软岩的力学特性及工程危害.
软岩的物理力学性质
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第一节 软岩的概念
• 工程软岩
• 在工程力作用下产生显著变形的工程岩体。
• 要点
• 工程力 • 作用在工程岩体上的力的总和。
重力 构造应力 水的作用力
• 显著变形
工程扰动力 膨胀应力
• 弹塑性、粘弹塑性，连续和非连续等变形。
• 相对性
• 工程力＜＝＞岩体强度
• 内含
• 对象，仅仅围绕工程活动的局部，即围岩；
• 现象，围岩变形量大、破坏程度高；
• 要求，控制围岩的稳定性。
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第一节 软岩的概念
• 地质软岩与工程软岩关系 • 是地质软岩而非工程软岩 • 工程荷载小于地质软岩，地质软岩不产生显著变形，不作为工程软岩。 • 既是地质软岩又是工程软岩 • 在工程力作用下发生了显著变形的地质软岩，才作为工程软岩。 • 是工程软岩而非地质软岩 • 在大深度、高应力作用下，地质硬岩呈现显著变形特征，则视其为工程 软岩。
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第三节 软岩的力学性质
• 流动极限的衰减特性 • 流动极限，就是具有流变性材料的屈服极限。它往往随时间的延长而衰减。软岩流变的另一重要 特征是强度随时间延长而明显降低。 • 流动极限类型 • 瞬时流动极限：t＝0时的流动极限，可近似称为瞬时强度。 • 长期流动极限：t→∞时的流动极限，或称为长期强度。 • 实际指导意义 • 为了防止围岩由于强度衰减而造成的破坏区扩大以致冒落，应该及早对巷道围岩进行支护和 加固。 • 根据巷道的不同服务年限ｔ设计合理的支护强度，服务年限越长，支护强度应越大。
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目录
第三节 软岩的力学性质
软岩的力学性质是指其受力后表现出的各种变形及强度特征。
软岩的力学特点及工程危害
软岩的力学特性及工程危害王维(1.成都理工大学环工学院地质工程系.成都,610059)摘要：基于软岩的特殊工程性质及其在工程地质方面的危害，进行了软岩性质的研究。
通过对软岩的基本力学属性和物理力学指标的分析，研究其在实际工程中存在的危害性；通过对软岩的分类分级的方法来了解软岩的种类，由于软岩存在可塑性、膨胀性、崩解性、流变性、和易扰动性的特点，对软岩的工程特性做了系统的分析，为预防和治理地质灾害提供了参考性价值，为实际工程的设计和施工提供了依据。
关键词：软岩；力学属性；工程力学特性；工程危害1概述1.1关于软岩的定义软岩一般是所谓软质岩或软质岩石的通称。
在《工程岩体分级标准》(GB50218-94)及(岩土工程勘察规范》(GB50021-94)等规范中，按坚硬程度划分，软质岩包括较软岩、软岩和极软岩，与软质岩相对的是硬质岩。
在《公路工程地质勘察规范》(JTJ064-98)中按饱和抗压极限强度来划分岩石，软质岩石包括软质岩和极软岩。
《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)中软质岩包括软岩和较软岩。
在其他国内文献中，与软岩有关的术语有软弱岩石、软弱夹层、泥化岩、风化岩等，除软弱夹层外，一般仅注出代表性岩石或某些强度指标，缺乏确切定义[1]。
在主要的软岩定义方法中，主要有以下两种标准:(1)单一指标定义。
在国内众多的技术规范中，一般按照单轴抗压极限强度来定义软岩和硬岩，划分标准为30MPa。
日本坝基岩石分级标准中，当单轴抗压强度不足20MPa时即定义为软岩。
西方多采用25MPa 作为划分标准。
也有学者提出按照其他指标来定义[2]，如:①抗压强度与上覆岩层荷重(YH)之比小于或等于2的岩层为软岩；②松动圈厚度大于或等于1.5m的围岩称为软岩；③按岩石地基承载力分类，先按岩石坚固性初步划分，然后再进一步按其承载力标准值，将小于2MPa的归为软质岩石；④按岩石的波速值分类，多采用纵波波速值U P，一般将纵波波速小于4000m/s的视为软岩。
软岩隧道
第三章软岩隧道软岩隧道是指修建于软弱围岩中的隧道。
由于软岩具有强度低、变形大和遇水软化等特点，给隧道的设计和施工乃至衬砌结构的长期稳定带来了一定困难。
在隧道勘察设计阶段，由于不易把握软岩的物理力学性质和地应力水平，使隧道支护、衬砌的结构形式和设计参数经常不能与实际的工程条件相适应；在施工阶段，若施工方法或施工时机不当，则可能造成围岩变形失控或酿成塌方事故；软岩通常具有流变性，围岩中的应力及围岩作用给隧道结构的压力随时间而发展变化，随时间而不断增大的围岩压力对隧道结构的稳定不利。
鉴于软岩隧道工程的复杂性及软岩变形压力失控其后果的严重性，多年来工程界一直致力于软岩隧道的设计理论与施工方法的研究。
本章探讨软岩的分类、软岩围岩压力、软岩隧道设计、软岩隧道施工及软岩隧道施工监控等内容。
第一节软岩分类与性质软岩是指在工程力作用下能产生显著变形的工程岩体[1]。
研究软岩不仅要重视软岩的强度特性，而且还应重视软岩所承受的工程力的大小，从软岩的强度和工程力的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。
工程岩体是软岩隧道工程研究的主要对象，是隧道开挖扰动影响范围之内的岩体，包含岩块、结构面及其空间组合特征和赋存条件；隧道工程力是指作用在隧道工程岩体上的力的总和，它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等；显著变形是指超过了隧道设计允许的变形，该变形包含弹性变形、塑性变形、粘弹性变形，连续性变形和非连续性变形等，但以显著的塑性变形和非连续性变形为主。
软岩的软硬具有相对性，即取决于工程力与岩石强度的相互关系。
同种岩石，在较低工程力的作用下，可能表现出硬岩的变形特性，在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。
一、软岩的工程分类根据软岩的致软原因，可将软岩分为四类，如表3-1所示。
软岩分类表3-1程岩体，如工程中常见的泥岩等。
由于低应力软岩的显著特征是含有大量粘土矿物而具有膨胀性，故据其膨胀性大小又可分为强膨胀性软岩（自由膨胀变形＞15%）、中膨胀性软岩（自由膨胀变形4%～10%）和弱膨胀性软岩（自由膨胀变形＜9%）。
埋深矿井软岩及断层巷道的联合支护技术
埋深矿井软岩及断层巷道的联合支护技术【摘要】当煤矿进入深部开采后，尤其是在断层破碎带，围岩的稳定性较差，巷道支护体严重破坏，影响巷道使用率，威胁安全生产。
文章介绍了软岩的工程特性及影响断层带煤巷围岩破碎的因素，提出了采用“锚、网、喷、索”联合支护控制断层带煤巷围岩控制技术，取得了较好的效果。
【关键词】深部开采；软岩；断层；破碎带；联合支护在煤矿开采中，当煤矿进入深部开采后，一般会遇见地质构造复杂，地应力变大的情况，此时巷道变形严重，尤其是在断层破碎带，围岩的稳定性较差，巷道支护体严重破坏，影响巷道使用率，威胁安全生产。
