围岩稳定性评价

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褶皱地区应尽量
避免沿紧闭向斜的 轴部部臵洞线。

该处围压较大,

顶拱自稳性差,
常遇突发涌水。
5、地下水-

影响围岩应力状态及围岩强度
软化作用-对软弱岩体和软弱夹层软化泥化;

⑴主要作用
溶蚀作用-对可溶性岩体溶蚀; 浸润作用-对滑动面浸润,使稳定性下降。


⑵水压力(静)--
作用于衬砌,有时比山岩压力大几倍;
作用于未衬砌岩体,在平缓结构面上形成水压力,促使分离体 下滑;流入陡立结构面,相当于施加张力,同样促其破坏。

此地下水压力最大值可等于洞顶以上地下水厚度(水头值)。

⑶涌水—是地下建筑主要工程地质问题之一。


6、工程因素-断面形状--决定应力集中的部位、程度; 洞室规模--洞室规模大,则围岩范围亦大。 开挖方式、施工速率主要影响围岩中的应力
建筑物特性--

施工方法--
调整与再分配。

支护方法— 临时支护、永久性支护;半衬、全衬。
影响—围岩中的应力重分布→变形→围压稳定性。
二、洞室位址选择论证

按工程特点与设计要求,考虑岩性、构造、地
形、水文等因素综合评判。


无需衬砌 自稳性好 易施工
选择稳定性好的岩体→


1、地形-
洞口-山体厚、施工条件好,岩坡 陡壁;避开地表径流;避开可能滑 动的坡体;避开断层破碎带。
⑶ 分离体形状-当分离体小于洞 跨时,可能向洞内滑移、失稳。

正三角锥体--最不稳定
•顶拱三种情况
柱状结构体--受拉时不稳 倒三角锥体--有利于稳定

3、天然应力状态
取决于垂直洞轴的水平应力σH的大小及天然应力
比系数λ。这是决定天然应力重分布状态的主因。
天然最大主应力的量级。其与洞轴的关系对围岩变形破坏
第6节
◈ ◈ ◈ ◈

.经典案例.
围岩稳定性评价
相关数据 岩溶突水(9.8×104~14.5×104m 3/d);
岩溶突泥;
高水压(4.42~4.6Mpa); 高地应力(水平主应力Max 16~21Mpa,
M in 8~11Mpa);

煤层瓦斯(涌出量0.124~0.137m 3/d,压力 0.3~0.9Mpa); 高地温(28℃); 断层破碎带(总计10余条);
其稳定性根据重分布应力计算或实测结果,与岩体的抗压 (拉)强度比较,评价稳定性。 应力集中系数-
由前述可知,洞 壁处弹性应力为:

h v
t
F
1 2 cos 2
1 2 cos 2
此时:
t
c
c
Fs
第6 节


围岩稳定性评价


2、岩体结构⑴ 岩体性状-
对岩体变形破坏起控制作用。
松散结构及碎裂结构岩体稳定性最差;薄层状岩体次之; 厚层状岩体稳定性最好

⑵ 结构面性状-
对于脆性厚层块状岩 体,强度取决于软弱 结构面的特性。
结构面自身特征; 结构面组合关系; 考虑: 结构面与临空面的 交切关系;
2、岩体结构-
对岩体变形破坏起控制作用。
2、围岩局部稳定性计算
结构面切割形成不稳定分离体
⑴洞顶分离体
Βιβλιοθήκη Baidu


对三角形分离体ABC:
L2 1 3 g W1 L3 bg 2 2cot cot
T T j 1 L1 T j 2 L2
L3 b cot cot
2 T j 1 L1 T j 2 L2 cot cot T 2 W1 L3 g
(3)长隧洞信息化设计方法的研究 收集国内外已建和在建隧洞设计和施工资料,整理 分析,建立隧洞资料数据库;……… ;

.相关链接.

