块体理论在隧道围岩稳定性分析中应用

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基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究

基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究段会玲;李廷春;吕连勋;陈佃浩【摘要】The integrity of rock and development degree of joint and fracture are the two main factors which influence the stability of surrounding rock, the potential failure block will cause problems such as fall-block, spalling, sliding and even collapse.Taking Xiaosanchakou tunnel as an example, by the means of combination of surrounding rock structure analysis and numerical simulation method based on the theory of block, the potential unstable region was posited, the movable block was found and the key block was determined from the angle of rock mass structure characteristic.And an in-depth analysis was make on instability deformation of surrounding rock, reveals the deformation and stress characteristics of surrounding rock without supporting conditions.The results showed that the development of jointed rock mass, bad combination caused by joint surface cutting each other and poor rock mass structural plane combination are the fundamental reasons of surrounding rock instability;the movement of key blocks is the direct cause of instability of surrounding rock.%岩体的完整性及节理裂隙的发育程度是影响围岩稳定性的主要因素.潜在失稳块体将引起围岩掉块、剥落、滑移甚至坍方等失稳现象.以小三岔口隧道为依托,基于块体理论研究,借助围岩结构分析和数值模拟相结合的方法,从岩体结构特征入手,定位隧道开挖潜在失稳区域,寻找可动块体,确定关键块体,深入分析围岩失稳变形模式,揭示无支护条件下围岩的变形、受力特征并提出针对性施工建议.研究结果显示:岩体节理裂隙发育、节理面相互切割成不利组合和岩块结构面结合性差是围岩失稳的根本原因;关键块体的运动是造成围岩失稳的直接原因.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)033【总页数】8页(P267-273,296)【关键词】围岩;隧道工程;稳定性;块体【作者】段会玲;李廷春;吕连勋;陈佃浩【作者单位】山东科技大学,山东省土木工程防灾减灾重点实验室,青岛266590;山东科技大学,山东省土木工程防灾减灾重点实验室,青岛266590;北京市勘察设计研究院,北京100038;山东科技大学,山东省土木工程防灾减灾重点实验室,青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TU457围岩稳定性是影响隧道建设及其他洞室开挖过程施工安全的关键因素。

几种常用隧道围岩分类方法的综合运用

几种常用隧道围岩分类方法的综合运用隧道围岩是指隧道壁面周围的岩石体。

如何对隧道围岩进行分类是隧道工程设计和施工的重要任务之一、本文将综合介绍几种常用的隧道围岩分类方法及其运用。

一、工程地质分类方法工程地质分类方法是根据围岩的物理力学性质和工程性质对隧道围岩进行分类。

常用的地质分类法有ZT-RMR法、Q系统法和GSI系统法。

1.ZT-RMR法ZT-RMR法是采用岩石力学(Rock Mass Rating，简称RMR)作为分类基础的方法，包括围岩强度、岩层切理、围岩耐候性、地下水情况和围岩支护情况等5个方面，加权得出RMR值，进而划分围岩质量等级。