其围石性质表现出软岩的巷道围岩性质，所以煤炭生产建设形势迫切要求对深部开采软岩巷道问题进行深入研究。
这要解决这一难题，就需要在厚煤层深部开采巷道断层破碎带掘进时，采用特殊的支护工艺。
1.软岩的工程特性1.1软岩的力学属性软岩中泥质矿物成分和结构面决定了软岩的力学特性。
显示出可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性的特点。
软岩的膨胀性质是在物理、化学、力学等因素的作用下，产生体积变化的现象，其膨胀机理有：内部膨胀、外部膨胀和应力扩容膨胀三种。
工程中的软岩膨胀为复合膨胀形式。
1.2软岩的临界载荷随着应力水平的提高，特别是围压的增大，岩石产生的塑性变形明显增加，使得在低应力水平下表现为硬岩特性的岩石，在提高了应力水平下显示出显著的塑性变形。
1.3软岩的临界深度与软化临界荷载相对应，岩石亦存在着一个软化临界深度。
对给定矿区，软化临界深度也是一个客观量。
当地下工程埋深大于软化临界深度时，围岩出现大变形，大地压和难支护现象；当地下工程埋深小于该临界深度时，则围岩的大变形，大地压现象消失，巷道支护容易。
2.影响断层破碎带煤巷围岩破碎的因素断层附近煤岩体一般较为破碎，再加上巷道开挖后围岩应力状态恶化，围岩变得更为破碎而呈现峰后力学特性。
断层附近围岩应力高、围岩的峰后力学特征是围岩变形破坏的重要原因。
软岩巷道的破坏机理与控制
软岩巷道的破坏机理与控制李乃頔(安徽理工大学土木建筑学院ꎬ安徽㊀淮南㊀２３２００１)收稿日期:２０１８－０４－２７作者简介:李乃頔(１９９４－)ꎬ男ꎬ江苏徐州人ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向:岩土工程ꎮ摘㊀要:在工程实践中ꎬ巷道施工发生变形破坏的现象十分常见ꎬ尤其是在深井软岩巷道中更为频繁和突出ꎮ越来越深的采深ꎬ采动压力以及越来越复杂的围岩地质情况ꎬ不仅加大了挖掘难度ꎬ而且为巷道安全质量带来了十分大的隐患ꎬ为确保巷道环境安全稳定ꎬ专家学者们也做了大量研究ꎬ几十年来也取得了丰硕的成果ꎮ本文主要介绍了一些常见的软岩巷道破坏机理和工程常用支护和控制稳定的方法ꎬ在保证巷道环境安全稳定的前提下选择最合理的施工方法ꎬ满足井下设备基础正常使用ꎬ减少二次支护合理降低造价ꎮ关键词:软岩巷道ꎻ破坏机理ꎻ稳定ꎻ支护方式中图分类号:ＴＤ３５３文献标志码:Ａ文章编号:１６７２－４０１１(２０１８)１０－００９０－０２ＤＯＩ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ １６７２－４０１１ ２０１８ １０ ０４６ＤｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＳｏｆｔＲｏｃｋＲｏａｄｗａｙｓＬＩＮａｉｄｉ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨｕａｉｎａｎ２３２００１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅꎬｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｒｏａｄｗａｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｃｏｍｍｏｎꎬｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｓｏｆｔｒｏｃｋｔｕｎｎｅｌｓｏｆｄｅｅｐｗｅｌｌｓ.Ｄｅｅｐｅｒａｎｄｄｅｅｐｅｒｍｉｎｉｎｇꎬｍｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｎｏｔｏｎｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｄｉｇｇｉｎｇꎬｂｕｔａｌｓｏｂｒｉｎｇｇｒｅａｔｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｓｔｏｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ.ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬｅｘｐｅｒｔｓａｎｄｓｃｈｏｌａｒｓＷｅｈａｖｅａｌｓｏｄｏｎｅａｌｏｔｏｆｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｃｈｉｅｖｅｄｆｒｕｉｔｆｕｌｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｄｅｃａｄｅｓ.Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｓｏｍｅｃｏｍｍｏｎｓｏｆｔｒｏｃｋｒｏａｄｗａｙｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｆｏｒｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏａｄ.Ｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬｔｈｅｍｏｓｔｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｏｒｍａｌｕｓｅｏｆｔｈｅｄｏｗｎｈｏｌｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｂｒａｎｃｈ.Ｓａｆｅｇｕａｒｄｉｎｇｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｏｓｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｏｆｔｒｏｃｋｒｏａｄｗａｙꎻｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍꎻｓｔａｂｉｌｉｔｙꎻｓｕｐｐｏｒｔｍｅｔｈｏｄ１㊀软岩巷道常见的破坏现象巷道变形破坏的特性有顶板下沉㊁变形㊁扩容㊁冒顶ꎻ两帮变形㊁收敛㊁扩容㊁位移ꎻ底板变形破坏㊁底臌ꎮ复杂应力区会引起巷道位置发生时空变化㊁偏移走向㊁倾向㊁倾角等破坏形式ꎮ这些复杂的破坏形式给巷道的安全稳定㊁生产带来了一系列的影响ꎮ引起巷道发生变形的原因是多方面的ꎬ总体来说有三大决定因素ꎻ①地应力ꎻ②岩性ꎻ③支护强度ꎮ埋深巷道中地应力与深度呈线性关系ꎬ地应力随着开采深度的增大而增大ꎬ地应力也是造成工程事故发生最主要的因素ꎻ由于采动而形成的采动应力也会造成巷道破坏ꎻ当巷道布置过于集中ꎬ形成应力相互叠加的巷道群时ꎬ围岩也易发生破坏ꎮ一般来说ꎬ硬岩的强度较高ꎬ通常做一次支护便可以较好地控制变形ꎬ但软岩的物理力学性质十分复杂ꎬ膨胀性泥岩遇风㊁遇水㊁震动等都极易造成围岩破坏与变形ꎮ支护类型分为刚性支护㊁柔性支护㊁加固支护ꎮ支护方式有砌碹支护㊁棚户支护㊁喷锚㊁注浆等ꎬ支护强度与巷道变形相耦合才能有效地控制变形ꎮ２㊀软岩巷道破坏产生的原因在深井软岩巷道中ꎬ顶板下沉㊁两帮收敛㊁片帮内移㊁底臌导致巷道断面的形变ꎬ带来大量的维修工作ꎬ增加巷道维护费用ꎬ严重影响着矿井的安全与生产ꎮ由于软岩的独特性质以及深度增加而带来的采动影响ꎬ导致各类巷道破坏的原因都不相同ꎬ所以到目前为止仍有许多问题需要进一步探索与研究ꎮ２.