第七章地下洞室围岩稳定性的工程地质研究课件
围岩稳定性的工程地质研究复习资料
围岩稳定性的工程地质研究复习资料1、地下洞室：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、地下洞室围岩稳定性问题的特点（1）普遍存在：水电工程、交通工程、国防工程；（2）与地质环境的联系更密切：置于岩土体内，处于复杂的地应力、地下水、地温和有害气体环境；（3）埋深大：几十至几百米，甚至可达上千米；（4）规模大：往往构成复杂的、庞大的地下建筑群；（5）问题多：变形破坏形式多样；（6）合理利用岩体的问题更重要：围岩是主体；（7）运营条件复杂：内水压力、外水压力、山岩压力、长期强度、蠕变、松弛。
3、地下洞室围岩应力重分布机理在地应力作用下，岩体产生压缩变形→洞室开挖在岩体内形成自由面→洞壁围岩失去径向约束而向洞内产生收敛变形（单向回弹变形）→因围岩发生收敛变形，使洞径、周长减小，即围岩在发生径向回弹变形的同时，切向压缩变形加剧→围岩切向压应力增大。
所以，围岩应力重分布的实质是：围岩由三向受力状态→平面受力状态（洞壁）→将径向应力加到切向应力上（但不等），轴向应力变化不大。
4、影响应力重分布的因素（1）洞室断面形态：应力集中的程度、部位、范围因洞形而异；（2）初始地应力（组成、大小、方向，尤其是侧压力系数）；（3）岩性：坚硬程度、变形模量；（4）岩体结构：结构面产状有很大影响：主应力的大小、方向及最不利部位；（5）时间：洞壁应力集中到大于弹性极限（屈服应力）后，产生屈服现象，向围岩深部迁移→形成 3 个应力分布区：塑性松动区→弹性压密区→天然应力区应力降低区→应力升高区→天然应力区。
（6）砌刚度及支护时间。
（7）相邻硐室的存在：使围岩应力集中加剧。
5、当r=6a 时切向应力σθ和径向应力σ近似等于σθ，故可以把6a 作为围岩应力r重分布的最大影响范围。
（a 为隧洞半径，r 为质点到洞轴线的距离）当λ≠1时，不同断面形状的洞体，在两侧及角点处出现切应力集中，在洞顶及洞底出现拉应力。
一般说来，圆形洞的洞体应力条件比较好；椭圆形洞的洞体在长轴平行荷载方向时比较有利；对于边墙岩体的隧洞，直墙拱顶式洞体较梯形洞体的应力条件有利。
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。
地下洞室围岩稳定性分析与评价36页PPT
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
10地下洞室围岩稳定性的工程地质分析2012PPT文档70页
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、分析 2012
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
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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。
地下洞室工程地质注册土木工程师(水利水电)专业复习ppt课件地质
第七章 地下洞室工程地质—选线要求
4、地下水 ——应尽量将洞室置于非含水岩层中或 地下水位以上，或采取地下排水措施，避免或减少 渗透压力对围岩稳定的影响。 5、地应力 ——洞室轴线布置最好与最大主应力方 向平行或以小夹角相交。
3
洞室围岩上覆岩体最小厚度的确定
洞室上覆围岩最小厚度与洞径、岩体完整性及岩 石强度有关。根据工程经验，无压隧洞上覆岩体 最小厚度与洞径(B)的关系如下：
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第七章 地下洞室工程地质—地应力
剩余应力与变异应力
剩余应力：指地壳受风化剥蚀，承载岩体由于卸荷 作用残留在岩体中的自相平衡的应力，致使垂直应 力相应降低，水平应力则保持不变。
变异应力：指由岩体的物理状态、化学性质或赋存 条件方面的变化而引起的应力，通常只有局部意义。 例如岩浆的侵入，沿接触带产生很大压力。
按不同的起源可分为自重应力、构造应力、剩余 应力洞室工程地质—地应力 自重应力
1、由岩体自重产生的应力，其垂直应力σZ与水 平应力σx与σy分别为：
式中： ρ为岩石的密度； g为重力加速度； h为上 覆岩体的厚度； γ为泊松比； λ为侧压力系数。
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第七章 地下洞室工程地质—地应力 自重应力
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第七章 地下洞室工程地质—地应力
洞室围岩的应力特征