2.Q系统法Q系统法是根据岩体的er值（评估岩体性质的一种指标）和岩压条件进行分类。

Q值是由地质参数与地应力之间的关系确定的，可作为评价岩体质量的依据。

该方法常用于大断面软弱围岩的分类。

3.GSI系统法GSI系统法主要依据岩体透气性、风化程度、裂隙发育度等进行分类。

与RMR系统相比，GSI系统能够更准确地评估围岩的强度。

二、地质装置分类方法地质装置分类方法侧重于分析围岩的结构特征和变形特征，常用的方法有分级法、变形能力法和结构影响范围法。

1.分级法分级法是将围岩根据断裂、节理和裂缝等结构特征分为不同等级，进而评估围岩的稳定性。

等级越高，围岩越稳定。

2.变形能力法变形能力法是根据围岩的变形能力和岩体强度划分等级，以评估围岩的稳定性。

变形能力较大的岩体等级较高。

3.结构影响范围法结构影响范围法是划分围岩质量等级的一种方法，通过分析断层、节理等对隧道围岩稳定性的影响，判断结构影响的范围和等级。

三、地质力学分类方法地质力学分类方法是将围岩划分为若干力学单位块，并对每个力学单位块进行力学性质和破坏特征的分析。

常用的方法有块体理论法、松软加载法和相容加载法。

1.块体理论法块体理论法是将围岩划分为多个力学单位块，并对每个块体进行分析，如稳定性判断、破坏特征等，以评估围岩质量。

块体理论在LPG地下储库围岩稳定性分析中的应用

Ｂｏｋ１ｗｓａｓ￣ｓｂｅｂｏｋａｄｌｃｔｄａｈｏｔｍｆｈａｌｒ．Ｂｏｋ４ａｄｂｏｋ５ｌｃｔｄａｅｌｆａｄｌｃａｅｔｌｌｃｎｏａｅｔｅｂｔａｔｏｏｅｇｌｙｔｅｌｃｎｌｃｏａｅｔｅｎｈｔｔ
Ａｐｌｃｔｏｆｂｏｋｔｅｒｎｓａｉｉｎｌｓｓｏｈｕｒｏｎｉｇｒｃｓｐｉａｉｎｏｌｃｈｏｙｉｔｂｌｔａａｙｉｎｔｅｓｒｕｄｎｏｋｙ
ｏｆＬＰＧｄｒｒｕｄｓｏａｅｕｎｅｇｏｎｔｒｇ
右边墙，安全系数为１９５和３３５．４．８，基本满足自稳要求；块体８位于廊道顶部，体积和重量均较大，安全系数取为０，需采用特别支护和分析结果提出支护方案。从支护前后结果对比可以看出，块体安
全系数提高幅度较大，块体８在锚杆支护和锚喷支护情况下安全系数分别为１２８和６４６．７．０，喷射混凝土对于提高块体安全系数作用明显，支护方案满足工程安全性要求。
ＬＵＸａｇｆＱｉ，ＡｅｇｈａＩｉ．ｉ，１ＧＯＦｎ．ｕｉｎｅＷｅ
ＪｏｌｅｏｏｓｕｔｎＥｇｎｅｉＪｌｎｖｒｔ，ｈｎｃｕ３０６ｈｎ；．ＣｌｇｅｆＣｎｔｃｉｎｉｅｒｇ，ｉｎＵｉｓｙＣａｇｈｎ１０２，Ｃｉａｒｏｎｉｅｉ２ｎｎｅｎＧｏｃｎｃ１Ｅｓ—ＣｉｕｖｙＤｓｎ＆ＲｓｒｔｕｅｏＣｉｅｏｕａｕｌａ．Ｅｇｅｒｇｏｅｔｈｉ．ａｔｈｎＳｒｅｇｉｉｆｅａａｅｉｅｅｃＩｉｔｆｈｎＰｔｌｍＮｔｒｓａｈｎｔｓａｒｅａＧ

隧道围岩块体稳定性分析及支护对策

在块体理论的基础上开发的三维块体分析软件，该程序具有操作简便、功能齐全、互动性好等特点，目前已被众多学者接受和使用。。Ｕｎｗｅｄｇｅ程序研究的块
体由３组结构面和隧道轮廓面（临空面）切割而成。
岩体作为一种非均质介质，其间夹杂着断层、节理、破碎带、软弱夹层等结构面，这些结构面将岩体切割成形状各异、大小不均的块体。隧道开挖打破了块
体在自然状态下的稳定平衡，进而引起隧道围岩的
１块体理论及Ｕｎｗｅｄｇｅ程序
１．１块体理论块体理论目前已广泛应用于隧道、地下空间、边坡
等岩土工程中。块体理论认为，岩体由被结构面切割
该程序假定结构面为平面且可贯穿整个研究岩体；只
众多学者研究并发展了块体理论，并将其应用于工程
实践一。本文对块体理论和Ｕｎｗｅｄｇｅ程序的原理作简要介绍，并将其应用于莲花山２号隧道围岩稳定性分析
关键块体产生移动后，可能导致其余块体的松动，
６３
１）重力Ｗ
滑动方向为
摘要隧道围岩中的节理和断层将岩体切割成块体，人工开挖打破了块体的自然平衡状态。这些不

基于Unwedge裂隙岩体围岩块体稳定性及巷道轴向分析

基于Unwedge裂隙岩体围岩块体稳定性及巷道轴向分析武旭;郭奇峰【摘要】地下工程中,由裂隙切割形成的块体是影响岩体稳定性的主要因素.根据关键块体理论,结合围岩裂隙三维扫描及地应力测量结果,基于Unwedge程序对巷道块体稳定性及巷道轴线方向进行分析.计算结果表明,三山岛金矿某巷道走向北东55°,倾角0°,3组优势结构面与巷道临空面形成的块体最小安全系数为1.015,巷道块体掉落风险较大.施工过程中应避免该水平巷道轴向方位在北东57°~70°区间内.对于已经揭露的巷道围岩需进行有效支护,支护后的块体安全系数达到1.5以上,可以确保巷道稳定及工作环境安全.%In the underground engineering,the block formed by fractures is the main influence factor of the stability of rock mass. According to the key block theory and based on the Unwedge program,the block stability and the roadway axis di-rection are analyzed in combination with 3d scanning fracture data of surrounding rock and in-situ stress. The analysis results show that when the roadway trend is NE55o and the plunge is 0o,the minimum safety coefficient of the block formed by three groups of advantage structural planes and free surface of the roadway is 1. 105,the fall risk of roadway block is high. Therefore, during the processing of roadway construction,the roadway axial direction should be avoided in NE 57~70°. In view of the re-vealed surrounding rock,the block should be supported effectively and the block safety coefficient can be reached above 1. 5, the roadway stability and safety working environment should be ensured effectively.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】6页(P63-68)【关键词】裂隙岩体;Unwedge程序;块体安全系数;巷道轴向;数值模拟【作者】武旭;郭奇峰【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD313巷道是地下施工中的主要工程，其稳定性对整个地下工程的安全、高效运行起决定性作用。

基于块体理论赤平投影法的1#泄洪洞围岩稳定性分析

内试验资料，强风化岩块饱和抗压强度在３０￣３５ＭＰａ，弱风化岩块饱和抗压强度６０～７０ＭＰａ，为较硬岩一坚硬岩。隧洞围岩的稳定性受各种结构面所控制，适宜
２围岩的结构特征
中图分类号：ＴＵ４５７文献标识码：Ａ文章编号：１００４ — ５７１６（２０１５）０６ — ０１８６ — ０５
工程岩体失稳与结构面的发育程度、组合特征有着紧密的内在联系，而且结构面的性质与组合形式不同，岩体变形破坏方式也不一样ｎ］。岩体变形和破坏是由岩体结构控制的［２］。在考虑岩体结构特征的非连续岩体力学方法中，块体理论将拓扑学引入岩体稳定分析，在岩石工程领域得到较为广泛的应用。块体理论主要分析手段主要是矢量分析和赤平投影法，但矢量法复杂，且不能分析凹块体，赤平投影法简单直观，但需要一一作图，结构面组数较多时应用并不方便隅］。张子新等结合赤平投影法和矢量法，提出赤平投影解析法伽，它弥补了矢量分析法不能分析凹块体的不足，又易于编制计算程序，易于掌握并推广。本文在已有的大量的涔天河水库扩建工程１泄隧洞地质资料基础上，研究其不连续面的分布特征，运用
定性。对各种块体的有限性和可动Ｉ｝生进行了判别，并对可动块体体积进行计算，得出可动块体的空间
分布以及与断层相关可动块体分布的直观统计结果，划出１泄洪洞围岩的关键区域，并提出支护对策。

