节理倾角的增大，最大围岩应力逐渐减小，但整体变化趋势不大。
关键词：隧道工程;黄土;节理;位移;倾角;应力0 引言节理是影响岩土稳定性的重要因素之一，不同节理位置和节理倾角对于隧道工程都有较大的影响，尤其在我国西南地区，遍布的黄土中又常常伴有节理出现，因此，研究黄土中节理的存在对隧道稳定性的影响至关重要。
近年来，国内一些学者对此进行了相关研究：朱劲、张志强等人[1-2]以沙坝湾隧道靠近洞口偏压段为研究对象，采用数值模拟的方法研究了红层地区不同节理倾角下隧道围岩力学响应、变形特性;赵作富、王贵君等人[3-4]通过分析隧道不同走向条件下岩层节理倾角对顶平衡拱内层状围岩应力状态的影响，研究节理倾角对隧道拱顶围岩稳定性的影响，结果显示岩层倾斜、隧道走向与岩层走向相同时拱顶围岩的稳定性随节理倾角增大而减小，隧道走向与岩层走向垂直时拱顶围岩的稳定性随节理倾角增大而增大;马天辉、贾超等人[5-6]在二轴围压条件下，数值模拟了节理岩体中隧洞围岩损伤破坏过程，研究了节理岩体中隧洞围岩体的破坏机理，分析了岩体中节理倾角对隧洞围岩稳定性的影响规律等。
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。
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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。
包西铁路施工期隧道水平层状围岩稳定性评价与支护
收稿日期22作者简介罗选红(—),男,5年毕业于同济大学工程地质专业,工学硕士,工程师。
文章编号:167227479(2010)022*******包西铁路施工期隧道水平层状围岩稳定性评价与支护罗选红(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安 710054)Eva lua ti on on Stab ility of Sur r ound i n g Rock i n Hor i zon ta l La yer forTunnel i n Con str ucti on and Its Suppor ts on Baox i Ra ilw a yLuo Xuanhong 摘 要 以包西(包头—西安)铁路水平岩层区施工期间隧道围岩稳定性分析评价为主线,以保护围岩的自稳和指导施工为目的,从围岩的工程地质条件入手,通过对施工过程中围岩的变形破坏模式分析和围岩的稳定影响因素分析,确立了包西线水平岩层地区隧道围岩定性评价的工程地质评价体系,对隧道围岩分类评价和合理支护措施提供依据。
关键词 施工期 水平岩层 围岩稳定性评价 支护措施中图分类号:U45613 文献标识码:B 在进行隧道设计时,尽管进行了地质勘探,但是由于隧道工程围岩状况的复杂多变以及理论上的不完善,对围岩性质事先难以完全掌握。
在施工过程中暴露出的围岩才是真实的围岩,原设计往往不尽合理。
另一方面,设计阶段地质工作的精度难以达到施工阶段地质工作所能达到的精度,对围岩级别的划分是粗略的,还可能出现围岩级别设计失误的现象。
因此,在隧道施工期间,应进一步对隧道围岩的稳定性进行评价,对围岩级别进行准确鉴定,并依据围岩的地质条件提出恰如其分的施工建议,特别是预支护建议。
隧道施工过程中的围岩稳定性评价,即围岩级别的鉴定采用类比法,依据隧道围岩级别分级表,并充分考虑围岩地下水和地应力特征下进行。
首先通过围岩的工程地质特征、围岩结构完整状态的分析,依据隧道围岩分级表初步确定围岩级别,再依据地下水情况和地应力特征,以及毛洞开挖后围岩的稳定程度三项指标最终确定围岩级别[1]。
隧道施工常见不良地质及处理方法
隧道施工常见不良地质及处理方法【摘要】近年来，随着经济的发展，特别是随着改革开放的不断深入，我国的经济建设取得了巨大的进步，同时隧道工程也在快速的发展。
在隧道工程施工中，经常会遇到不良的地质，这就需要良好的地质处理方法，从而促进隧道工程的正确施工。
笔者结合自己的研究，对隧道施工常见的不良地质及处理方法进行分析。