１㊀软弱岩层的物理原因软岩一般由固相㊁液相㊁气相三相组成ꎮ其中ꎬ大小不一ꎬ形状不同的固体颗粒按照不规则的排列组合方式聚集构成了软岩的骨架部分ꎬ经过漫长的时间通过与其余两相物质相互作用ꎬ最终形成了软弱岩层ꎮ构成固相部分的颗粒实际上是矿物颗粒ꎬ主要分为:①原生矿物ꎻ②次生矿物ꎻ③有机质ꎬ其中原生矿物是由岩石风化㊁沉积成岩而形成的软岩ꎬ形成的软岩会保留风化前母岩中的矿物成分ꎬ其特性也各不相同ꎬ比如云母类矿物白云母㊁氧化类矿物石英㊁极易风化的硫化物类矿物等ꎮ次生矿物是由原生矿物在一定条件下进一步风化㊁分解而形成更细的矿物ꎮ其中黏土矿物是构成软弱岩层的重要组成部分ꎬ主要有蒙脱石㊁伊利石㊁高岭石等ꎮ有机质是通过动植物在微生物分解的情况下而形成的亲水性极强的矿物ꎬ对软岩的影响很大ꎮ总之ꎬ矿物成分的固有特性影响着软岩的地质情况ꎮ２.２㊀软弱岩层的力学特性２.２.１㊀可塑性可塑性指软岩经过外力作用之后无法恢复的塑性变形ꎮ不同应力的软岩有着不同的可塑性机理ꎮ低应力软岩一般是泥岩遇水软化甚至液化ꎮ高应力软岩是根据亲水性和结构面共同引起的ꎬ因其机理较为复杂ꎬ所以目前为止研究甚少ꎮ节理化软岩是根据其结构面变化而引起的ꎬ与吸水性没有关系ꎮ２.２.２㊀膨胀性膨胀性是指软岩在水或外力作用下发生膨胀的现象ꎮ内部膨胀是指水分子进入矿物元素层间而发生的膨胀ꎮ外部膨胀是指水分子在颗粒之间发生的膨胀变形ꎬ扩容膨胀是０９指受力后体积因裂隙扩大而发生的变形ꎮ２.２.３㊀崩解性不同应力的软岩对应的崩解机理也各不相同ꎮ低应力软岩因遇水软化造成裂隙变形而导致应力不均ꎬ从而发生崩解现象ꎬ高应力软岩和节理化软岩因在受力作用下发生局部应力不均而发生崩解现象ꎮ２.２.４㊀流变性在荷载作用下ꎬ随着时间的变化而发生的应变称之为蠕变ꎮ在应变不变的前提下ꎬ应力随时间的变化而减小称之为松弛ꎮ蠕变和松弛现象都是软岩具有流变性的具体体现ꎮ２.３㊀软弱岩层的水理作用巷道底板积水是煤矿生产最常见的现象之一ꎬ岩层浸水后强度降低ꎬ当软岩以高岭石㊁伊利石为主的黏土矿物岩层时ꎬ浸水后还会泥化崩解甚至液化ꎬ直至丧失强度ꎮ巷道底板裂隙浸水从而使水进入底板内部致使裂隙扩大ꎬ加速丧失底板围岩强度ꎮ３㊀软岩巷道破坏的有效控制３.１㊀软岩巷道锚喷支护(新奥法)在巷道开挖过程中ꎬ由地应力引起的围岩应力总是使开挖空间径向变形ꎮ喷锚支护就是在开挖后及时地向围岩喷射５~２０ｃｍ厚的混凝土ꎬ必要时再设立锚杆以达到控制变形的目的ꎮ由于开挖洞室后及时喷锚ꎬ混凝土可以与围岩紧密贴合ꎬ并且其本身具有柔性特性ꎬ所以充分利用了其材料性能ꎬ使围岩既能变形又能很好地控制ꎬ使锚杆㊁混凝土㊁围岩三者稳定地受力工作ꎮ这也是与刚性支撑只能被动承受力的最大区别ꎮ但是由于围岩的强度各不相同ꎬ因此锚杆设计也会有所差别ꎮ现根据围岩可分为以下四类ꎮ３.１.１㊀整体围岩整体围岩强度高㊁整体性好㊁围岩裂隙少ꎮ这类围岩开挖过后可以保持其自身稳定ꎬ无需锚杆支撑ꎬ将围岩表面打磨平整后喷射３~５ｃｍ混凝土即可ꎮ３.１.２㊀块状围岩块状围岩强度高ꎬ但整体性差ꎮ这类围岩开挖过后强度可保持自身稳定ꎬ但因整体性差ꎬ巷道内部时常会有岩石掉落ꎬ所以开挖过后需及时喷射混凝土保证其稳定性ꎬ防止裂隙发育致使更多岩石掉落ꎬ必要时可配合锚杆支撑ꎮ３.１.３㊀层状围岩层状围岩的岩体内有一组结构面特别发育ꎮ开挖过程中不易成拱形ꎬ若不加固则会大大减少其抗弯性能逐渐破坏ꎮ对于层状围岩ꎬ应以锚杆为主要支护手段ꎮ用锚杆把各岩层连接在一起可大幅度增加顶板的抗弯性能ꎮ３.１.４㊀软弱岩层软弱岩层强度低㊁整体性差㊁裂隙结构面发育ꎮ难以保持稳定ꎮ开挖后需及时喷射混凝土ꎬ防止围岩表面掉落ꎬ通过成组有规律地布置径向锚杆来提高岩体强度和稳定性ꎮ如遇到上方荷载较大ꎬ以上方法不足以抵抗变形时ꎬ则使用锚杆喷进行一次支护ꎬ待能量释放后进行第二次支护ꎬ选择合适的支护时间和强度是这个方法的关键ꎮ３.２㊀软岩巷道钢结构支护３.２.１㊀工字钢支护工字钢翼缘宽㊁腹板厚㊁稳定性好㊁抗弯能力强㊁使用灵活ꎬ可以应对井下围岩复杂的应力ꎮ工程中常使用９号㊁１１号㊁１２号三种规格ꎮ与一般型钢比其成本低㊁精度高㊁残余应力小ꎮ与混凝土相比工字钢可增大使用面积ꎬ减少自重带来的二次破坏ꎬ充分发挥其力学特点使巷道稳定ꎮ３.２.２㊀Ｕ型钢可缩性支护Ｕ型钢刚度大㊁支撑效果好㊁安装灵活方便ꎬＵ型钢比工字钢承载能力更强ꎬＵ型钢可提供较大的变形量和承载力ꎬ但它无法使围岩充分发挥其自承能力的特点ꎬ并且其造价较高ꎬ需经常维护ꎮ３.２.３㊀其他支护钢材除了工字钢和Ｕ型钢ꎬ矿井常用支护钢材还有扁钢角钢以及带钢等ꎮ卡揽是支架接头处的连接件ꎬ它会直接影响支架的稳定ꎮ底梁连接板可以使两根底梁搭接成一根ꎬ有效地支撑巷道底板ꎮ钢背板可以均匀地分散围岩压力以及防止块石掉落ꎮ钢支撑在巷道施工过程中可以充分发挥刚度大㊁稳定性强㊁灵活多变等特点ꎬ使安全系数显著提高ꎬ巷道布置支护形式更加合理化ꎮ３.３㊀锚注支护对于普通支护无法维护围岩稳定的巷道中ꎬ为确保安全施工ꎬ杜绝安全隐患ꎬ可使用锚注技术施工ꎮ在开掘开采空区之前ꎬ通过锚杆向开采区打设空心锚杆ꎬ将浆液扩散至岩体内使松散的围岩提高强度ꎬ提高整体化ꎬ增加内摩擦角和内聚力ꎬ为后期掘进创造良好的施工条件ꎮ４㊀结㊀论深井巷道普遍处于高地压㊁高地温的环境ꎬ地质环境复杂ꎬ支护困难ꎮ本文主要阐述了巷道工程中破坏的主要原因ꎬ还有一些常见的支护方式ꎮ长期以来巷道支护一直是矿井工程的技术难题ꎬ经过国内外专家学者的不懈努力ꎬ取得了众多学术成果ꎬ为整个巷道工程也指明了研究方向ꎬ但因井下地质条件复杂多变ꎬ工程支护也不能墨守常规ꎬ灵活多变是巷道支护工程的特点ꎬ在探索未知复杂的工程仍需不断努力ꎬ不断丰富巷道支护工程的研究史ꎮ[ＩＤ:００６７０７]参考文献:[１]㊀何满潮.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ２００４.[２]㊀李绍春ꎬ李仲辉.跨采软岩巷道支护技术[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０００ꎬ２８(１０):１－３.[３]㊀王焕文ꎬ王继良.锚喷支护[Ｍ].北京:煤炭工业出版社ꎬ１９８９.[４]㊀刘建庄ꎬ张农ꎬ郑西贵ꎬ等.Ｕ型钢支架偏纵向受力及屈曲破坏分析[Ｊ].煤炭学报ꎬ２０１１ꎬ３６(１０):４８－５２.[５]㊀郭健卿.软岩控制理论与应用[Ｍ].北京:冶金工业出版社ꎬ２０１１.[６]㊀康红普.软岩巷道底臌的防治[Ｍ].北京:煤炭工业出版社ꎬ１９９３.１９。
红层软岩工程地质特征及公路病害
在红层软岩地区的公路工程建设中， 开挖工程病 害比 较突出， 尤其是在路堑边坡工程开挖过程中， 容 易引起各类滑坡、 边坡岩体开裂变形等灾害， 在边坡 开挖完成后， 容易产生风化剥落、 浅层垮塌及危岩落
石。