2、围岩中的岩体结构特征也对围岩应力起控制作 用。节理面的产状与洞体受力方向的不同，将产生 三种不同的结果：
(1)节理面与洞体受力方向的夹角大于60°或垂 直时，洞壁与节理面垂直相交的部位产生最大切向 应力。
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第七章 地下洞室工程地质—地应力
杆加钢筋网，并浇 筑混凝土衬砌。
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第七章 地下洞室工程地质— 围岩分类
GB50287－99规定的围岩分类方法 1、注意围岩类别与围岩强度应力比S的关系。即 Ⅰ类与Ⅴ类围岩与s无关， Ⅱ类、 Ⅲ类与Ⅳ围岩有 关，需要根据S值进行调整 2、应熟记 S = Rb ×Kv / σm 公式及各个符号的 含义
岩土工程7地下洞室
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（4）以成地下洞室内可能产生渗漏泉涌， 影响地下洞室的正常使用。 二 工程因素： 后期人为形成的外在因素。 1 设计洞室断面形状不当或尺寸过大，产 生应力集中。 2 施工方法不当，如开挖没及时支护。 3 洞顶开挖时超挖形成积水，向洞内渗漏。 4 冷库设计或施工不当，洞周岩土体冻胀。
使结构发生变形和破坏。 5 已成洞室旁边开挖洞室，或在下采煤 （挖洞），使已成洞室破坏。 6 地震 爆破等作用下，因岩土体抗剪强度 降低产生变形和破坏。
7.5地下洞室岩爆及其特征 一 岩爆成因及分级 围岩内岩石性质和围岩应力大小
3
• 54
H (2.0 2.5)h0
二 岩体地下洞室 位置的选择 1 地质构造 、地层特性的影响 2 使用功能的考虑。 3 注意收集有关设计、 施工资料。 4 地下洞室的性能、规模、特点和与地面 建筑物的联系。 5 相临隧道间距的考虑。6 地下水的考虑 7 洞口位置与标高、洞轴走向、洞室断面 与长度等项选择。 8 方案比较与论证。
2003年7月1日9时左右，上海中山南路847号上海市音 像制品批发交易市场5层楼房发生倾斜，主楼裙房倒塌。 据悉，这是正在施工中的地铁4号线（浦东南路至南浦大 桥）区间隧道浦西联络通道发生大量流沙涌入，引起地面 大幅沉降所致。
三 土体洞室位置的选择 1 土体强度和含水情况。 应避免在有淤泥、软土、流沙及富含水的 土层及有可能冲刷、淹没的地带选择洞 址。 2 对邻近建筑物影响的考虑。 尽量离开重要建筑物一定的距离，不可从 高楼下直接通过。 3 施工方法的考虑。 4洞口位置与洞轴线走向的选择。
7地下洞室
第1节 洞室的类型和位置选择 一 洞室的类型 按使用功能分： 军事工程 、地下交通工程、 城市基础设施和共 同沟、 地下采掘空间 、地下工厂或车间、地下 仓储设备、 地下民用设施。
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。
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首先，地下厂房洞室群围岩的稳定性评价是保证地下工程安全的重要前提。
地下厂房洞室群围岩的稳定性评价可以通过对围岩岩性、构造、地质构造等因素的全面分析来进行。
通过对地质地质调查、钻探岩芯描述、摇杆、频谱分析、震源震议等多种方法对围岩进行综合分析，从而获得围岩的力学特性及其时空变化规律，进而对围岩的稳定性进行科学合理的评价。
其次，稳定性分析方法是地下厂房洞室群围岩稳定性研究的核心内容。
地下厂房洞室群围岩的稳定性分析方法主要包括全面预处理和计算力学模型两个环节。
全面预处理包括洞室群围岩的划分、边界条件设置和位移问题的预处理等，其目的是为后续计算力学模型的建立提供一个合理的基础。
计算力学模型是对围岩本构关系、荷载、约束条件等进行建模和数值求解，以获得围岩的应力和位移变化规律。
在建立计算力学模型时，可以采用有限元方法、解析方法、模型试验等多种方法，以获得准确的计算结果。
在地下厂房洞室群围岩稳定性研究中，需要注意以下几个问题。
首先，要对地下厂房所处的地质环境进行全面的调查和分析，包括围岩的类型、构造特征、地下水情况等。
其次，要根据地质环境的特点，选择适当的稳定性评价和分析方法。
例如，在存在地下水的情况下，需要考虑围岩的水文力学特性对稳定性的影响。
此外，还应考虑洞室群围岩的变形与破坏机理，以及围岩与洞室结构之间的相互作用等问题。
综上所述，地下厂房洞室群围岩稳定性研究是一个复杂而重要的课题。
通过全面的地质调查、合理的稳定性评价和分析方法，可以提高地下工程的安全性和可靠性，为地下厂房的设计和施工提供科学依据。
地下洞室围岩稳定性PPT课件
的围岩易于变形或滑动，造成很大的偏压，逆倾
向一侧围岩侧压力小，有利于稳定。因此，在倾