基于块体理论的隧道优化设计方法探讨

陈江徐志学。
（１．贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳５５０００１；２．贵州路桥集团有限公司贵阳５５０００１）
摘要
处于块体围岩环境中的隧道开挖过程中产生的临空面，将可能导致 “ 关键块体 ” 失稳后产
此该运动形式可不考虑。
ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ））￣书出版，标志着块体理论的形成。该理论应用于被各种结构面切割而成的空间镶嵌块体中，重点研究该岩体结构模型的破坏机制和工
程处理措施。
定义坐标系ＯＸＹＺ，规定ｘ轴指向正北、ｙ
一
＋９０。，则ａ为图中Ｐ面与水平面的两面
本身的强度破坏； ③结构体为刚体，不计块体的自
身变形和结构面的压缩变形； ④ 岩体的失稳是岩
角，则如图１所示，因此，任意产状的Ｐ面都可
轴指向正东、Ｚ轴铅直向上，记沿Ｘ，ｙ，Ｚ轴正向
单位向量Ｈ，＇，，Ｗ，见图１。
王建宇运用块体理论中关于滑塌块体构成
条件的结论，提出了一种确定滑塌体出露情况的解析方法，可预测滑塌体的出露部位、范围及稳定系数等。隧道支护结构设计常基于围岩分级采用工程类比法，缺乏对围岩中结构面产状的考虑，根据块体理论，确定块体围岩中（如ＩＩＩ级围岩） “ 关键块体” 分布范围，对该范围围岩进行加固，可避免因

隧道掌子面稳定性分析的一种简化方法

隧道掌子面稳定性分析的一种简化方法顾博渊;白浪峰;徐平;刘燕鹏【摘要】为提出一种快速、准确评估软弱围岩隧道浅埋段掌子面稳定性的计算方法,在基于楔形块体理论对掌子面稳定性进行分析的基础上,得到一种分析隧道掌子面稳定性的简化方法;采用该方法对黑山南北高速KOSMAN隧道项目的掌子面稳定性进行计算分析.现场实际情况和计算结果表明,该方法具有快速、简便、实用等优点,能够及时、有效地为现场施工提供技术指导,可为今后类似项目提供参考.【期刊名称】《筑路机械与施工机械化》【年(卷),期】2019(036)003【总页数】6页(P129-134)【关键词】隧道工程;掌子面;稳定分析;楔形块体理论【作者】顾博渊;白浪峰;徐平;刘燕鹏【作者单位】中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安710075;中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安710075;中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安710075;中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安710075【正文语种】中文【中图分类】U455.420 引言近年来，在中国经济快速增长的背景下，国家对交通行业大力投入，使中国公路交通行业得到了迅猛发展。