在红层软岩地区路堤填筑采用挖方材料， 一方面 挖方材料填筑路堤本体由于填筑路堤压实度以及路 基基底的不均匀性等问题， 经常引起填筑路堤的开裂 变形， 另一方面在斜坡上的填筑路堤容易产生整体滑
（ｉ ｕｎ ｖ ｃ ｌ ｍ ｎ ａｏ ｄ ａｔｅｔ ｗｙ ｎｉ ｓｒ ｙ ｉ ｒ ｅｒ Ｉ ｔ ｔ， ｎ ｄ ６０４ Ｃｉ ） Ｓ ｈａ ｐ ｉ ｉ ｃｍ ｕｉ ｔｎ ｒ ｎｈ ｈ ａｐ ｎ ｇ ｖ ｄｓ ｎ ａｃ ｎ ｉ ｅ Ｃ ｅｇ １０１ ｎ ｃ ｏ ｒ ｎａ ｏ ｃｉ ｅ ｍ ｐ ｉ ｇ ｌ ｎ ｕ ｅ ｅｇ ｅ ｈ ｔ ａ ｓ ｓ ｕ ｈ ｕ ｈａ
红层软岩工程地质特征及公路病害
程 强 黄绍槟 周永江
〔 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院，四川 成都 ６０４） １ １ ０
摘要 总结归纳 了 红层软岩的工程地质特征，提出将红层软岩按地质构造特征划分为近水平岩层区、单斜地层区 和断层破碎一 构造区。对红层软岩地区公路病害进行了广泛的调查研究，将红层软岩地区的公路病害类型划分 褶曲 为开挖工程病害，填筑路堤工程病害和桥涵构造物工程病害，分析论述了各类病害与工程地质特征之间的关系。 关键词 红层，软岩，公路、病害，工程地质特征 中图分类号 文献标识码 文章编号
区红层广泛分布，因此大部分高等级公路不同 程度 的穿过红层分布地区，目 前四川、重庆、云南、甘
肃等省红层地男。 １ ２）， 博士研究生，主要从事岩土工程设计研究工作 ９
交通都西 交通建设 部 科技项Ｒ“ 层软岩 红 地区公 路修建技术 研究” 治 同号２０－ ８ ０－ ） ： ２ １ ００ ６ ０ ３－ １
隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施
隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施摘要：介绍软岩含义，简要分析隧道围岩变形机制，介绍国内外部分关于隧道变形的支护理论，列举了常见的支护措施及变形控制技术。
关键词：隧道软岩；力学机制；防治措施1软岩含义及力学特性关于软岩的含义至今仍然有多种解释。
1981年在东京召开的“国际软岩学术讨论会”规定“软弱、破碎和风化岩石”为软岩[1]，属于定性的规定。
国际岩石力学学会（ISRM）对软岩给出了定量的规定～定义软质岩为单轴抗压强度在0.5～25MPa的岩石。
近年来，在我国的水工、道路及矿山建设中，越来越多地涉及到软岩工程问题，大量工程实践提供了众多成功经验和失败教训，成为软岩技术发展的推动力。
孙钧教授总结软岩的基本特征是强度低，孔隙率高，容重小，渗水、吸水性好，易风化，易崩解，具有显著的膨胀性和明显的时效特性，认为高地应力地区的岩石蠕变将呈非线性性态发展。
2隧道围岩变形机理隧道围岩变形机理的研究进展和岩体力学的发展存在着紧密的关系。
在长期的工程实践和理论研究中，尤其是近代岩土力学、工程地质力学的发展，使我们对坑道开挖后在围岩中产生的物理力学现象有了一个较为明确的认识。
关于大变形的形成机制，一般分为以下两类[2]：（1）坑道开挖后将引起围岩一定范围内的应力重新分布和局部地壳残余应力的释放：从力学角度看：坑道开挖前的围岩处于初始应力状态，即前面所述的初始地应力场，我们称为一次应力状态。
坑道开挖后由于应力重新分布，坑道周边围岩处于由开挖引起的应力场中，这种应力状态我们称为二次应力状态，又称为毛洞的应力状态。
如果二次应力状态满足坑道稳定的要求，则可不加任何支护，坑道即可自稳。
如果坑道不能自稳就须施加支护措施加以控制，促使其稳定。
因此，采取支护措施后的应力场称为三次应力场或支护后的应力场。
应力控制实质上就是控制围岩的变形和松弛。
这是软弱围岩隧道设计施工的主要原则。
就是说要想控制住围岩的松弛，就要控制住围岩的变形。
（2）岩石中的某些矿物和水反应而发生膨胀。
软岩的力学特性及工程危害防治
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软岩变形特征
软岩变形特征软岩是指抗压强度小于100MPa的岩石，其变形特征与硬岩有很大的不同。
软岩在地质工程领域中广泛存在，如隧道、坑道、水电站等建设中都会遇到软岩问题。
因此，了解软岩的变形特征对于地质工程设计和施工具有重要意义。
一、软岩的分类根据国际上惯例，软岩可以分为三类：粉砂质岩石、泥质岩石和火山碎屑。
其中粉砂质岩石主要包括粉砂岩、灰质粉砂岩和白云岩等；泥质岩石主要包括泥页岩、泥灰质页岩和泥盆纪灰泥页岩等；火山碎屑主要包括玄武质凝灰角礫石、安山玄武流纹安山玄武流纹玄武凝灰角礫石等。
二、软岩的力学特性1. 抗压强度小：软岩抗压强度一般小于100MPa，远低于硬性差的花崗岩、砂岩等。
2. 塑性变形大：软岩的塑性变形较大，因此在荷载作用下容易发生塑性变形，甚至发生流动现象。
3. 水分敏感性强：软岩的水分敏感性较强，当软岩中含有过多的水分时，其抗压强度会明显降低。
4. 粉化现象严重：软岩在受到荷载作用下容易出现粉化现象，表现为表面剥落、破碎等。
三、软岩的变形特征1. 塑性变形软岩在受到荷载作用下会发生塑性变形。
这种变形不仅会导致体积减小和密度增大，还会使得软岩表面产生裂缝。
当荷载超过一定限度时，软岩会出现流动现象，如泥流、泥石流等。
2. 粉化破碎粉化是指软岩表面或内部出现微小裂缝后，在荷载作用下逐渐扩展并最终导致整块岩石破碎。
粉化是软岩最常见的一种变形方式，也是造成隧道、地铁等软岩工程事故的主要原因之一。
3. 坍塌滑移坍塌滑移是指软岩在受到一定荷载作用下，由于内部结构弱化、粘聚力减小等原因，导致整块岩石发生向下滑动或向外倾斜的现象。
坍塌滑移是软岩变形中比较严重的一种，会对地质工程造成严重的影响。
4. 裂缝变形裂缝变形是指软岩在荷载作用下产生裂缝，并随着荷载大小和时间的变化而逐渐扩展和变形。
裂缝变形会导致软岩体积减小、密度增大、抗压强度降低等问题，对地质工程造成不利影响。
四、软岩的加固方法为了保证地质工程的安全可靠，需要对软岩进行加固。
高地应力软岩公路隧道力学特性及衬砌施作时机研究
高地应力软岩公路隧道力学特性及衬砌施作时机研究高地应力软岩公路隧道力学特性及衬砌施作时机研究一、引言随着交通事业的发展，公路隧道作为解决复杂地理环境交通瓶颈的重要工程，得到了广泛应用。
然而，许多地域由于地质条件的限制，公路隧道常常需要穿越软弱的岩土地层，这对隧道的设计和施工提出了巨大的挑战。
特别是在高地应力区，软岩地层更加复杂，对隧道的力学特性和衬砌施作时机提出了更高的要求。
二、高地应力软岩公路隧道的力学特性1. 高地应力下的应力分布特点高地应力软岩地层的主要特点之一是高水平应力。
在隧道施工过程中，高地应力会导致地层的破裂和变形，进而对隧道的稳定性造成威胁。
因此，了解高地应力下的应力分布特点非常重要。
2. 软岩地层的物理力学特性软岩地层的力学特性通常表现为弹塑性和差异性。
这是由于软岩中存在较多的裂缝和颗粒间隙，导致岩土体的强度和变形特性存在较大的差异。
因此，研究软岩地层的物理力学特性对于隧道的设计和施工具有重要意义。