【关键词】隧道施工不良地质处理方法一、前言通过加强对隧道施工常见的不良地质及其处理方法的分析，可以不断的促进隧道施工的顺利进行，提高隧道施工的质量和进度，这对于我国的隧道施工具有十分重要的意义，因此，需要不断的加强对这方面的研究。
二、前期对隧道围岩结构类型的分析认识常见的不良地质类型有膨胀围岩、岩溶地段、破碎断层、涌水涌泥等。
而大量的工程实践表明,导致大量隧道工程施工方案不合理和工程事故的发生原因就是与前期对隧道围岩结构类型的分析认识不清有密切关系。
1.进行不良地质分析的重要性各项工程建设在设计和施工之前,必须按基本施工建设程序进行岩土工程勘察。
岩土工程勘察应按工程建设各勘察阶段的要求,正确反映工程地质条件,查明不良地质作用和地质灾害,精心勘察、精心分析,提出资料完整、评价正确的勘察报告。
这样才有利于下一步开展施工,制定切实可行的施工支护方案。
三、几种不良地质对隧道围岩稳定性影响1. 涌水对隧道围岩稳定性影响。
在隧道工程施工中,地下水的作用非常活跃。
本身可造成隧道涌水,可软化泥化岩石,增大围岩的变形;降低结构面的内聚力,造成不利组合岩块的塌落甚至引起大的坍方;加剧构造岩、风化岩、破碎岩、粘土砂及泥夹块石类岩溶填充物活动性,引发隧道内坍方、泥石流、岩溶涌突水泥灾害。
隧道开挖,破坏和改变了隧道所在地区水文地质条件,隧道成为新的地下水排泄的通道。
隧道施工揭穿含水构造,直接导致了隧道内涌水灾害的发生(揭穿型隧道涌水);而隧道周边与含水构造(体)间隔岩体厚度的过薄或含水构造(体)水压上升,导致了隧道施工期间的突破型涌水;由于涌水速度的降低,涌水中携带的泥砂沉积堵塞涌水通道,当通道地下水位上升水压力达到一定值时,水突破堵塞造成重新涌水,即形成隧道施工期间隧道内的间歇型涌水。
围岩稳定性的影响因素
围岩稳定性的影响因素一、地质因素的影响1.岩土体结构状态岩土体结构是在长时间的地质构造运动中形成的，是对围岩稳定性起主要作用的地质因素。
围岩的结构状态通常用其破碎程度或完整状态来表示。
原始状态的岩土体，在长期的地质构造运动的作用下，产生各种结构面、形变、错动、断裂等，趋于破碎，在不同程度上丧失了其原有的完整状态。
因此，结构状态的完整程度或破碎状态，可在一定程度上表征岩土体受地质构造运动作用的严重程度，对隧道围岩的稳定起着主导作用。
实践经验指出，在岩性相同的条件下，岩体越破碎，隧道就越易失稳。
因此在各种分级方法中，都把岩体的破碎程度作为基础指标。
岩体的完整状态或破碎程度有两个含义：一是构成岩体的岩块大小；二是这些岩块的组合形态。
前者一般采用裂隙的密集程度（裂隙率、裂隙间距、体裂隙率等）来表达，即结构面法线方向上单位长度内结构面的数目或结构面的平均间距，或采用单位体积中的裂隙数等；后者主要考虑构成岩体的完整状态的各种岩块的组合比例。
岩体结构状态的特征是相互联系的，构成了裂隙岩体的基本特性，是影响围岩分级的重要因素。
2.岩石的工程性质岩石的工程性质是多方面的，一般主要指岩石的强度或坚固性。
在岩体结构状态成为控制围岩稳定性的主要因素时，强调岩石强度意义是不大的。
例如，在碎块状岩体中，岩石强度再大也阻止不了隧道围岩的坍落。
但在较为完整的岩体结构中，如岩体具有整体的巨块状结构或大块状结构，岩石强度就具有一定的意义。
在这类围岩中，因裂隙少，结构面强度高，故岩石强度在一定程度上与岩体强度接近。
岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的，此时岩石越硬，隧道越稳定。
完整岩体，一般都被认为是均质的连续介质。
隧道开挖后，围岩强度高，具有极大的稳定性，仅在个别情况下有局部的碎块、剥离现象。
在这种情况下进行理论分析，也是以岩石强度为依据。
此外，在判定某些裂隙岩体的强度时，也以岩石强度为基础。
在围岩分级中，岩石的坚固性或强度都以岩石的饱和单轴极限抗压强度为基准，这是因为它的试验方法简便，数据分散性小，且与其他物性指标有着良好的互换性。
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。
隧道洞口段围岩的稳定性分析