截至2016年底，中国隧道共计23 707.9 km、19 516处，较2015年增幅分别达到10.99%、9.10%，无论是长度还是数量都已位居世界第一。

随着隧道总长和数量的全面增长，隧道修建过程中遇到穿越软弱破碎围岩[1-2]和古滑坡体[3-4]等不良地质现象的隧道工程实例不断增加。

在这些地区修建隧道时，如何控制掌子面稳定并采取及时、有效的预加固措施一直是隧道工程设计和施工领域的一大难点。

目前，隧道掌子面稳定分析已经引起广大隧道工作者的关注，并在理论分析、数值计算两方面得到很多有益的成果[5-11]。

在理论分析方面，Müller-Kirchenbauer提出掌子面微稳定模型，主要适用于由颗粒状物质构成的掌子面稳定分析，此种围岩具有非常低的黏聚力。

浅谈隧道围岩支护结构的稳定性

ＳｃｅｎｃｉｅａＴｅｃｈＯｇｙｎｎｄｎＯＩＩｎｏｖａｉＨｅｒｄｔｏｎａｌ
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工业技术
பைடு நூலகம்
浅谈隧道围岩支护结构的稳定性
王吉聪（中铁十九局集团第三工程有限公司一分公司辽宁大连１６２）１０４摘要：隧道固岩支护系统是隧道工程施工中的一个重点。本文主要介绍了隧道围岩支护结构稳定性的相关问题，对相关概念和研究状况进行了较为详细的阐述。关键词：隧道围岩支护结构稳定性中图分类号：４Ｕ５文献标识码：Ａ文章编号：６２３９（Ｏ８ｌ（）０５ — １１７－７１２Ｏ）２ａ一０５０
了以有限元法为代表的数值分析时期。我国隧道结构的计算模型也经历了由粗略到精细的过程。（）的图解法，考虑地层的弹性约束１早期未２世纪５年代以前，国铁路隧道衬砌０Ｏ我现行高速公路隧道结构稳定性的评价，一１问题提出般分为定性评价和定量评价。定性评价是一设计很少进行内力计算，别情况需要计算个大目前，国隧道工程设计与施工中主要采种粗略的围岩稳定性评价方法，我主要用于中小时，多数用图解法。（）０２２世纪５年代学习前苏联，Ｏ考虑地层用现场监控量测的方法，然后用反分析方法来规模的浅埋隧道，与定量评价方法结合使常荷载一结构 ” 模型得到普遍推行反算岩体的某些参数及原岩应力，再利用正分用，工程实践中最常用方法是工程地质判别弹性抗力的 “ 析对围岩和支护的安全度作出超前预测，并预法。定量评价是在岩体物理力学性质指标的这个阶段的特点是把地层看作是弹性介测隧道结构最终是否稳定。隧道与地下工程基础上，用解析分析法、图解分析法、数质，采对衬砌变形起到弹性约束作用，即对衬砌涉及到地理与地质环境因素、工程因素、施值分析法和不确定方法来评价围岩稳定性，是产生弹性抗力。弹性抗力有局部变形与共同工过程控制水平等因素。岩石这种特殊的材工程实践中准确评价围岩稳定性的极为常用变形两种理论。后者在理论上更为合理，计但料组成和结构的复杂性导致了开挖技术的理的方法。．算复杂和所需力学参数难以确定，并未在我国论研究至今只能停留在简单的结构分析和孤目前，工程实践中通常采用的隧道围岩定得到推广使用。立的固体力学和数值分析的领域。理论研究量评价方法有解析分析法、图解分析法、值（）３收敛约束模型数和工程实践表明，要想解决岩石力学在隧道工分析法、不确定方法。随着新奥法的问世和与新奥法有关的研程设计与施工中的普及问题，单纯应用力学、３１解析分析法．究工作的不断深入，近二十年来在地下结构设数学的理论分析是行不通的，必须从隧道工程解析分析法通过对地质原型的高度抽象计理论中又出现了一种根据洞周位移量测值实际出发，系统概念为指导，靠原型观测获得简单的计算模型，助数学力学工其计算反馈设计衬砌结构的模型一收敛约束模型。以依它借资料的验证与反馈，走理论分析与经验分析相围岩中的应力分布状态，而进行隧道围岩稳在隧道与地下工程界也占有一席之地。从结合的道路。定性评价。（）围岩看作支护体系一部分的 “ ４把地３２图解分析法．层一结构”计算模型（又称 “ 连续介质”模型）图解分析法就是通过作图来分析各结构是隧道结构计算分析理论的又一大发展２隧道围岩及支护结构稳定性面之间、结构面和开挖临空面之间的空间组和新奥法一起传入的 “ 道力学 ” 是隧，２１隧道围岩及支护结构稳定性的概念．隧道应指围岩与支护结构的综合体。将合关系，确定出在不同工程部位可能形成块体岩土力学、弹塑性理论等在隧道分析中的应把人工支护结构与其周围一定范围内的地层（的边界，而分析其稳定性，围进常用的有赤平极用。从充分发挥围岩本身的支承作用出发，参与和共同承受岩）作 “ 护系统 ” 看支。射投影法、实体比例投影法、地质几何法（关围岩看作支护体系的一部分，围岩原始应力和开挖过程应力释放的作用。等关于 “ 定性 ”一词，指 “ 构或构键块体法）。稳是结３３数值分析法．这种 “ 层一结构”模型理论上应该是更为合地件保持稳定状态的能力。由于隧道组成复需要研究围岩和杂，经历毛洞、初期支护、二次衬砌等工又在围岩稳定性分析中，解析法只能适用于理的模型。考虑围岩的作用，目前有理想弹性、弹塑作阶段，它没有压杆屈曲和边坡滑动那样明确那些边界条件较为简单及介质特性不甚复杂支护材料的本构关系，粘弹塑性等多种假定。用解析法分析的公单一的含义，包括的内容较广泛。对围岩的的情况。多数的工程课题在特定条件下只能性、目前只在圆形隧道的弹性解和弹用数值法求解。数值分析法是通过对地质原式比较复杂，稳定状态考虑了涌水、道变形、隧坍塌以及种其塑性解。数值法以有限元为主，他如边界种障碍等内容。对此，也可理解为短暂的毛洞型的抽象并借助有限元等分析方法计算不同阶段的要求，时只有靠围岩本身起到支护的土况荷载下岩体的应力状态和围岩稳定性问元、离散元也有众多成果。这作用。加之人工支护后， “ 对支护系统” 的稳定状态要求其实也一样，然是不涌水；仍不导致产生影响使用的变形；不因支护构件的破坏而引起坍塌或倾覆；不发生种种障碍等。２２隧道围岩及支护结构稳定性分析的必要性．初期支护结构具有一点的承载能力，要保持一定的刚度，为施工提供安全和正常工作的空间。因此初期支护的稳定性状态是施工人

块体理论在地下水封石洞油库围岩稳定性的分析与应用

块体理论在地下水封石洞油库围岩稳定性的分析与应用
朱华汪飞２刘阳，，，张洪牛庆明，
（．１北京东方新星石化工程股份有限公司，北京１０７；．０００２河北大地建设科技有限公司，河北石家庄００３）５０５
ｔｅｋｙｂｏｋｉａｃｌｔｄｉｈｏｒｍ．Ｏｎｔｅｗｈｌｈｅｌｃｓｃｕａｅｎｔｅｐｒｇａｌｈｏｅ，ｔｅｃｃｌｔｄｒｓｌｓａｅｂｓｃｌｏｆｒｄｗｔｃｕｏ．ｈａｕａｅｅｕｔｒａｉａｙｃｎｏｍｅｈａｔａｃｎｌｌｉｌ
Ａｂｓｒｃ：Ｆｒｔｅｕｄｒｒｕｄｏｌｓｏａｅｉｏｋｃｖｒｎｇｏｕｒｕｄｎｏｋｃｎｉｏｓｔｏａｌｃｎｔｂｌｔｔａｔｏｈｎｅｇｏｎｉｔｒｇｎｒｃａｅｎｉｏｄｓｒｏｎｉｇｒｃｏｄｔｎ，ｉｓｌｃｌｂｏｋｉｓａｉｉｉｙｉｔｅｍａｎｄｓｒｃｉｎｔｐｓｈｉｅｔｔｏｙｅ．Ｉｒｅｏａａｙｉｈｏｓｂｌｙｏｏａｌｃｎｔｉｔｈｅｓｅｅｉｖｓｉａｉｎｉａ — ｕｎｏｄｒｔｎｓｓｔｅｐｓｉｉｉｆｌｃｌｂｏｋｉｓａｌｙ．ｔｃｎｎｅｔｔｓｃｒｌｔｂｉｇｏｌｄｏｔｔｄｏｔｔｏｓｂｅｂｏｋ，ｃｎｉｍｅｓｉｉｇｍｏｅ．ｆｅａｃｌｔｈｏｋｓａｉｉｏｆｉｉｎｔｅｉ．ｆｅｕｏｆｎｕｅｐｓｉｌｌｃｉｈｏｆｒｔｌｎｄｈｄｈｎｃｕａｅｔｅｂｌｃｔｌｙｃｅｃｅｔｗｉｔｎｌｂｔｈｈ