三、高地应力软岩公路隧道衬砌施作时机的研究1. 施工前的地质勘察与分析在高地应力软岩公路隧道的施工前，需要进行全面的地质勘察与分析，了解地质条件以及地下水的分布和流动情况。
这将有助于确定合适的衬砌材料和施工方案，确保隧道的安全稳定。
2. 衬砌材料的选择与设计在高地应力软岩地层的隧道中，选择合适的衬砌材料非常重要。
一般来说，钢筋混凝土和预制装配式混凝土是常用的衬砌材料。
其设计需要考虑到软岩地层的力学特性，以及施工的要求和条件。
3. 施工时机的选择与施工工艺在高地应力软岩地层中，衬砌施工时机的选择非常关键。
一般来说，需要在地层稳定的情况下进行衬砌施工，以减少对软岩地层的影响。
同时，施工工艺也需要根据具体情况进行调整和优化，以确保衬砌施工的顺利进行。
四、结论高地应力软岩公路隧道的力学特性和衬砌施作时机研究对于隧道的设计和施工具有重要意义。
通过深入了解软岩地层的力学特性和选择合适的衬砌材料，可以有效提高隧道的稳定性和安全性。
岩土工程中的软岩力学特性
岩土工程中的软岩力学特性岩土工程是研究土壤和岩石力学性质及其在工程中的应用的学科，而软岩则是岩土体中一种特殊的岩石类型。
软岩具有一些与常规岩石不同的力学特性，这些特性对工程设计和施工具有重要影响。
本文将探讨软岩力学特性的相关内容。
一、软岩的定义和组成软岩是一种岩石类型，其力学性质介于岩石和土壤之间。
软岩通常由破碎的岩石颗粒、胶结物质和孔隙组成。
软岩的颗粒尺寸一般较小，胶结物质的含量较高，使得其整体的强度和稳定性相对较差。
软岩的含水量通常较高，孔隙度比较大，因此其渗透性较强，水在软岩体内的流动会对岩土体的力学性能产生显著影响。
此外，软岩的岩石颗粒之间的结合力较弱，容易发生变形和破坏。
二、软岩的力学特性1. 强度特性软岩的强度与其孔隙结构、胶结物质的类型和含量紧密相关。
一般来说，软岩的强度较低，既没有岩石的强度，也没有土壤的韧性。
软岩的强度通常由其内聚力和摩擦力决定。
由于软岩的颗粒较小、胶结物质较多，其内聚力往往较弱。
同时，软岩的孔隙度较大、胶结物质的性能较差，导致岩石颗粒间的摩擦力较小。
这些因素使得软岩在外力作用下容易发生破坏和变形。
2. 变形特性软岩的变形特性与其内部结构和高水分含量密切相关。
软岩具有较大的刚度和较小的延性。
在应力作用下，软岩会发生较大的弹性变形，而且变形过程中会伴随着较大的能量耗散。
软岩的变形行为常常表现为剪切破裂和塑性变形。
由于软岩的颗粒间结合较弱，所以在剪切应力下会出现剪切面，形成明显的破裂带。
同时，软岩还会发生塑性变形，即在一定应力作用下，整个软岩体会发生一定程度的非弹性变形。
3. 渗透特性由于软岩的孔隙度较大，孔隙间连通性好，软岩的渗透性较强。
水在软岩中的渗透速度相对较快，水流对软岩体的稳定性和强度产生较大影响。
渗透特性的研究在岩土工程中具有重要意义。
了解软岩的渗透性能可以帮助工程师评估软岩地基的稳定性和水文特征，为工程设计和施工提供科学依据。
三、软岩力学特性的工程应用1. 岩土工程中的支护设计软岩地质条件下的施工常常需要进行支护设计，以保证施工过程的顺利进行和工程的安全。
探究滇中引水工程红层软岩力学特性
探究滇中引水工程红层软岩力学特性摘要：红层软岩是滇中地区引水工程中需要重点勘察的地质环境因素。
因此，本文将对滇中地区红层软岩进行试验检测并分析其力学特性对引水工程的影响。
关键词：滇中；引水工程；红层软岩；力学特性前言：滇中地区的红层软岩主要是在侏罗系以及白垩系时期形成，这些红层软岩大多数都是陆相碎屑不断聚集堆积形成，在第三系时期也有一部分形成，由于其主要颜色为红色，因此命名为红层软岩。
在滇中地区进行引水工程施工时需要穿越红层软岩所在的地区，因此需要对红层软岩的力学性质进行分析，保证引水工程的安全和质量。
一、红层软岩的地质特性（一）沉积及成岩结构根据对滇中红层软岩的成分进行分析发现，其中主要的构成成分为泥岩、砂岩、泥灰岩以及粉砂等。
在三叠世晚期，由于滇中地区出现了剧烈的地壳运动，进而造成了该地区地质沉积环境出现了极大的变动[1]。
（二）红层软岩的成分构成滇中新生沉积盆地地区红层软岩的特征最为明显。
其沉积岩内部受滇中古陆的沉降以及差异运动的影响严重。
此外，西南地区的气候长期变化以及地壳不断运动也影响着当地的红层软岩结构。
（三）红层软岩的结构特点滇中地区的红层软岩主要为碎屑岩石组成，在这一地区由于河流湖泊的不断沉积，岩石的大部分由泥岩或者砂岩构成。
因此，滇中地区的红层软岩最大的力学特点就是各个岩石层是由不同力学特性岩石层组成的，很少有单一性质的岩石，主要都是由泥岩与粉砂岩等岩石相互组合形成。
所以，在这种岩石性质的情况下，在滇中地区进行引水工程施工需要充分的考虑红层软岩的结构性质，参考岩石性质设计合理的引水路线。
当前滇中地区的引水工程需要经过厚层硬岩构成的层状结构地区、软硬相间的砂泥岩构成的互层结构地区、软质泥质岩构成的层状结构地区。
（四）红层软岩得的风化性质在对红层软岩进行实验分析后，获得其风化程度的特征分布，从实验的数据可以看出，实验岩体的风化情况差异较大，其中弱风化层的下限为0-90m，而强风化层的下限为0-55m，尤其是在大里程方向，岩体的强风化下限不断增长。
软岩大变形
软岩大变形软岩大变形问题从20世纪60年代就作为世界性难题被提了出来，在地下工程的建设过程中，软岩问题一直是困扰工程建设和运营的重大难题之一。
特别是“九五”期间，我国10个能源建设基地有8个都相继出现了软岩问题，造成多对矿井的停产建设。
每年有大量的隧洞在软弱围岩中开挖，随着开挖深度的增加，软岩问题愈趋严重，直接影响着工程安全以及人身安全。
随着人类工程活动的不断增强，软岩隧洞系指塑性大变形工程岩体有关的岩体工程，而工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。
工程软岩的定义不仅重视软岩的强度特征，而且强调软岩所承受的工程力荷载的大小，强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。
1.软岩大变形破坏特征软岩隧洞的大变形破坏特征不仅受围岩的力学性质影响，而且受隧洞所处的地应力环境和工程因素控制。
我国许多煤矿在采深不大的情况下，坑道的变形破坏并不强烈，常规支护即可维护隧洞稳定。
加大采深后，这些煤矿坑道额稳定性降低，变形破坏趋于强烈，常规支护难以维护坑道稳定，因此，软岩隧洞的变形破坏特征受多种因素控制。
一般来说，软岩隧洞的破坏具有以下特征：(1) 变形破坏方式多除一般隧洞中常见的变形破坏方式拱顶下沉、坍塌外，还有片帮和底鼓、底围隆破，隧洞表现出强烈的整体收敛和破坏。
变形破坏表现的形式既有结构面控制，又有应力控制型，尤以应力控制型为主。
(2) 变形量大拱顶下沉大于10cm，有的高达50cm，两帮挤入在20~80cm之间，底鼓非常强烈，在常规无仰拱支护的情况下，强烈的底鼓往往将整个隧洞封闭。
(3) 变形速度高软岩隧洞初期收敛速度可以达到3cm/d，即使施作了常规锚喷支护以后，软岩隧洞的收敛速度依然很高，可达2cm/d，而且其变形收敛速度降低缓慢，因此，在不长的时间内其变形收敛就很大，多则一年，少则几个月就将隧洞封闭。