1尖点突变模型 隧道洞口段松散围岩在正常的围岩压力作用下，其变形一般具有渐 变特征。若开挖导致掌子面和洞顶临空，掌子面和洞顶围岩就会因一时无 法适应应力重分布的较大调整，发生剪切和压裂破坏。加之支护不及时， 会从掌子面失稳和洞顶局部坍落相结合的破坏形式，转换成以洞顶大面 积坍塌为主的破坏形式。换言之，围岩变形会由相对稳定的渐变状态变为 失稳扩展状态。可见，隧道洞口段松散围岩失稳具有突变特征，因此，可借 助突变理论研究隧道洞口段松散围岩的稳定性。鉴于尖点突变模型的临 界曲面容易构造，几何直观性强，本文采用尖点突变模型研究洞口段围岩 稳定性，其势函数为
平衡曲面根的判别式为
∆=8u3 + 27v2（3）
该式是判断系统稳定性的主要判据。 尖点突变模型的分叉集为 8u3 + 27v2 = 0（4） 根据该式可以进一口松散围岩段的塌方概况 2.1塌方工程 张 德 沟 隧 道 按 单 向 行 车 双 车 道 分 离 式 设 计 ，左 线 起 讫 桩 号 Z K 2 8 + 6 2 4 ～ Z K 2 9 + 7 1 5 ，最 大 埋 深 为 1 9 0 . 8 9 m 。隧 道 左 线 出 洞 口 段 ZK29+675～ZK29+715，长度为40m，位于斜坡地带，坡高约30.0～40.0m，斜 坡自然坡度约45°，出露岩性主要为含砾粉质粘土，局部基岩出露，基本 无汇水条件。根据设计资料显示：该段为Ⅴ级围岩复合式衬砌，地层大致 分为两层：隧道上覆第四系全新统坡积（Q4dl）碎石土，呈灰褐色-褐黄色、 稍湿、稍密、土质结构不均，含大量风化岩碎块；下地层为强～中风化闪长 岩，节理裂隙发育，岩体破碎，基本呈镶嵌破裂状态。 隧道左线洞口段采用环形开挖预留核心土法施工，每循环进尺1m， 初期支护采用锚网喷联合支护形式。当掌子面掘进至ZK29+708时，洞顶 出现掉块，随着时间的推移，洞顶掉块并迅速发展为垮塌，向前延伸至 ZK29+711，向后延伸至ZK30+705。观察到在ZK29+705～ZK29+711段洞顶上 方形成一个近似漏斗状的塌陷坑，向坑内观察，塌陷坑侧壁周围土体极为 松散，坑内可见诸多折断的钢筋网。 2.2塌方特征及影响因素 （1）塌方特征 此次塌方表现出显著的特征：①属于洞口浅埋段贯穿型塌方，具有连带 性，在掌子面前后均有塌方，且掌子面后的“锚+网+喷”初期支护被严重破坏； ②地表形成“漏斗”状的塌陷坑；③塌方稳定后，出洞口仰坡坡度接近80°。 （2）塌方影响因素分析 根据张德沟隧道左线洞口段的工程地质条件及现场的施工条件，分 析认为影响塌方的客观因素是洞口段特殊的地质条件，即洞口段的埋深 浅，上覆较厚的全风化闪长岩和含砾粉质黏土，岩体呈镶嵌破裂状；主观 因素是开挖进尺过大，掌子面上部开挖后支护不及时，导致掌子面、洞顶、 侧壁围岩失稳。 3隧道洞口段尖点突变模型 3.1力学模型 隧道围岩体在未开挖扰动的情况下，围岩处于三轴应力状态下，出洞口 段软弱围岩处于相对稳定平衡状态。在开挖作用下，浅埋洞口段松散岩体 因无法适应应力重分布的较大调整而发生压裂破坏，软弱围岩存在下滑趋 势。这是在隧道施工中常遇到的情况，会引发拱顶大范围的坍落甚至冒顶。 图1为顶板围岩简化后的三铰链结构，图中p为上覆松散层对拱顶的 均布压力，Qc为简化后中间岩柱对拱顶围岩稳定性的贡献，θ为三铰链结 构中斜杆与水平方向的夹角。
爆破施工对隧道围岩的稳定性影响分析
爆破施工对隧道围岩的稳定性影响分析摘要：隧道钻爆施工技术在城市山区隧道中应用，可以有效加速施工进度，控制施工成本。
但受周边环境影响，爆破施工对隧道围岩的影响日益突出，特别是爆破振动和爆破应力波的影响已成为制约爆破开挖的主要因素。
关键词：爆破；隧道；围岩；稳定性；爆炸1.隧道开挖爆破产生的破坏和扰动1.爆破的内部作用（1）扩大空腔。
即爆炸使炮孔周围产生破坏，破变大。
（2）压碎区。
又称压缩区，即直接与药包接触的岩石，在爆炸发生后，爆炸产生的爆轰压力激发了在岩石中传播的冲击波，冲击波的强度远远大于岩石的动抗压强度。
使岩石破碎或形成压缩空洞。
（3）破裂区。
即冲击波在通过压碎区后，强度变小，以致于低于岩石的动抗压强度，无法直接造成岩石的破碎。
这种低于岩石动抗压强度的波称为压缩波。
压缩波在压碎区外围的岩石中传播，引起切向拉应力，使得外围的岩石产生径向裂缝。
同时压缩波还会使外围岩石压缩，岩石的应力释放，出现环向裂缝。