考虑地下水作用的隧道围岩块体稳定性分析方法及可视化程序开发

考虑地下水作用的隧道围岩块体稳定性分析方法及可视化程序开发随着交通、水利、市政等工程建设的高速发展,隧道、基坑、边坡及地下洞室等岩体工程的建造也随之呈现出了明显的增长趋势,而由于对工程岩体了解的不够和分析方法的不足,岩石工程建设中也面临着边坡滑坡、隧道塌方、地下空间大变形等工程灾害,因而国内外学者对于岩石工程的研究也愈发受到重视。

通过岩体稳定性分析,研究工程岩体在外力作用下发生变形的特征与产生破坏的规律,并以此评估岩体稳定性,为岩石工程设计和施工提供指导,为制定针对性的支护和加固方案提供依据。

在节理裂隙发育的工程岩体中,薄弱结构面是导致围岩失稳的内在因素,工程开挖扰动打破块体的原始平衡状态,临空面的产生和外力荷载的施加都可能导致块体的滑移,进而引起围岩失稳。

石根华提出的块体理论以结构面的几何参数和力学特性作为岩体稳定性分析中的控制因素,强调了结构面的重要性。

自提出以来,块体理论以其数学完备性和应用简便性,广泛应用于岩石工程的稳定性分析中。

本文基于块体理论做了以下研究:(1)研究了块体理论基本原理,利用矢量分析方法实现可动块体和关键块体的计算,并将其应用于隧道围岩的稳定性分析中,研究讨论了地下水压力、块体尺寸和结构面产状分布等因素对块体稳定性的影响,研究了基于块体理论的锚喷支护计算。

(2)研究了一种扩展的关键块体理论——关键块体群方法,其研究对象不仅是单个块体,还包括由若干块体组成的块组,让块体稳定性分析更具完备性。

各关键块体组安全系数的加权平均值可以表征岩体系统的整体稳定性。

关键块体群方法应用于隧道围岩块体稳定分析中,可以考虑锚杆支护的作用,评估支护后的围岩稳定性,并做出优化。

(3)研究讨论了动荷载对围岩稳定性的影响,通过等效静力法将动荷载转化为静力引入到块体理论的计算中,通过块体累积位移法将作用时程内动荷载的影响用累积位移的方式表征。

(4)岩体中结构面的产状在一定范围内变化,但是一般认为其分布服从一定的规律,基于结构可靠度的思想,通过蒙特卡罗方法,分析了结构面参数的不确定性对块体稳定性的影响;研究了结构面产状服从正态分布和极值I型分布时块体的破坏模式和块体可靠度;用块体的可靠度结合安全系数作为评价块体稳定性的两大指标。

隧道支护结构体系及其协同作用

隧道支护结构体系及其协同作用摘要隧道支护体系由衬砌支护结构、锚杆支护结构和钢架支护结构组成。

有效控制隧道围岩变形，充分利用不同支护方法的特点，制定经济有效的支护方案，对确保隧道结构的安全运行具有重要意义。

根据隧道围岩结构的基本特征和支护功能，本文阐明了支护结构系统与围岩、不同支护结构和支护结构组成之间的协同关系，提出了隧道支护结构系统的协同优化设计方法。

关键词：隧道工程；支护结构体系；协同作用；支护结构设计1引言基于对围岩结构和荷载作用的认识，国内外许多学者阐述了支护结构的基本作用，形成了各种隧道设计理论和方法[[1]]。

隧道设计理论与工程实践脱节，超前支护、锚杆支护和初期支护的方案和参数主要由工程经验决定。

因此，研究围岩与支护结构的协同作用是十分必要和迫切的。

2支护结构的作用机理分析2.1隧道支护结构体系使围岩尽快形成新的稳定状态而不发生失稳和破坏，是隧道工程设计的基本问题，应采用超前支护、一次支护、二次衬砌等支护结构。

2.2衬砌支护根据关键块体理论，在自然条件下，根据空间结构面将围岩划分为不同的块体。

隧道开挖卸载后，部分块体首先失去自然平衡，导致围岩失稳甚至局部坍塌。

在此过程中，打破平衡的第一个区块是关键区块，而其他区块分为稳定区块、静态区块和潜在关键区块。

通过对隧道围岩稳定性的分析，确定关键块体的加固位置，控制隧道整个松弛区的位移[[2]]。

2.3锚杆支护经典的锚杆理论经历了三个发展阶段。

1）悬吊理论。

该理论认为，锚杆使隧道壁顶部松动的岩体挤压上部密实的围岩，阻止顶部松动的围岩脱落，从而防止隧道顶部出现离层现象。

2）组合梁理论。

与悬吊理论有相似之处，也认为隧道顶板的围岩是分层岩层，不同点在于，组合梁视隧道侧壁与顶部的交接点为支点，利用岩梁的支承作用承担其上部的岩层载荷。

组合梁内各岩层通过锚杆的联系保持协调变形，提高了抗弯能力，并且挠度也减小[[3]]。

3）加固拱理论。

这个理论认为锚杆对岩体有径向挤压的作用，待顶部岩层内应力稳定后，锚杆两侧会分别形成一个扇形的受压锚固区域，如果相邻锚杆的间距排布合理，单个锚杆的锚固区能相互叠加，松动区内形成厚度均匀的压缩带，改善岩层应力状态，有效控制位移。