(4) 持续时间长由于软岩具有强烈的流变性和低强度，因此，软岩隧洞开挖以后，围岩的应力重分布持续时间很长，软岩隧洞变形破坏持续很长时间，往往长达1~2年。
深部软岩工程的研究进展与挑战
深部软岩工程的研究进展与挑战一、本文概述随着地下工程建设的不断深入，深部软岩工程逐渐成为土木工程领域的研究热点。
深部软岩工程涉及地质环境复杂、工程条件多变、施工难度大等诸多问题，其研究进展与挑战对于地下工程建设的安全与稳定具有重要意义。
本文旨在综述深部软岩工程的研究现状，分析当前面临的主要挑战，并提出相应的研究展望，以期为相关领域的研究人员和实践工程师提供参考和借鉴。
我们将对深部软岩工程的基本概念、特点及其在工程实践中的应用进行简要介绍；我们将重点回顾深部软岩工程在岩石力学特性、工程稳定性分析、支护结构设计等方面的研究进展；我们将探讨深部软岩工程目前面临的主要挑战，包括地质环境的不确定性、施工技术的局限性以及工程安全性的保障等，并提出相应的解决策略和发展方向。
通过本文的阐述，我们期望能够为深部软岩工程的研究与实践提供有益的参考和启示。
二、深部软岩工程的特性与挑战深部软岩工程是一种特殊的岩土工程，其特性与挑战主要体现在以下几个方面。
深部软岩的工程特性复杂多变。
由于软岩通常具有低强度、高变形性、低渗透性等特点，使得在深部开采过程中，岩石的物理力学性质发生显著变化，给工程设计和施工带来极大困难。
同时，深部软岩还常常伴随着高地应力、高地温、高水压等极端环境，这些环境因素会进一步加剧软岩的变形和破坏，使得工程稳定性问题更加突出。
深部软岩工程面临着诸多技术挑战。
在深部开采过程中，由于软岩的强度和稳定性较差，易发生大变形和破坏，因此需要采取一系列特殊的技术措施来确保工程的顺利进行。
例如，需要采用高强度支护结构来承受地应力和水压的作用，采用注浆加固技术来提高软岩的强度和稳定性，采用地下水控制技术来降低水压等。
这些技术措施的实施需要综合考虑多种因素，如地质条件、工程规模、施工环境等，因此具有一定的技术难度和复杂性。
深部软岩工程还面临着诸多环境挑战。
在深部开采过程中，由于岩石的破坏和地下水的排放，会对周边环境产生一定的影响，如地面沉降、水体污染等。
煤矿井下软岩巷道施工支护技术研究应用
煤矿井下软岩巷道施工支护技术研究应用摘要：在我国煤矿底层中软岩分布广泛，煤炭储量在1000M以下的占比55%左右，随着我国开采深度的增加，我国大部分矿井巷道基本岩层结构多为软岩，深部巷道受高应力和高温度等影响，容易出现开采困难和巷道明显变形的问题，为解决软岩巷道下出现的巷道围岩变形大、稳定性差的问题，软岩支护成为困扰我国煤矿生产的问题之一，软岩巷道支护措施不当易造成巨大的返修量，还使得整个矿区陷入困境，因此，做好巷道软岩支护工作是煤矿矿井采掘工作的关键。
关键字：煤矿井下；软岩巷道施工；支护技术；研究应用1软岩的特性1.1软岩的临界荷载临界荷载是软岩固有的一种物理属性，通过软岩的工程力学实验表明：当软岩外部压力低于临界荷载时，岩体内部结构不会发生明显改变，整个岩体呈现出相对稳定的状态，力学曲线保持平直；随后，人为增加岩体外部工程压力，使压力逐渐趋近于临界荷载，则岩体内部预应力增加；通过继续增加工程压力，当工程压力超过软岩的临界荷载时，岩体就会发生明显的变形特性。
1.2软化临界深度临界深度与临界荷载是一组相互对应的概念，从两种软岩特性的支护应用上来看，临界深度更能反映软岩的塑性变形情况：在巷道位置较浅的情况下，软化临界深度较小，软岩不会出现明显的变形，此时开展软岩巷道的支护施工较为简单；但是当巷道位置达到软化临界深度时，围岩会产生大的塑性变形，并伴随有支护难、大地压等问题。
相关技术人员应当在岩体软化临界深度之前开展支护施工，以便于降低工作难度，保证支护施工质量。
2巷道变形的原因和支护原理2.1软岩巷道变形的原因煤矿开采中面临的一大难题是在高应力作用下的软岩巷道有效支护方式，巷道顶板的不稳定情况会影响到巷道顶板的稳定性，巷道两边的移动或顶板下沉容易导致巷道断面收缩，使得两帮的变形更加严重，从地板岩层方面的受力情况看，巷道地板处于未支护状态，随着巷道的不断挖掘，原本作用于地板岩层上的应力会恢复弹性，但水平应力却增加，会出现变形的情况；若挖掘的方向处于倾斜状态，巷道顶板的岩层会受到较大水平应力影响，出现顶板破坏的现象。
软岩分类
进入软岩状态的洞室，其软岩种类是不同的，其强度特性、泥质含量、结构面特点及其塑性变形力学特点差异很大。
根据上述特性的差异及产生显著塑性变形的机理，软岩可分为四大类，即膨胀性软岩(也称低强度软岩)、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩，见表2-2。
表2-2 软岩分类σc≥25MPa2.3.2.1 膨胀性软岩的分级膨胀性软岩(Swelling Soft Rock，简称S型)，系指含有粘土高膨胀性矿物在较低应力水平(<25MPa)条件下即发生显著变形的低强度工程岩体。
例如，通常软岩定义中所列举的软弱、松散的岩体，膨胀、流变、强风化的岩体以及指标化定义中所述的抗压强度小于25MPa的岩体，均属低应力软岩的范畴。
产生塑性变形的机理是片架状粘土矿物发生滑移和膨胀。
在实际工程中，一般的地质特点是泥质岩类为主体的低强度工程岩体。
由于低应力软岩的显著特征是含有大量粘土矿物而具有膨胀性，因此，根据低应力软岩的膨胀性大小可以分为：强膨胀性软岩(自由膨胀变形>15%)、中膨胀性软岩(自由膨胀变形10%~15%)和弱膨胀性软岩(自由膨胀变形<10%)。
根据矿物组合特征和饱和吸水率两个指标可细分为三级，详见表2-3。
表2-3 膨胀性软岩分级膨胀性软岩蒙脱石含量(%) 干燥饱和吸水率 0(%) 自由膨胀变形量(%)弱膨胀性软岩<10 <20 >15中膨胀性软岩10~30 20~50 10~15强膨胀性软岩30 >50 <102.3.2.2 高应力软岩的分级高应力软岩(High Stressed Soft Rock，简称Ｈ型)，是指在较高应力水平(>25MPa)条件下才发生显著变形的中高强度的工程岩体。
这种软岩的强度一般高于25MPa，其地质特征是泥质成分较少，但有一定含量，砂质成分较多，如泥质粉砂岩、泥质砂岩等。
它们的工程特点是，在深度不大时，表现为硬岩的变形特征；当深度加大至一定深度以下，就表现为软岩的变形特性了。
岩石力学-软岩工程
软岩具有可塑性、膨胀性、崩解性、流变性， 并具有扰动性和两个基本力学指标，即软化临界荷 载和软化临界深度。
①软化临界荷载
当所施加的荷载小于某一荷载水平时，岩石处 于稳定变形状态，蠕变曲线趋于某一变形值，随时 间延伸而不再变化；当所施加的荷载大于某一荷载 水平时，岩石出现明显的塑性变形加速现象，即产 生不稳定变形，这一荷载，称为软岩的软化临界荷 载。
三、软岩的工程分类 1、软岩的工程分类 ①膨胀性软岩（swelling soft rock,简称S型） ②高应力软岩（high stressed soft rock，简称
H型） ③节理化软岩（jointed soft rock，简称J型） ④复合型软岩 2、软岩工程分类和设计对策
四、软岩变形力学机制
第五节 软岩工程
一、软岩定义 1、地质软岩定义