径向环向的交互作用，使得岩石被割据成块。
（4）振动区。
在破裂区外围的岩石，应力波强度无法使岩石产生破坏。
但是，这些应力波会产生岩石的弹性振动。
1.2爆破的外部作用外部作用与内部作用相对立。
当药包的中心与自由面的垂直距离低于临界值，则爆炸后，爆炸的破坏作用能到达自由面，造成自由面附近的岩石破坏。
主要从以下几点讨论外部作用。
（1）爆炸产生的冲击波或者应力波在到达自由面后，会发生发射，反射波与入射波相反。
反射波则为拉力波，使得岩石被拉断。
导致岩石从自由面向内部破碎。
（2）自由面反射回来的拉伸波，与裂缝端口处的应力场相互叠加，导致裂缝的延伸。
（3）岩石中的准静态应力场被改变。
使得岩石在自由面方向受到剪切破坏更加容易。
1.隧道围岩应力状态在隧道爆破开挖过程中，爆破冲击荷载使岩体中的细小结构缺陷（如微裂缝、微孔隙等）扩展为宏观裂缝，导致岩体本身的力学性能下降，结构劣化。
同时，爆破和开挖等工程力量破坏了岩体的初始地应力场，导致岩体中的应力重新分布。
隧道工程中主要围岩分级及围岩压力
❖ 我国大陆初始应力场（包括自重应力场和构造应力场）的变 化规律如下：
❖ 在一定深度内，垂直应力的量值随深度线性增大，而且水平 应力普遍大于垂直应力；
❖ 水平主应力具有明显的各向异性。水平主应力的另一个显著 特点，就是具有很强的方向性，一般以一个方向的主应力占 优势，很少有大、小主应力相等的情况。
❖ （3）地温。温度变化使温度应力的一部分会残留 下来产生残余应力。
❖ （4）人类活动。人类活动包括大堆碴场的形成、 深的露天开采和地下开挖、水库、抽水、采油及 高坝建筑等都可能局部地影响围岩的初始应力场。
五、围岩初始应力场的确定方法
❖ 通过现场实地量测应力。但实测工作由于费时费 钱，不可能大量进行，这就提出了如何利用少数 测点实测资料，建立可靠的围岩初始应力场的问 题。可行的是实地量测和地质力学分析相结合的 方法。
❖ b岩石在形成过程中，由于热力和构造作用所引起 的，虽经过风化、卸载，部分释放，现在仍残存 着的原生内应力。
❖ 新构造应力：正在活动和变化的构造运动，如地层 升降、板块运动等所引起的应力，称为新构造应力， 地震的产生正是新构造应力的反映。
4.探讨
❖ （1）岩体内的应力主要是在自重作用下产生的垂 直应力，水平应力则是由岩体的泊松效应引起的， 最大只能等于垂直应力（即取泊松系数等于0.5）。 这是否认地质构造运动能改变岩体的应力状态。 与实际情况不符。
3.组成
自重应力场和构造应力场 ❖ 这两类应力场的基本规律有明显的差异。围岩的自
重应力场比较好理解，它是地心引力和离心惯性力 共同作用的结果。围岩的构造应力场就比较复杂， 按其形成的时间，分为两类——构造残余应力和新 构造应力。
构造残余应力
❖ a由于过去地质构造运动引起的，虽然外部作用力 移去后有了部分恢复，但仍残存在岩体中的应力。
海底隧道围岩稳定性分析现状及方法
海底隧道围岩稳定性分析现状及方法摘要：随着经济的快速发展，我国正处于隧道建设的高潮时期，在隧道建设上我国每年都投入大量的人力、物力和财力，这就迫切需要实现隧道建设高效与经济。
隧道施工过程中，洞室周围岩体发生应力重新分布，当这种重新分布应力超过围岩的强度极限时，将会造成围岩的失稳破坏，因此隧道施工过程中洞室围岩稳定性评价与受力状态研究就显得日益重要。
关键词：隧道；围岩；稳定性1隧道围岩稳定性影响因素分析现状1.1地质结构地质结构是多因素的综合影响，其中软弱结构面是影响隧道围岩稳定的一个重要因素，所谓软弱结构面是指相对发育软弱的结构面，即张开度较大，充填物较差，成组性好，规模较大，有利于滑移的优势方位的结构面。
由于结构面产状不同，与洞轴线的组合关系不同，对隧道工程围岩稳定的影响程度亦不相同。
这些结构面是岩体中的薄弱部位，它们的力学强度较低因此，岩体软弱结构面分布状况经常是围岩稳定与否的控制性因素。
1.2地应力水平围岩地应力因素对隧道工程围岩稳定性的影响是众所周知的，特别是高初始应力的存在。
岩石强度与初始应力之比（rc/σmax）大于一定值时，可以认为对洞室围岩稳定不起控制作用，当这个比值小于一定值时，再加上洞室周边应力集中结果，对围岩稳定性或变形破坏的影响表现就显著了。