块体理论在隧道围岩稳定性分析中的应用

块体理论在隧道围岩稳定性分析中的应用摘要：本文以山西阳泉檀树岩隧道为工程实体,应用块体理论原理,建立了隧道和结构面的实体模型,详细介绍了块体理论的建模过程、块体边界条件的确定、块体的几何模型以及几何参数的确定，进而对块体的稳定性进行了评价,得出了较有益的结果，对檀树岩隧道超前地质预报提供了较好的依据。

关键词：块体理论围岩稳定性分析1、引言在坚硬和半坚硬地层中，岩体被结构面切割成各种类型的空间镶嵌块体。

在自然状态下，这些空间块体处于静力平衡状态。

当进行隧道开挖时，使暴露在临空面上某些块体失去原始的静力平衡状态，因而造成某些块体首先沿着结构面滑移、失稳，进而产生连锁反应，造成整个隧道围岩的破坏。

本文利用块体理论这一原理分析评价隧道围岩的破坏机制，从而进行隧道围岩的稳定性评价。

2、工程概况檀树岩隧道位于阳泉市盂县南娄镇白家沟村～檀树岩村～狮子坪村西。

设计为分离式隧道，单洞宽度约13m，双线隧道间距约为12 m，左线里程桩号为ZK8+982～ZK12+824，长3842m，右线里程桩号为K8+982～K12+787，长3805m；属特长隧道，隧道总体走向为北东-西南向。

本次进行评价的区段为进口左线（桩号：ZK9+168～ZK9+198），根据隧址区域的勘察报告，结合野外工程地质调查，该段不存在大的断裂构造和不良地质体，隧道围岩主要由二叠系上石盒子组(P2s1)和下石盒子组(P1x2)地层构成，岩性主要为黄绿～紫红色泥质砂岩和灰白色粗粒砂岩构成，该段岩层产状为120°～145°∠5°～8°。

地表部分区域为残坡积物覆盖，厚度一般为1～2m，植被较发育，与基岩接触面夹0～1.0m厚的风化夹层，以下中～微风化，通过掌子面的编录，节理以平面共轭X节理组30°～35°∠72°～80°和160～165°∠59°～81°为主，其规模为5～10m，间距为0.3～0.57m。

基于块体理论岩体稳定性分析及三维数值模拟研究

２Ｊａｇｉａｏｏｉａｕｅｕ．ｉｎｘＣｏｌＧｅｌｇｃｌＢｒａ，Ｎａｃａｇ３００，Ｃｈｎ）ｎｈｎ３０１ｉａ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈｌｃｈｏｙｏｉｃｕｔｄｆｒｔｎｍｅｈｄｉｉｔｏｕｅ．Ｂｓｄｏｈｒｊｃａｋｅｂｏｋｔｅｒｆｄｓｏｎｅｏｍａｉｔｏｓｎｒｄｃｄｏａｅｎｔｅｐｏｔｂｃｅ
ｂｌｋａｅａａｙｅｏｃｒｎｌｚｄ．Ｆｏｒｔｏｋｓｒｏｕｈｅｒｃｕｒｎｄｉｇｉｉｓａｂｌｔｎｓｎｔｉｉｙ，ＳｈｅｇｒｔｎｎｄｂｔｎｅｈｏｓｓｄｔＯｔｏｕｉｇａｏｌｉｇｍｔｄｓｉｕｅｏｓｐｏｔｎｇｔｅｃｌａｓｎｇ．Ｔｈｕｐｒｉｈｏｌｐｉｅ３ＤＥＣｅｈｓｕｅｔｒｆｈｅｅｆｃｆｓｐｏｔｎｇｍｅｔｏｄｍｔｏｄｉｓＯｖｅｉｙｔｆｅｔｏｕｐｒｉｈ．Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：ｂｌｋｈｏｒｏｃｔｅｙ；ＢＳ；ＵＮＷＥＤＧＥ；ｋｅｆａｔｌＴｙｒｃａｂｌｃｏｋ；ｒｉｏｒｅｅａｓｅｎｆｃｍｎｔｎｄｕｐｐｔｎｇ；ｏｒｉ３ＥＣｉｌａｔｏＤＳｍｌｉｎ１
ＡｎａｙｉｎｒｅＤｉｅｓｏａｉｕａｉｎｏｔｂｉｉｙｏｈｌｓｓａｄＴｈｅ — ｍｎｉｎｌｓｍｌｔｏｎｓａｌｔｆｔｅｒｃａｓｉｉｄｏｔａｅａｅｎｂｏｋｔｅｒｏｋｍｓｎｍｎｅ — ｕｒａｂｓｄｏｌｃｈｏｙ

