第六章 地下工程地质问题

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二、结构面
岩体中的不连续界面，通常没有或只有较低的抗 拉强度。
主要指岩体中的各种破裂面、夹层、充填矿脉等。
按 原生结构面：岩石形成过程中产生的
成 构造结构面：地壳运动引起岩石变形破坏形成的破
因
分
裂面
为 次生结构面：地表浅层因风化、卸荷、爆破、剥蚀
等作用形成的不连续界面
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沉积结构面：层理、层面、软弱夹层
原生结构面： 火成结构面：冷缩节理、侵入接触面
变质结构面：片理面
构造结构面： 构造节理、断层
次生结构面 ：风化节理、卸荷节理、爆破节理、
不整合接触面等
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三、结构体
岩体中被结构面切割而产生的单个岩石块体。 影响因素 ：结构面组数、密度、产状、长度
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? 6.1.2 岩体结构的概念
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6. 岩
爆：在高应力地区，洞室开挖后，围岩因弹 性应变能突然释放而发生的岩石Hale Waihona Puke Baidu射或 抛出的现象。
7. 塑性挤出：软弱岩体在洞室开挖后，当围岩应力超 过其屈服强度时，向洞内产生的塑性挤 出的现象。
8. 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。
芒硝型腐蚀 石膏型腐蚀 钙矾型腐蚀
分解类腐蚀
酸型 腐蚀 碳酸型腐蚀
结晶分解复合类腐蚀
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2. 混凝土腐蚀严重程度
无 腐 蚀：外观完整，有坚硬感 弱 腐 蚀：局部砂浆剥落 中等腐蚀：局部骨料外露，内部坚硬 强 腐 蚀：表面膨胀隆起，局部呈豆腐渣状
3. 腐蚀易发生地区 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
? 6.1.1 岩体的概念
一、岩体
广义岩体：岩石块体自然组成的“岩石结构物”。具有 不连续性、非均质性和各向异性的特点。
工程岩体：与工程建筑物应力影响范围内的那部分岩体。
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岩体按工程性质分为
地基岩体 边坡岩体 洞室岩体
岩石的工程性质影响因素：矿物成分、结构和构造 岩体的工程性质影响因素：岩石，结构面的性质
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洞室围岩应力变化规律?随? 洞室形状和侧压力系数变化。
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? 6.2.2 洞室围岩变形和破坏的主要类型
一、岩质围岩变形和破坏的主要类型
1. 错动松弛：在多组结构面发育的硬岩岩体，当洞室 开挖后，如果围岩应力超过围岩的屈服 强度，围岩就会沿已有的多组节理发生 剪切错动而松动，在洞室周边的围岩中 形成一个松动圈。
地 应 力：地壳岩体处在未经人为扰动的天然状态下所 具有的内应力，也称为初始应力或天然应力。 主要：自重应力、构造应力
类 型： 次要：地下水压力、低温应力、结晶应力等
围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 二次应力：工程开挖后，使一定范围内岩体中的应力
受到扰动而重新分布。又叫二次重分布应 力或围岩应力。
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? 6.3.3 地温
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? 地应力分布规律
（1）地壳浅层：水平应力大于垂直应力
（2）地壳深层：水平应力约等于垂直应力
（3）水平应力主要是构造应力，垂直应力主要是自重应力
（4）垂直应力 ? v 与水平应力? H 的关系：
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在岩土工程，地应力有十分重要的意义。
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上一章回顾
? 概念： 崩塌、落石、滑坡、泥石流、岩溶水、地震、
震源、震中、震中距、地震震级、地震烈度 ? 崩塌落石的影响因素 ? 滑坡的形成条件和影响因素 ? 泥石流形成的三个基本条件 ? 岩溶的形成的四个基本条件 ? 地震按成因分类
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第六章 地下工程地质问题
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6.1 岩体及地应力的概念
6.2 洞室围岩变形及破坏的主要类型
围岩稳定性影响因素：
地质因素
岩石及岩体的物理力学性质 岩体结构特征 结构面性状 含水状况 地应力状态
工程因素
工程类型 工程尺寸 施工方法
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? 6.2.1 围岩应力的变化规律
卸荷回弹：地下洞室开挖后，原有地应力平衡状 态被破坏，岩体内各质点沿最短距离 达到新平衡时的位移现象。
2. 剪切滑移：指围岩当结构面上剪应力超过抗剪强度 而产生的沿结构面剪切滑移。
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3. 张裂塌落：拱顶张应力超过岩石抗拉强度，引起岩 石破裂，导至洞顶塌落的现象。
4. 劈裂剥落：切向应力导至洞室周边岩石形成平行 洞壁的密集破裂，并产生剥落的现象。
5.弯折内鼓：径向应力挤压薄层围岩，使之向洞内弯 折内鼓，甚至坍倒的现象。
岩体结构：岩体中结构面和结构体的组合关系。 岩体结构类型：岩体中结构面和结构体的组合形式。
? 岩体破坏情况
硬岩：脆性破坏，主要是沿结构面变形破坏。 软岩：塑性破坏，主要是整体强度不足而破坏。 岩体变形的显著特点：各向异性。
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? 6.1.3 地应力的概念
蓄水洞穴或地下暗河等，可能产生突水。 已开挖洞室：与地面有贯通裂缝，暴雨时可能产生突水。
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? 地下洞室大量突水的条件：
洞室通过溶洞发育的石灰岩地段，尤其是遇到暗河系统时 洞室通过厚层的含水砂砾石层 遇到富水的断层破碎带，且与地表水连通时
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? 6.3.2 腐蚀
1. 腐蚀类型 结晶类腐蚀
应力集中现象一般发生在洞室横剖面最大尺寸的 5~6倍范围内。 塑 性 圈：洞壁岩体向临空方向位移，在洞壁因
挤压形成切向应力集中，在靠近洞壁 的岩体中形成塑性松动圈。
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洞室开挖形成的三个应力区域
应力降低区 应力升高区 天然应力区 影响塑性圈范围的因素： 岩石强度、岩体结构类型、天然应力高低， 支护的反力大小。
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二、松散围岩变形和破坏的主要类型
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。
2. 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。
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6.3 地下洞室特殊地质问题
? 6.3.1 突水突泥
——隧道开挖过程中，突然产生大量的水或泥涌入 隧道的现象。 开 挖 洞 室：遇相互贯通又富含水的节理、断层破碎带，