地质软岩是指单轴抗压强度小于 25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀性 一类岩体的总称。该类岩石多为泥岩、页 岩、粉砂岩和泥质岩石等强度较低的岩石， 是天然形成的复杂的地质介质。
2、工程软岩概念 工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性
变形的工程岩体。
（6－91）
（6－92）
在残余构造应力或其他附加应力均存在矿区，其公式为
（6－93） （6－94）
式中，HCS 为软化临界深度，m； CS 为软化临界荷载，
MPa；CS 为残余应力（包括构造残余应力、膨胀应力、 动荷载附加应力等），MPa； i 为上覆岩层第i岩层容
重 厚，度，kmN ；m；3NH为为上上覆覆岩岩层层层总数厚。度，m；hi 为上覆岩层第i层
不同的软岩在其特定的地质力学环境中所表现 出的变形机制不同。软岩工程之所以具有大变形、 大地压、难支护的特点，是因为软岩工程围岩并非 具有单一的变形力学机制，而是同时具有多种变形 力学机制的“并发症”和“综合症”－复合型变形 力学机制。
岩土中的软硬岩分类及性质
岩土中的软硬岩分类及性质岩土工程是土木工程的重要分支，主要研究土体和岩石在工程上的性质和行为。
在岩土中，常常遇到软岩和硬岩两种不同的岩石类型。
本文将探讨软岩和硬岩的定义、分类以及它们在岩土工程中的性质和特点。
一、软岩的定义与分类软岩是指由于地质历史发育和构造变形的影响，岩石在地层演化过程中所形成的一种相对较软、较易破碎的岩石。
一般来说，软岩的抗压强度较低，长期承受外界力作用容易出现失稳、滑动和变形等问题。
根据软岩的成因、特征以及力学性质，可以将软岩分为以下几类：1. 克隆岩：受褶皱变形影响，呈山羊背状的块状岩体，密度较高，稳定性较好；2. 褶皱岩：呈波浪状的沉积层，由于受到褶皱构造的影响而变形；3. 杂岩：不同的岩层在运动过程中混合在一起形成的岩石，由于成分的不均匀性，其物理性质和力学特性也会有所差异；4. 孔洞岩：岩石中存在较多的孔洞或裂缝，其抗压强度较低，容易发生破坏。
二、硬岩的定义与分类与软岩相对，硬岩是指由于地质历史演化和构造变形的影响，形成了结晶体结构较完整、抗压强度较高的岩石。
硬岩通常具有较高的力学强度，承受外界力作用的能力较强。
根据硬岩的成因、特征以及力学性质，可以将硬岩分为以下几类：1. 结晶质岩石：由于长时间的高温和高压作用，岩石中的矿物晶体结构较完整，整体强度较高；2. 自然块状岩石：自然剥落或裂缝形成的岩石块体，具有较高的抗压强度和稳定性；3. 粘土质硬岩：在地质历史演化过程中，由于水的侵蚀和侵蚀物质的输运，粘土质硬岩形成；4. 高含铁质硬岩：含有大量铁元素的硬岩，机械性质较硬，强度较高。
三、软岩与硬岩的性质及特点1. 软岩的性质与特点软岩的抗压强度一般较低，容易发生变形和破坏，强度参数较难准确确定；软岩具有较高的水分敏感性，受水分变化的影响较大；软岩的强度与压力、温度等外界因素有关，易受到环境因素的影响；软岩的孔隙度较高，导致其渗透性较强，承载力及稳定性较差。
2. 硬岩的性质与特点硬岩的抗压强度较高，具有较好的稳定性和承载力；硬岩的机械性质相对稳定，容易确定岩石的强度参数；硬岩具有较低的水分敏感性，对水分变化的影响较小；硬岩具有较低的渗透性，岩层稳定性较好，适合作为工程基础。
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隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施学院：环境与土木工程学院任课老师：邓辉姓名：邹杰学号：2012050126班级：地质三班隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施摘要：深埋长大隧道在克服高山峡谷等地形障碍、缩短空间距离及改善陆路交通工程运行质量等方面具有不可替代的作用。
随着我国基础建设事业的高速发展和西部大开发的进一步推进，大量深埋长大山岭隧道工程纷纷上马，特别是用于公路交通的长大山岭公路隧道得到了前所未有的发展，遇到的地质条件也越来越复杂。
当隧道穿越高地应力区及软弱围岩区，常引发隧道软岩大变形等地质灾害。
深埋长大隧道投资巨大、建设周期长，一般都是整个建设项目的关键性控制工期工程，因此，研究深埋长大山岭隧道软岩大变形机理，对其进行灾害预测和治理研究有着非常重要的意义。
本文首先对软岩的类型力学性质进行了划分，找到软岩的特点。
对隧道软岩进行了分析，为隧道软岩大变形的工程危害及处理措施提供了理论基础。
介绍了区域工程地质条件，主要包括区域地质，地形地貌，地层岩性，地质构造，水文地质条件及岩体物理力学性质等。
总结了隧道围岩大变形特征，在综合考虑围岩岩性、地质情况、应力特性、变形速率与累计变形量、施工与设计理念及施工扰动等多种因素的基础上，从工程性质方面着手，将云岭隧道围岩大变形定义为：在两郧(郧西-郧县)断裂影响下，隧道正常施工开挖后，围岩变形速率或累计变形量超过警戒值，且没有缓和趋势，超过预留变形量造成侵限，或者围岩产生具有累进性和明显时间效应的塑性变形且变形得不到有效约束的现象。
关键字：隧道软岩变形工程危害一、软岩的概念软岩是软弱不良岩层的简称。
我国煤炭系统于1984年召开过矿山压力名词专题讨论会，初步将软岩定义为“强度低，孔隙大，胶结程度差，受构造切割面及风化影响显著或含有大量膨胀粘土矿物的松、散、软、弱岩层。
后认为该定义还应补充软岩的流变性及高地应力情况，综合这一定义又进行了一条列的软岩分类研究工作，例如早期提出的按单一指标分类的有：①单向抗压强度小于20入且〕a的岩层称为软岩。
②抗压强度与上覆岩层荷重(rh)之比小于或等于2的岩层为软岩；③松动圈厚度大于或等于1.sm的围岩称为软岩周等等。
但是此定义欠明确。
突出表现以下两方面：①在软弱的岩石(岩块)、岩体(小范围)、岩层和围岩中到底定义哪一个?②是依据岩层(或其它)的基本特性来定义还是依据围岩的变形和破坏情况来定义，或是依据支护的难易程度来定义?本文认为一个软岩概念难以包括以上所有内容，从较为科学的角度出发，应该用两个概念分别定义:（1）沿用岩体工程分类的思想和方法，只依据岩层的物理、力学和化学等性质来定义软岩。
不再涉及地应力、围岩变形和支护难易程度，其定义可为:“软岩是松软、破碎、风化、软弱等不良岩层的总称。
”（2）从围岩的变形和破坏或支护难易程度定义一个新概念--大变形围岩。
其实质是考虑支护与围岩组成的力学系统的稳定性。
一个力学系统的稳定性取决于四因素，即荷载、受力材料的物理力学特性，几何形状和材料的强度。
在地下工程中就是考虑地应力、岩层各方面的性质、地质影响因素和地下空间的几何形状。
当围岩应力大于其强度时，支护与围岩系统就不稳定。
大变形围岩可定义为:“大变形围岩是指地下空间开挖后会产生如流变，膨胀等显著时效变形且用常规支护困难的围岩。
”二、软岩的基本力学属性软岩有两个基本力学属性：软化临界荷载和软化临界深度（1）软化临界荷载软岩的蠕变试验表明，当所施加的荷载小于某一荷载水平时，岩石处于稳定变形状态，蠕变曲线趋于某一变形值，随时间延伸而不再变化；当所施加的荷载大于某一荷载水平时，岩石呈现明显的塑性变形加速现象，即产生不稳定变形，这一荷载称为软岩的软化临界荷载，亦即能使岩石产生明显变形的最小荷载。