隧洞围岩中岩块稳定动力学分析

计算量小，结论合理．
关键词：岩块；稳定；结构面；充填物；破裂状态；时间步中圈分类号：１５＇２７Ｉ４文献标识码：Ａ文章编号：００１８（（２０—０１０１（ —９０２））２０８ —４３ｇ
岩体被各式各样宏观的结构面，层面、整合面、如不片理、层、断节理等，分割成大小不等、态各异、形各有．规律一定排列的岩块．本文讨论的岩块由３个结构面和隧洞开挖面切割而成，结构面有充填物存在．挖面可以是平面，可以是开也
啦稿日期：ｏ－￣２２ｉ（２ｏ
作者筒介：田景元（１一）男．２，四川安岳人，士研究生，博主要从事岩土悼动力学研究
维普资讯
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沿双面滑动满足
Ｉ＜０
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Ｉ１ｔ９＋２ｔ９一Ｉ－Ｉ一２２ＩｎｌＩＩｎ２ｌ一ａａｌ１Ｉ＜０（）２式中：’ ’——岩块所受惯性力；ｌ —— 结构面向上的单位法向量； ——结构面内摩擦角；ＩＩ ——对向量取模．
１基本思路和假设条件
岩块所受力包括自重、构面向岩块提供的措各结构面法向和切向的力．结岩块所受合力不为零时，在将合力的作用下产生运动．刚运动时速度很小，即岩块在岩体内松动．岩块失稳，亦若岩块将以较大速度脱离部

岩体稳定性分析的块体理论方法研究_李建勇

摘要：稳定性分析是岩体工程研究的核心问题，块体理论是常用的岩体工程稳定性分析方法之一。经典块体理论具有严格的数学证明基础，但它也是在对现实世界高度抽象和假定的前提下，与实际要求存在一定的距离。通过对经典块体理论的基本原理及其建立以来一些学者对它的研究和典型发展进行了总结和概括，提出了从有限性、可动性、主动稳定性和被动稳定性 4 个角度对块体进行整体分析，认为岩体结构面是控制块体稳定性的关键，结构面的模拟和块体系统模型的构建是块体稳定性分析的核心，发现块体稳定既受内在因素如结构面特征的控制，又受外界条件如各种荷载的影响，并且随时间而动态变化。最后指出了下一步可能的发展方向，对块体理论的发展具有积极的指导作用。关键词：稳定性分析；块体理论；非连续变形分析；数值流形方法 DOI：10.3778/j.issn.1002-8331.2010.21.002 文章编号：1002-8331（2010）21-0004-05 文献标识码：Ａ中图分类号：TP391.9
2 经典块体理论概述
块体理论最早是由石根华在 20 世纪 70 年代提出的。1977 年，石根华在《中国科学》上发表“岩体稳定分析的赤平投影方法”一文，标 [18] 志着块体理论初步形成，并在随后对块体理论做了严格的数学证明[19]。1985 年，石根华与 R.E.Goodman 共同编著的 Block Theory and Its Application to Rock Engineering[1]一书出版，标志着块体理论体系的正式形成。目前，块体理论已成为地下洞室、边坡和坝基等工程岩体稳定分析的一种有效方法，在世界各国和地区得到了广泛的研究和应用。
经典块体理论首先假定结构面为平面且贯穿整个研究区域，引出半空间的概念，视块体为几组结构面和临空面半空间的交集，建立块体分类体系，如图 1；其次对不同产状的结构面进行平移，建立块体的数学抽象模型——锥体，并进一步区分出块体锥、节理锥、开挖锥和空间锥的概念，进而提出块体“有限性定理 ”（Finiteness Theorem）和块体“ 可动性定理 ”（Removability Theorem），设 JP 为裂隙锥、EP 为开挖锥、SP 为空间锥、BP 为块体锥，则可给出两个定理的简洁表述：

块体理论在隧道围岩稳定分析中的应用

处于稳定状态Ｊ。通过计算净滑动力Ｆ的值，从而确定关键块体。
ｌ
Ｉ
２块体理论分析隧道围岩稳定性
某分离式公路隧道南北走向，净宽１Ｏ．７５ｍ，净高５１２１。根据地质测量与概率统计，该隧道主要有三组优势结构面，其参数取
是影响岩体整体稳定性的关键因素，往往在施工及运营过程中造
＋５
成灾害Ｊ。在分析围岩稳定性时，可主要对这些失稳块体进行
分析和加固，就可以确保整个工程岩体的稳定。
ａ）块体直接掉落
ｂ）块体沿单面下滑
Ｃ）块体沿双面下滑
３
３２８
８４
ｃ＝０，（ｂ＝３０。
根据可动块体判别标准，在隧道的顶部、两侧及底部形成如图３所示的关键块体。由于块体１，２在底部，属稳定块体。因此
表２关键块体的几何特征
块体滑动方式
，５，７，８进行加固，其块体特征如表２所示。非全部是可移动的，如果只由结构面形成的裂隙锥为有限，由临主要对块体４
体积３．４０８１．３５３重量８．５２Ｏ３．３８２
４５７８
单面滑动双面滑动单面滑动直接掉落
１．３关键块体的运动学分析
以上都是纯几何学的论述，接下来从运动学的角度对可动块体进行分析。作用于可动块体上的力有：主动力合力，、滑动面上

岩石力学课件---9. 围岩稳定

二、普氏压力计算
将地层视为有黏聚力的松散介质，开挖隧道后，可行成抛物线状拱。作用在支架的压力即为破坏范围内松动岩体重量。问题转化为求解天然拱（塌落拱）问题。质点拱满足任意截面无弯矩和拱脚无滑动。对A点取矩∑Ma=0
y=h，则
Ty
Px 2
2
令x=b，
Pb 2 T 2h 塌落拱外缘曲线为抛物线。
2sin 1 sin r ln Pi c cot a
r pi c cot a
p r
2sin 1sin
c cot
1 sin r pi c cot a 1 sin
自然冒落拱
水平或缓倾斜坚硬岩层
巷道开挖轮廓线
急倾斜坚硬岩层
高边墙塌落取决于节理分布
脆性裂隙岩体巷道围岩顶部掉块模型
软岩巷道严重底鼓现象
软岩巷道围岩的膨胀现象
返回
8.4 隧道支护与新奥法
岩体作为支护结构的组成部分，构成共同程载体，它们之间互相依存，互相制约，协调变形，共同承担全部围岩压力。
第8 章
地下工程围岩稳定性分析
引言

