工程地质学——地下工程地质问题

第六章 地下工程地质问题

第一节 岩体、岩体结构及地应力的概念

一、岩体及岩体结构的概念

⎪⎩⎪⎨⎧。（影响范围内）物有关的那一部分岩体工程岩体：与工程建筑特点。

非均质性和各向异性的”。具有不连续性然组成的“岩石结构物广义岩体：岩石块体自、岩体： 1

2、结构面：岩体中的不连续界面。

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧、卸荷裂隙、爆破裂隙次生结构面：风化裂隙理、断层构造结构面：如构造节

变质结构面：如片理层面、软弱夹层沉积结构面：如层理、柱状结理火成结构面：如玄武岩原生结构面：按成因分为：

3、结构体：岩体中被结构面切割而成的岩石块体。

4、岩体结构及类型

（1）岩体结构：岩体中结构面与结构体的组合关系。

（2）岩体结构类型：岩体中结构面与结构体的组合形式。

⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧散体状结构碎裂状结构层状结构

块状结构整体状结构类）：岩体结构分类（国标分

⎩⎨⎧不足而破坏软岩：主要是整体强度

切破坏硬岩：主要沿结构面剪、岩体破坏情况：5 二、地应力

1、定义：指存在于地壳岩体中的原始应力。又叫天然应力。

⎩⎨⎧水压力、结晶应力等。次要：地温应力、地下应力。主要：自重应力、构造、类型：2

3、地应力分布规律：

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=-==v v H H v H λσσμμσγσσσ1, 4321v 的关系：

水平应力）垂直应力（自重应力。应力，垂直应力主要是）水平应力主要是构造（约等于垂直应力。）地壳深层：水平应力

（大于垂直应力。）地壳浅层：水平应力（

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

1、圆形洞室：

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧较高侧压力系数＝较低侧压力系数、直墙围拱形洞室：λσσλλv H 2

（二）围岩应力引起的变形和破坏类型

1、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。

2、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。

3、碎裂松动：碎裂状岩体开挖后，岩块沿结构面滑移并形成松动圈。

4、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。

5、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

石弹射或抛出现象。

6、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

产生的塑性挤出现象。

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。

二、围岩构造控制的变形与破坏

σθ σθ σr

σr

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。

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。

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。

四、地下洞室特殊地质问题

（一）洞室涌水：

1、涌水条件：

⎪⎩⎪⎨⎧产生涌水。贯通裂缝，暴雨时可能已开挖洞室：与地面有生涌水。

或地下暗河等，可能产破碎带，蓄水洞穴又富含水的节理、断层开挖洞室：遇相互贯通

2、涌水预测方法：

（1）相似比拟法： ①由实测导坑涌水量推算：000Q S S F F Q ⋅⋅= ②由于开挖地段涌水量推算：

00Q L L Q ⋅= （2）水均衡法：T A

F Q ⋅⋅⋅=α1000

（3）地下水动力学法：

①潜水含水层中的完整型隧道： R h H K B Q 2

2-⋅=

②承压水含水层中的完整型隧道： R h M H M K B Q ])2([2--⋅=

（二）腐蚀：

σr

σv

σH σH

σH

σv

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧结晶分解复合类腐蚀碳酸型腐蚀一般酸型腐蚀分解类腐蚀：此外：还有冰劈作用钙矾型腐蚀石膏型腐蚀芒硝型腐蚀结晶类腐蚀：

、腐蚀类型： 1

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧→→→以上达局部呈豆腐碴状，深度强腐蚀局部骨料外露

中等腐蚀局部砂浆剥落弱腐蚀无腐蚀、腐蚀严重程度：cm 202 ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧水层场、堆煤场等地的地下冶炼厂、化工厂、废渣

含硫矿床的地下水层土我国长江以南的酸性红

残体的冲积层我国东南沿海有红树林泥炭、淤泥、沼泽等地

灰岩等中的含膏地层红层及、、、腐蚀易发生地区：T J K R 3 （三）地温：G h H T T )(0-+＝ G ＝1℃／33m

（四）瓦斯：（以甲烷为主的有害气体的总称，主要发生在含煤地层）

⎪⎩⎪⎨⎧％时，易使人窒息。瓦斯浓度为％时）量为；易爆炸。（特别是含％－瓦斯浓度为％；能在高温下燃烧。－瓦斯浓度小于危害条件：57~428%16~146~565

⎩⎨⎧。％，工作人员撤离现场瓦斯浓度大于％，不准装药放炮。瓦斯浓度大于施工要求：21

（五）岩爆：（岩块自然弹射或抛落）

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧m 200岩爆发生的临界深度为阶段，应力调整阶段、岩爆岩爆过程分为启裂阶段

岩爆时，尚伴有声音硬岩石中发生在高应力地区的坚岩爆特点：