岩石种类一定时，其软化临界荷载是客观存在的。
当岩石所受荷载水平低于软化临界荷载时，该岩石属于硬岩范畴；当岩石所受的荷载水平高于该岩石的软化临界荷载时，则该岩石表现出软岩的大变形特性，此时的岩石被视为软岩。
（2）与软化临界荷载相对应地存在着软化临界深度。
对特定矿区，软化临界深度也是一个客观量。
当巷道位置大于某一开采深度时，围岩产生明显的塑性大变形、大地压和难支护现象；但当巷道位置较浅，即小于某一深度时，大变形、大地压现象明显消失。
这一临界深度，称之为岩石软化临界深度。
软化临界深度的地应力水平大致相当于软化临界荷载。
三、软岩的分类软岩可分为四大类：膨胀性软岩(也称低强度软岩)、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩。
（见表1）膨胀性软岩(Swelling Soft Rock，简称S型)，系指含有粘土高膨胀性矿物在较低应力水平(<25MPa)条件下即发生显著变形的低强度工程岩体。
例如，通常软岩定义中所列举的软弱、松散的岩体，膨胀、流变、强风化的岩体以及指标化定义中所述的抗压强度小于25MPa的岩体，均属低应力软岩的范畴。
产生塑性变形的机理是片架状粘土矿物发生滑移和膨胀。
在实际工程中，一般的地质特点是泥质岩类为主体的低强度工程岩体。
由于低应力软岩的显著特征是含有大量粘土矿物而具有膨胀性，因此，根据低应力软岩的膨胀性大小可以分为：强膨胀性软岩(自由膨胀变形>15%)、中膨胀性软岩(自由膨胀变形10%~15%)和弱膨胀性软岩(自由膨胀变形<10%)。
根据矿物组合特征和饱和吸水率两个指标可细分为三级，见表2高应力软岩(High Stressed Soft Rock，简称Ｈ型)，是指在较高应力水平(>25MPa)条件下才发生显著变形的中高强度的工程岩体。
这种软岩的强度一般高于25MPa，其地质特征是泥质成分较少，但有一定含量，砂质成分较多，如泥质粉砂岩、泥质砂岩等。
它们的工程特点是，在深度不大时，表现为硬岩的变形特征；当深度加大至一定深度以下，就表现为软岩的变形特性了。
其塑性变形机理是处于高应力水平时，岩石骨架中的基质(粘土矿物)发生滑移和扩容，此后再接着发生缺陷或裂纹的扩容和滑移塑性变形。
根据高应力类型不同，高应力软岩可细分为自重高应力软岩和构造高应力软岩。
前者的特点是与深度有关，与方向无关；而后者的特点是与深度无关，而与方向有关。
根据应力水平分为三级，即高应力软岩、超高应力软岩和极高应力软岩,见表3确定的。
即能够使c>25MPa的岩石进入塑性状态的应力水平称为高应力水平。
3.节理化软岩的分级节理化软岩(Jointed Soft Rock，简称Ｊ型)，系指含泥质成分很少(或几乎不含)的岩体，发育了多组节理，其中岩块的强度颇高，呈硬岩力学特性，但整个工程岩体在巷道工程力的作用下则发生显著的变形，呈现出软岩的特性，其塑性变形机理是在工程力作用下，结构面发生滑移和扩容变形。
此类软岩可根据节理化程度不同，细分为镶嵌节理化软岩、碎裂节理化软岩和散体节理化软岩。
根据结构面组数和结构面间距两个指标将其细分为三级，即较破碎软岩、破碎软岩和极破碎软岩见表4复合型软岩是指上述三种软岩类型的组合。
即高应力－强膨胀复合型软岩，简称HS型软岩；高应力－节理化复合型软岩，简称HJ型软岩；高应力－节理化－强膨胀复合型软岩，简称HJS型软岩。
软岩的物理力学特性软岩的物理力学特性软岩的物理力学特性软岩的物理力学特性（1）软岩的成分`软岩物质成分一般由固体相、液体相、气体相等三相组成的多相体系，有时由两相组成。
固体相是由许许多多大小不等、形状不同的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在一起，构成软岩的主要部分，称“骨架”。
在颗粒间的孔隙中，通常有液相的水溶液和气体形成三相体，有时只被水或气体充填形成二相体。
由于颗粒、水溶液和气体这三个基本组成部分不是彼此孤立地、机械地混在一起，而是相互联系、相互作用，共同形成软岩的工程地质性质，并决定软岩力学特性。
固相颗粒是软岩的最主要的物质组成，构成软岩的主体，是最稳定、变化最小的成分，在三相之间相互作用过程中，一般居主导地位，对于固相颗粒部分，在进行软岩的工程地质研究时，从颗粒大小的组合和矿物成分，化学成分三个方面来考虑。
组成软岩的液体相部分实际上是化学溶液而不是纯水。
若将溶液作为纯水研究时，研究颗粒的亲水性而形成的强结合水，弱结合水、毛细水、重力水对软岩工程地质亦有很大的影响。
软岩的固体相部分，实质上都是矿物颗粒，并且是一种多矿物体系。
不同的矿物其性质各不相同，它们在软岩中的相对含量和粒度成分一样，也是影响软岩的力学性质的重要因素。
1）原生矿物组成软岩固体相部分的物质，主要来自岩石风化产物。
岩石经过物理风化、迁移作用、沉积作用、成岩作用而形成软岩。
原生矿物仍保留着风化作用前存在于母岩中的矿物成分。
软岩中原生矿物主要有：硅酸盐类矿物、氧化物类矿物，此外尚有硫化物类矿物及磷酸盐类矿物。
硅酸盐类矿物中常见的有长石类、云母类、辉石类及角闪石类等矿物。
常见的长石类矿物有钾长石(KAISI3O8)和钙长石(CaAl2O8)。
它们不太稳定，风化作用易形成次生矿物。
常见的云母类矿Mn)3AlSi3O10 (OH)2)。
两者都不易风化，云母类矿物含较多的Fe、Mg、K等元素。
常见的辉石类和角闪石类矿物有普通辉石(Ca(Mg、Fe、Al)((Si, Al)206))和普通角闪石(Ca2Na(Mg、Fe)4(A1, Fe+3)((Si,Al)4O11)(OH)2)。
氧化物类矿物中常见的有石英、赤铁矿、磁铁矿，它们相当稳定，不易风化，其中石英是软岩中分布较广的一种矿物。
软岩中硫化物类矿物通常只有铁的硫化物，它们极易风化。
磷酸盐类矿物主要是磷灰石。
物有白云母(KAl2AlSi3O10(OH, F)2)和黑云母(K(Mg、Fe、Mn)3AlSi3O10 (OH)2)。
两者都不易风化，云母类矿物含较多的Fe、Mg、K 等元素。
常见的辉石类和角闪石类矿物有普通辉石(Ca(Mg、Fe、Al)((Si, Al)206))和普通角闪石(Ca2Na(Mg、Fe)4(A1, Fe+3)((Si,Al)4O11)(OH)2)。
氧化物类矿物中常见的有石英、赤铁矿、磁铁矿，它们相当稳定，不易风化，其中石英是软岩中分布较广的一种矿物。
软岩中硫化物类矿物通常只有铁的硫化物，它们极易风化。
磷酸盐类矿物主要是磷灰石。
2)次生产物原生矿物在一定的气候条件下，经化学风化作用，使原生矿物进一步分解，形成一种新的矿物，颗粒变得更细，甚至变成胶体颗粒，这种矿物称次生矿物。
次生矿物有两种类型：一种是原生矿物中的一部分可溶的物质被溶滤到别的地方沉淀下来，形成“可溶的次生矿物”；另一种是原生矿物中可溶的部分被溶滤走后，残存的部分性质已改变，形成了新的“不可溶的次生矿物”。
可溶性的次生矿物主要指各种矿物中化学性质活泼的K、Na、Ca、Mg 及Cl、S 等元素。