矿山井下（或地下工程）属高风险
行业

每年，地下工程施工中由于设计、
施工不当引发的塌方事故造成的人员伤亡上万、国家财产损失几十亿
如何评判隧洞围岩的稳定性？
8. 地下工程围岩稳定性
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 围岩与衬砌应力分布塑性区应力分析围岩压力隧道支护与新奥法块体理论应用实例存在的问题
（1）当r→∞
pq q p r cos 2 2 2

公路隧道裂隙化围岩失稳分析方法及应用

第３３卷，５期第
２００８年１０月
公路工程
ＨｉｈｙＥｎｉｅｒｎｇｗａｇｎｅｉｇ
Ｖｏ．３．ＮＯ５１３．Ｏｃｔ．，２００８
公路隧道裂隙化围岩失稳分析方法及应用
朱传刚，苏永华
２Ｃｖｎｉｅｒｇｓｈｏｏｕａｎｖｒｔ，ｕａｒｖｃ，ｈｎｓａＨｎｎ４０８，ｈｎ）．ｉｌｇｎｅｉｃｏｌｆｎｎｕｉｅｉＨｎｎｐｏｉｅＣａｇｈ，ｕａ０２ＣｉａｉｅｎＨｓｙｎ１
［ｓｒｃ］Ｂｓｄｏｅｈｎｃｅｉｃｓｉｃｔｎａｄｂｏｋｔｅｒｎｅｅｇａｈｃｐｏｃｏ，Ａｂｔａｔａｅｎｍｃａｉｍｄａｌｓａｏｎｌｃｏａｄｓｒｏｒｐｉｒｊｔｎｓａｆｉｉｈｙｔｅｉ
ｒｕｄｎｏｋｆｒＬｉｚｐｉｇｔｎｅｆｈｉｈｙ１ｉｏｔｒａｄ９７ｍｅｅｓｆｎｓｄｂｂｖ・ｎ－ｏｎｉｇｒｃｏｉｐｎｕｎｌｏｇｗａｋｌｍｅｅｎ７ｔｒｗａｉｈｅｙａｏｅ－０ｉｍｅ・ｔｎｄｍｅｈｄ．ｉｅｔｏｏ
［ｙｗｏｄ］ｆｓｒｒｃｓ；ｕｎｌｎｉｅｒｇｔｂｌｙｏｕｒｕｄｎｃ；ｂｏｋｔｅｒＫｅｒｓｉｕｅｏｋｍａｓｔｎｅｅｇｅｉ；ｓｉｔｆｒｎｉｇｒｋｌｏｓｎｎａｉｓｏｏｃｈｙ工程岩体的力学介质不同，破坏方式和机理其亦不同。根据目前的研究，程岩体的力学介质类工果。本文主要是针对于块裂介质力学的这种情况进

隧道施工中的围岩稳定性分析与处理

隧道施工中的围岩稳定性分析与处理隧道施工是一项复杂而又具有挑战性的工程，而隧道围岩的稳定性是确保隧道施工顺利进行的关键。

本文将从围岩的性质和特点、围岩稳定性分析方法以及围岩处理方法等方面探讨隧道施工中的围岩稳定性问题。

围岩的性质和特点对于隧道施工的稳定性至关重要。

围岩由各种类型的岩层组成，例如花岗岩、辉石岩等。

这些岩层具有不同的物理和力学性质，如硬度、强度、稳定性等。

此外，围岩的结构也非常复杂，其中可能存在节理、褶皱、断层等地质构造。

这些特点决定了围岩在隧道施工中的行为和稳定性。

在隧道施工前，我们需要进行围岩稳定性分析，以了解围岩的性质和行为，为施工提供科学的依据。

其中一种常用的方法是岩体分类。

通过对围岩性质进行调查和实验，我们可以将围岩划分成不同的等级，例如稳定等级、控制等级等。

这可以帮助我们确定需要采取的措施以及施工中可能面临的风险。

另一种常用的方法是地质雷达探测。

地质雷达可以通过发送无线电波，并测量其反射信号来探测围岩内的隐蔽结构和裂缝。

这可以帮助我们了解围岩的内部情况，以及可能的不稳定因素，如地下水位、断层、岩石裂缝等。

通过这些信息，我们可以更好地预测围岩可能面临的挑战和风险。

一旦了解了围岩的特点和施工中可能遇到的问题，我们可以采取相应的围岩处理方法来保证施工的安全和稳定。

例如，在围岩较为稳定的情况下，我们可以选择使用钻孔爆破的方法，通过控制爆破的强度和方向来破坏围岩，提供施工的空间。

在围岩较不稳定的情况下，我们可以选择使用支护技术，例如喷射混凝土、锚杆以及岩锚等。

这些措施可以增强围岩的稳定性，并防止围岩的坍塌和塌方。

此外，我们还可以采用地下水控制技术来处理围岩稳定性问题。

地下水是围岩稳定性的重要因素之一，过高的地下水位有可能导致围岩变软和溶解。

通过合适的排水和防水措施，我们可以有效地控制地下水位，从而降低围岩的水分含量，提高围岩的稳定性。

总之，隧道施工中的围岩稳定性是一项复杂而又重要的问题。