海底隧道由于其处于海底，围岩前期固结压力较大，岩体在海水压力和自重应力下已经固结，海水压力即使是浅海地区也有几百千帕，对于海底软岩或是含软弱结构面的岩体，岩石强度较低，rc/σmax值较小，隧道拱底两侧会发生严重的应力集中现象，此外弱层内部会出现较大面积的塑性区。
1.3地下水地下水的存在及活动使它在隧道周围产生水利学的、力学的、物理和化学的作用几乎总是不利于洞室的稳定。
这种不利的作用大致体现在三个方面：①由于洞室开挖，地下水有了新的排泄通道，因此在洞周会产生渗压梯度。
而且经常是不对称指向洞内的附加体积力，增加了周围岩石向洞内的挤压力；②润滑作用。
学习资料三：认识围岩的稳定性
概念疑点
各向同性：亦称“均质性”。指物体的物理、化学等 方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性，即某一 物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同。 各向异性：亦称“非均质性”。物体的全部或部分物 理、化学等性质随方向的不同而各自表现出一定的差异的 特性。即在不同的方向所测得的性能数值不同。质地不均 匀，各方面强度不一致。 弹性体：在外力作用下，内部各点的应变和应力一一 对应，当外力除去后能恢复到原来状态的物体。 塑性体：受力能变形，外力消失后不再恢复原来形状 的材料。 弹塑性体：物体在外力施加的同时立即产生全部变形 ，而在外力解除的同时，只有一部分变形立即消失，其余 部分变形在外力解除后却永远不会自行消失的性能。
以上三种作用中，自重应力与 地质构造应力是主要的、普遍 存在的地应力 。
(一)自重应力场 在自重应力场中，地表以下任一深度H处的垂直应力等与其上覆岩体的重量
s z = gH
以压应力为正， 为岩体的容重 当上覆岩体为多层时，则为
g
sz =
å
n
gi Hi
i= 1
式中
gi — 第 i 层岩体的容重
H i — 第 i 层岩体的厚度
3、岩体的受剪变形特性 ①结构体不参与作用，沿结构面滑动。 ②结构面不参与作用，沿结构体断裂。 ③结构面和结构体同时参与作用，结构体被剪断。 4.岩体的流变特性：岩体在受压或受剪的情况下，岩体的变 形随着时间的增长达到终值，并不是瞬间完成的。
图a）：应力不变，应变随时间增长。“蠕变” 图b）：应变不变，应力随时间降低。“松弛” 具有流变特性的岩体：①极度软弱破碎的岩层②含有 大量泥质软弱填充物的一般破碎岩体。
弯曲折断
松动解脱 塑性变形
严重风化岩体，强度极低，开挖后，塑性变形不能停止。
复杂岩体中隧道施工引起的地应力重分布及其对围岩稳定性的影响
复杂岩体中隧道施工引起的地应力重分布及其对围岩稳定性的影响摘要随着地下空间利用的不断深入，隧道施工在现代城市和交通基础设施建设中变得越来越重要。
然而，复杂岩体中隧道施工所引起的地应力重分布对围岩的稳定性产生了深远影响。
本论文旨在研究复杂岩体中隧道施工引起的地应力重分布现象，并分析其对围岩稳定性的影响机制。
通过分析现有文献和实际工程案例，我们探讨了地应力重分布的成因、影响范围以及可能导致的围岩失稳机制。
研究发现，复杂地质条件下，隧道施工会导致地应力分布发生显著变化，进而引发围岩的开裂、变形甚至坍塌。
为了有效应对这一问题，合理的支护设计和施工方法显得尤为重要。
因此，我们还讨论了针对复杂岩体的隧道施工中应采取的支护措施，并提出了优化围岩稳定性的建议，以确保隧道施工的安全性和可持续性。
关键词：复杂岩体、隧道施工、地应力重分布、围岩稳定性、支护措施一、引言随着城市化进程的不断推进，地下空间的利用成为缓解城市交通、储存能源等问题的有效手段。
隧道作为地下交通和通信设施的重要组成部分，在现代城市基础设施建设中占据重要地位。
然而，隧道施工所面临的地质条件千差万别，尤其是复杂岩体中的隧道施工，往往面临着地应力的显著变化，进而对围岩稳定性造成影响。
二、地应力重分布的成因地应力重分布是指隧道施工过程中，由于开挖活动导致原有的地应力分布发生变化，进而影响周围围岩的稳定性。
复杂岩体中隧道施工引起的地应力重分布主要由以下几个因素导致：2.1 岩体应力状态变化隧道开挖过程中，岩体受到应力释放。