斜岩层中最好将洞室选在均一完整坚硬的岩石中。
此外，岩层的倾角对围岩的稳定性也有影响。
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水平及倾斜岩层中的地下洞室
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陡立岩层中的地下洞室
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2．褶皱的影响
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褶皱剧烈地区，一般断裂也很发育，特别
是褶皱核部岩层完整性最差。在背斜核部，岩
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概述
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概述
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概述
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北京复兴门车站
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二滩电站的大坝：高240米
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二滩电站的引水隧道
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二滩电站的尾水隧道
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水工隧道
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地下电缆隧洞
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概述
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隧洞开挖图
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地下式水电站洞室布置剖面示意图
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鲁布革水电站隧道施工
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块 状 结 构 岩 体 的 块 体 滑 移
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三 类 典 型 的 分 离 体
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3．层状弯折和拱曲
• 岩层的弯曲折断，是层状围岩变形 失稳的主要形式。
• 平缓岩层，当岩层层次很薄或软硬相 间时，顶板容易下沉弯曲折断。
• 在倾斜层状围岩中，当层间结合不 良时，顺倾向一侧拱脚以上部分岩层易 弯曲折断，逆倾向一侧边墙或顶拱易滑 落掉块。
附近没有发震构造，地震基本烈度应小于8度。理 想的建洞山体应具备以下条件：
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
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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地形条件
在地形上要求山体完整，洞室周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。
隧洞进出口地段的边坡应下徒上缓， 无滑坡、崩塌等现象存在。洞口岩石 应直接出露或坡积层薄，岩层最好倾 向山里以保证河—口坡的安全。在地 形徒的高边坡开挖洞口时，应不削坡 或少削坡即进洞，必要时可做人工洞 口先行进洞，以保钲边坡的稳定性。 隧洞进出口不应选在排水困难的低洼 处，也不应选在冲沟、傍河山嘴及谷 口等易受水流冲刷的地段。
坚硬岩体中的块体滑移
层状弯折和拱曲
岩层的弯曲折断，是层状围岩变形失稳的主要形式。 平缓岩层，当岩层层次很薄或软硬相间时，顶板容易下沉弯曲折断。 在倾斜层状围岩中，当层间结合不良时，顺倾向一侧拱脚以上部分 岩层易弯曲折断，逆倾向一侧边墙或顶拱易滑落掉块。 在陡倾或直立岩层中，因洞周的切向应力与边墙岩层近于平行，所 以边墙容易凸邦弯曲。