原本处于地壳深部的岩体，在受到开挖活动影响后，受到的应力得到部分释放。
这导致了原有的地应力分布受到破坏，周围围岩会逐渐调整其应力状态，以达到新的平衡状态。
这种应力状态的变化可能导致围岩的开裂、变形和失稳。
2.2 隧道开挖对地应力场的干扰隧道的开挖会对周围岩体的地应力场产生直接的干扰。
开挖活动使得原本相对稳定的地应力场发生改变，出现应力的聚集或分散现象。
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)
隧道围岩分级及围岩压力
5.1 隧道围岩分级及其应用
●
目前，隧道围岩分级是隧道设计、施工的
基础（工程类比法就是建立在围岩分级的基
础上的）。
认识事物的同一性和差异性的方法就是将事 物进行分类和分级
●
围岩分类: 主要突出同一性,是质的定性评价, 强调的是属性特征. 围岩分级: 主要突出差异性,是量的界定,强 调的是等级特征.
第II类：与地质构造有关的要素。其分类指
标采用诸如岩石的质量指标、地质因素平分法 等，这些指标实质上是对岩体完整性或结构状 态的评价。这类指标在划分围岩的级别中一般 占有重要地位；
第III类：与地下水有关的要素。
目前国内外围岩的分级方法，考虑上述三大 基本要素，按其性质主要分为： ⑴ 以岩石强度或物理指标为代表的分级方法
●
●
优点：目的明确，使用方便，能指导施工
缺点：分级指标以定性描述为主，人为因
素较大。
围岩的分级方法有以下几方面的发展趋势：
⑴ 分级应主要以岩体为对象。岩体则包括岩 块和各岩块之间的软弱结构面。因此分类应重 点放在岩体的研究上 ⑵ 分级宜与地质勘探手段有机的联系起来 有一个方便而又可靠的判断手段。随着地质勘 探技术的发展，这将使分类指标更趋定量化。
⑷ 冲击压力：是指围岩中积累了大量的弹性 变性能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被 解除，能量突然释放所产生的压力。 冲击压力是岩体能量的积累与释放问题，所 以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩 体，在高地应力作用下，易于积累大量的弹性 变形能，一旦遇到适宜条件，就会突然猛烈的 大量释放。
ts=常数×L
－(1＋a)
式中：L－隧道未支护地段的长度； a－视围岩情况在0～1之间变化，好的岩体 可取a =0;极差的a = 1
隧道围岩破坏机理分析
隧道围岩破坏机理分析本文叙述了隧道围岩出现破坏的影响因素及破坏类型，并分析对破坏的力学机理进行了分析。
标签：隧道围岩；影响因素；破坏类型；机理分析1 影响隧道围岩稳定的地质环境隧道在开挖之前，岩体处于一定的应力平衡状态，开挖使隧道围岩发生卸荷回弹和应力重分布[1]。
如果围岩足够强固，不会因卸荷回弹和应力状态的变化而发生显著的变形和破坏，那么开挖出的隧道就不需要采取任何加固措施而能保持稳定。
但是有时或因隧道围岩应力状态的变化大，或因岩体强度低，以致围岩适应不了回弹应力和重分布的应力的作用而丧失其稳定性。
此时，如果不加固或者虽然加固但未保证其质量，都会引起隧道围岩的破坏，对隧道的施工和營运造成危害。
在国内外的隧道建筑史上，这样的事故屡见不鲜。
影响隧道围岩稳定性的地质环境因素大体上可分为两大类：一类是内在因素；一类是外部环境，内在因素是影响隧道围岩稳定的基本的决定性的因素，主要包括：围岩初始应力场状态、围岩的结构状态、岩石的基本性质和地下水状态等。
外部环境是通过内在因素的作用而起作用的，主要包括：施工方法、支护措施、隧道的形状和尺寸及隧道的埋深等[2]。
1.1内在因素的影响（1）围岩的初始应力状态在围岩范围内，隧道周边具有最为不利的应力条件（在平面应力场中处于应力差最大的单向应力状态）。
隧道开挖后，只要洞壁各点的应力均未超过能够导致岩体破坏的临界值，则整个围岩就能够稳定；相反，任何围岩的破坏必将首先从隧洞周边开始，然后沿半径方向向岩体内部发展。
因此，研究隧道周边应力的集中规律和特点，对评价围岩的稳定性具有十分重要的意义。
（2）围岩的岩性及结构围岩的岩性和结构，重要是通过围岩的强度来影响隧道围岩的稳定性的。
从岩性角度，可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩两大类。
塑性围岩对隧道围岩的稳定性最为不利。
脆性围岩中，破碎结构的稳定性最差，薄层状结构次之，而厚层状及块状岩体则通常具有很高的稳定性。
围岩的结构状态通常用其破碎程度或完整状态来表示。
隧道工程--(5)
2
0.75～0.55 0.55～0.35 0.35～0.15
<0.15
完整性
完整
较完整
破碎
较破碎
极破碎
● 岩石质量指标（RQD）：是综合反映岩体的强度和岩
体的破碎程度的指标。所谓岩石质量指标是指钻探时 岩心复原率，或称为岩芯采取率，即： RQD（％） ＝ 10cm以上岩芯累计长度 × 100 单位钻孔长度 岩石质量指标分级认为： RQD > 90％ 为优质； 75％ < RQD < 90％ 为良好； 50％ < RQD < 75％ 为好； 25％ < RQD < 50％ 为差； RQD < 25％ 为很差
● 复合指标是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩
性指标所表示的复合性指标。具有代表性的复合指标分级， 是巴顿N.Barton 等人提出的岩体质量－Q指标，即：
Q ＝（ RQD/ Jh）( Jr/Ja)( Jw / SRF)
RQD:岩石质量指标; Jh:节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大; Jr:节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小; Ja:节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大， Jw:节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw 取值愈小， SRF:应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值愈大
地下水 在公路隧道围岩的分级中，遇有地下水时，一般的处 理采用降级的方法 ①整体的硬质岩石中，一般的地下水对其稳定性影响 不大，不考虑降级； ②块状硬质岩和整体软质岩中，地下水将影响其稳定 性，产生局部坍塌，或软化软弱结构面，围岩分级时一般 可酌情降低1级； ③碎石状松散结构的岩体中，裂隙中有泥质充填物， 地下水对稳定性影响很大，可根据地下水的性质、水量、 渗流条件、动水和静水压力等情况，判断其对围岩的危害 程度，可降低1～2级；
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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1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2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RQD、 节理组数J n、节理面粗糙程度J y、节 理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、 应力降低系数SRF 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
的含量是决定其性质的主要因素，对 不同类型的软弱夹层，这些因素是不 大相同的。由于软弱夹层的抗强度较 低，故不利于隧道围岩的稳定。
围岩岩体的变形和破坏的形式特 点，不仅与岩体内的初始应力状态和隧 道形状有关，而且还与围岩的岩性及岩 体结构有关，但主要的是和围岩的岩性 及结构有关(见表1) 。
岩体的天然应力状态