岩爆的产生需要具备两方面的条件
高储能体的存在及其应力接近于岩体强度是产生岩爆的 内在条件，而某些因素的触发效应则是岩爆产生的外因。
岩爆产生的爆坑 右侧拱顶位置塌方情况
锦
屏
二
级 水
爆坑附近边墙下部破坏情况
电
站
排
水
洞
岩
爆
第二次岩爆塌方左侧拱架破坏情况
块体滑移 块体滑移是块状结构围岩常见的破坏形式。这类破坏常以结 构面交切组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。分 离块体的稳定性取决于块体的形状有无临空条件、结构面的 光滑程度及是否夹泥等。
当天然应力比λ=1时，洞室周边围 岩应力弹性重分布计算公式
r
v
1
r0 2 r2
v
1
r0 2 r2
r 0
2 v
v r0 2r0 3r0 4r0 5r0 6r0 7r0 8r0
圆形洞室周边应力重分布
开挖后围岩中出现塑性圈时的重分布应力
当围岩应力小于岩体的蠕变临界应力时，围岩将于瞬时的弹 性变形后立即稳定下来。
围岩变形破坏的常见形式
坚硬完整岩体的脆性破裂
在坚硬完整的岩体中开挖地下洞室，围岩一般是稳定的。 但是在高地应力地区，经常产生岩爆现象。岩爆是储存有 很大弹性应变能的岩体，在开挖卸荷后，能量突然释放所 形成的，它与岩石性质、地应力积聚水平及洞室断面形状 等因素有关。
岩应力和地下水作用下常产生冒落及塑性变形。常见的塑性变
形和破坏的形式有边墙挤入、底鼓及洞径收缩等。
水 电 站 引 水 隧 洞 的 塑 性 变 形 与 塌 方
第3节、影响地下地下洞室围岩稳定性的地质因素
地下建筑位置的选择，除取决于工程目的要求外，需 要考虑围岩的稳定、山体稳定及地形、岩性、地质构造、 地下水及地应力等因素的影响。
大型古地下工程
第1节、地下洞室开挖前后的应力特征
圆 形 洞 室 围 岩 重 分 布 应 力 计 算 简 图
洞室周边围岩应力弹性重分布计算公式
r v
1
2
1
r0 2 r2
1
2
1
3r0 4 r4
4r0 2 r2
cos2
r
为径向应力 为切向应力
v
1
2
1
r0 2 r2
1
2
1
3r0 4 r4
cos2
r 为剪应力
r
v
1
2
1
3r0 4 r4
2r02 r2
s in
2
r0为隧洞半径 r为质点至洞轴线的距离
理想的建洞山体应具备以下条件：
1)建洞区地质构造简单，岩层厚、节理组数少，间距
大，无影响整个山捧稳定的断裂带；
2)岩体坚硬完整； 3)地形完整，没有滑坡、塌方等早期埋藏和近期破坏
的地形。无岩溶或岩溶很不发育；
4)地下水影响小； 5)无有害气体和异常地热。
对地下洞室选址影响地质因素
地形条件（geographic conditions） 岩性条件（rock and soil engineering characters） 地质构造条件（geologecal structure conditions）
第七章 地下洞室围岩稳定性的工程地质研究
第1节、地下洞室开挖前后的应力特征
第2节、洞室围岩的变形与破坏 第3节、影响地下洞室围岩稳定性的地质因素 第4节、围岩压力 第5节、水工隧洞围岩的承载力 第6节、地下洞室围岩工程地质分类 第7节改善地下洞室围岩稳定性的措施
地下洞室 为各种目的修建在地层之内的通道或空洞。包括矿 山坑道、铁路隧道、水工隧洞、地下发电站厂房、 地下铁道及地下停车场、地下储油库、地下导弹发 射井、以及地下飞机库等。
洞室开挖后围岩的稳定性，取决于二次应力与围岩 强度之间的关系。 如果洞周边应力小于岩体的强度，围岩稳定。 否则，周边岩石将产生破坏或较大的塑性变形。
围岩一旦松动，如不加支护，则 会向深部发展，形成具有一定范 围的应力松弛区，称为塑性松动 圈。
在松动圈形成过程中，原来周边 集中的高应力逐渐向深处转移， 形成新的应力增高区，该区岩体 被挤压紧密，称为承载圈。此圈 之外为初始应力区。
第2节、洞室围岩的变形与破坏
围岩这类变形破坏的发展进程
当围岩应力已经超过岩体的极限强度时，围岩发生破坏。 当围岩应力的量级介于岩体的极限强度和长期强度之间时， 围岩需经瞬时的弹性变形及较长时期蠕动变形的发展方能达到 最终的破坏，通常可根据围岩变形历时曲线变化的特点而加以 预报。
当围岩应力的量级介于岩体的长时间强度及蠕变临界应力之 间时，围岩除发生瞬时的弹性变形外，还要经过一段时间的蠕 动变形才能达到最终的稳定。
层状结构围岩变形破坏特征
1-设计断面 2-破坏区 3-崩塌 4-滑动 5-弯曲、张裂及折断
碎裂岩体的松动解脱
碎裂结构岩体在张力和振动力作用下容易松动、解脱，在 洞顶则产生崩落，在边墙上则表现为滑塌或碎块的坍塌。
碎裂岩体松动解脱及顶拱破裂
碎裂结构围岩塌方示意图
松软岩体
一般强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的土体，在重力、围