从岩体的结构角度，可将岩体结 构划分为整体块状结构(整体结构和块 状结构) 、层状结构(薄层状结构和厚层 状结构) 、碎裂结构(构镶嵌结构和层状 碎裂结构) 、散体结构(破碎结构和松散 结构) 。松散结构及破碎结构岩体的稳 定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状 块体最好。对于脆性的厚层状和块状岩 体，其强度主要受软弱结构面的分布特 点和较弱夹层的物质成分所控制，结构 面对围岩的影响，不仅取决于结构面 的本身特征，还与结构面的组合关系 及这种组合与临空面的交切关系密切 相关。一般情况下，当结构面的倾角 ≤30°时，就会出现不利于围岩稳定 的分离体，特别是当分离体的尺寸小 于隧道洞跨径时，就有可能向洞内产 生滑移，造成局部失稳;当倾角> 30° 时，将不会出现不利于围岩稳定性的 分离体。而软弱夹层对围岩稳定性的 影响主要取决于它的性状和分布。一 般认为软弱夹层的矿物成分、粗细颗 粒含量、含水量、易溶盐和有机质等
及其胶结情况也都影响围岩的稳定性。 破碎带组成物质如为坚硬岩块，并且挤 压紧密或已胶结，比软弱的断层泥组成 稀疏的糜棱岩或未胶结的压碎岩要稳定 些。因此，可以把构造强烈的程度作为 衡量围岩稳定性状况的一个基本因素， 其影响程度如表2 。
地质构造
褶曲和断裂破坏了岩层的完整性 降低了岩体的力学强度，一般来说，岩
234 TRANSPOWORLD 2012No.13 (Jul)
体经受的构造变动的次数愈多，愈强 烈，岩层的节理裂隙就愈发育，岩体的 稳定性也就愈差。例如围岩岩4石强度 不等的坚硬和软弱岩层相间的岩体在构 造变动中，坚硬和软弱岩层常会在接触 处发生触动，形成厚度不等的层间破碎 带，极大的破坏了岩体的完整性。由于 隧道通过坚硬和软弱相间层状岩体时， 易在接触面处发生变形或塌落，因此， 隧道应尽可能避免设在坚硬和软弱岩层 之间的岩层破碎带、褶皱或断层带;在 无法避免的情况下，隧道应尽量设在坚 硬岩层中，或尽量把坚硬岩层作为顶层 围岩。褶皱的形式、疏密程度、轴向与 隧道轴线的交角不同，围岩的稳定性不 同，这是由于褶皱的核部岩层受到强烈 的张力和压力的作用，故核部的岩层就 比翼部的岩层破碎的多，因此，隧道横 穿褶皱翼部比横穿核部有利。在断层附 近，因地层的相对位移会使破碎带的宽 度很大，若岩层发生倒转，不仅节理裂 隙十分发育，而且往往会出现大的逆 断层。如果隧道通过断层，断层宽度愈 大，走向与隧道轴向交角愈小，在隧道 内出露的愈长，对围岩稳定性影响愈 大。另外，断层破碎带物质的碎块性质
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。这种情况下围岩岩性对围岩的稳 定性的影响是很微弱的，即一般是稳定 的，可以不采取支护，能适应各种断面 形状及尺寸的隧道。如果隧道围岩的整 体性质差、强度低，节理裂隙发育或围 岩破碎(如塑性围岩)即围岩为破碎、较 破碎或极破碎，则围岩的二次应力会产 生较大的塑性变形或破坏区域，同时节 理裂隙间的岩层错动会使滑移变形增 大，势必给围岩的稳定带来重大的影 响，不利于隧道洞室稳定;软硬相间的 岩体，由于其中软岩层强度低，有的因 层间错动成为软弱围岩而对围岩的稳定 性不利。
B桥梁隧道 RIDGE&TUNNEL
分析影响隧道围岩稳定性因素
文/王冠勇
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。
岩体的天然应力是岩体的自重应 力、构造应力、变异及残余应力在某一 个具体地区以特定方式作用的结果。已 经有大量的实践资料证明，大多数地区 的岩体的天然应力状态是以水平方向为 主的即水平应力通常大于垂直应力。一 般情况下，隧道轴向与水平主应力垂 直，以改善隧道周边的应力状态。但水 平应力很大时，则隧道方向最好与之平 行以保证边墙的稳定性。然而，岩体的 天然应力对隧道的影响主要取决于垂直 于隧道轴向水平应力的大小与天然应 力的比值(ζ) ，它们是围岩内应力重分 布状态的主要因素。例如，圆形隧道， 当ζ= 1 时，围岩中不会出现拉应力集 中，压应力分布也比较均匀，围岩稳定 性最好;当ζ≤1/ 3 时围岩出现拉应力， 压应力集中也较大，对围岩稳定不利。 最大天然主应力的数量级及隧道轴向的 关系，对隧道围岩的变形特征有明显的 影响，因为最大主应力方向围岩破坏的 概率及严重程度比其它方向大。因此， 估算这种应力的大小并设法消除或利用 非常重要的。