(4)高地应力和高外水压力作用下岩体特性及隧洞 设计关键问题研究 研究高地应力和高外水压力作用下岩体变形和强度 特征;研究“双高”作用下围岩稳定性;围岩的流变 特性及其对衬砌后期的影响;岩体渗流参数反分析, 渗流场分析及渗流应力场的分析;研究“双高”作用 下压力隧洞的支护设计。
第四章 地下工程
4.6 围岩稳定性评价
第四章 地下工程
第1 节
概述
第2 节
第3 节 第4 节 第5 节 第6 节 第7 节
围岩应力分布
围岩变形破坏 围岩分类 围岩压力 围岩稳定性评价 地下工程超前预报
第6节
围岩稳定性评价
围岩稳定性是地下建筑工程研究的核心 一般采用定性与定量结合的方法进行。
第6 节
一、定性评价
围岩稳定性评价

浅埋洞室(小规模)的
1、围岩稳定性
稳定性取决于岩体强度 →有无破碎带等因素。

深埋洞室(大规模)稳定性因素
复杂,地应力条件很重要。
第6 节

围岩稳定性评价
2、洞室易失稳部位-⑶坚硬块状及厚层 状岩体-在多组软弱 结构面切割成不稳 定分离体部位;

W2 -侧壁分离体 自重;α-结构 面L4的倾角;
洞顶洞壁分离体稳定计算
第6 节
三、实例分析
围岩稳定性评价
.经典案例.
大秦铁路军都山隧道(1985年):隧道进尺
16km,塌方21次,累计影响工期685d。
川藏公路二郎山隧道:全长4176m、最大埋
深达760余m,该隧道穿越11条断层,地质条 件较为复杂。 ✦ 其中高地应力与岩爆问题是该隧道的主要工 程技术难题之一。隧道施工过程中共发生了 近百次岩爆活动, 主洞和导洞中连续发生岩 爆的累计总长度达1095m。
因此实施了5km长探洞的施工和科学试验工作。
探洞掘进至4168m终止处,埋深已达2200m左右,超过
了锦屏二级水电站引水隧洞的一般埋深,距最大埋深仅差 约300m。
由超深埋引起的一系列工程地质问题已得到了基本的探查,
用长探洞已取得的勘测、试验成果来评价锦屏二级水电站
引水隧洞的工程及水文地质条件,具有较高的参考价值和
.相关链接.
• 锦屏一级电站在2005年正式开工,至2012年下半年第一台机 组发电。锦屏二级电站在2007年上半年正式开工,至2012年 年底第一台机组发电。
.相关链接.

雅砻江锦屏河段开发方案选定为一级高坝坝后
发电和二级低闸引水发电两级开发,制约工程
开发的最大技术瓶颈就是一级高坝和二级深埋 长隧洞的勘测设计和施工。

对稳定有利的条件—

新鲜完整岩体、裂隙不发育、少量地下水。

完整坚硬岩体、裂隙较发育、但闭合且连续性
差、未形成分离体。
第6 节
围岩稳定性评价 Fs:安全系数, 一般取Fs=2
二、定量评价

1、整体稳定性计算--
σθc,σθt --洞壁处环向压、拉应力; 整体状或块状岩体,可视为均质、连续介质 σc ,σt --岩体饱和抗压、拉强度。
(2)深埋长隧洞快速施工关键技术研究
(3)长隧洞信息化设计方法的研究 (4)高地应力和高外水压力作用下岩体特性及隧 洞设计关键问题研究 (5)长引水隧洞的水力学问题研究

.相关链接.

(1)深埋长隧洞的地质勘探技术研究

在已进行的综合勘探和长探洞的勘探基础上,综 合分析深埋长隧洞的地质勘探技术和方法;深层 岩溶的探测及评估方法;以及隧洞施工中的岩爆、 涌(突)水、涌泥等地质灾害的测试和预报方法。
第6 节

.经典案例.
围岩稳定性评价
渝怀铁路圆梁山隧道:线路重点控制工程,全 长11.068公里,隧道地质条件异常复杂。
隧道进口毛坝向斜和出口桐麻岭背斜有多处大 规模的深埋充填溶洞,出口段为岩堆体。


这是国内隧道建设中首次在深埋、向斜部位、 高压富水、形态类型多变的充满水、粉质泥砂 的深部地区中穿过。隧道施工难度属国内罕见。
◈ ◈
第6节
深埋长隧洞

围岩稳定性评价
.相关链接.

秦岭铁路隧道(长18.4km)已经贯通;南水 北调西线一期工程93. 8%的线路为隧洞;琼 州海峡隧道、台湾海峡隧道、秦岭终南山特 长公路隧道; 锦屏二级电站引水隧洞长17.5km,综合技术 难度复杂,预计一批重大的技术难题将攻克, 届时我国隧道及地下工程技术将会再上一个 新台阶。

锦屏二级引水隧洞长约17.4km,单头掘进近 10km,最大埋深约2500m,开挖洞径在12m 以上,各项技术指标都称得上居世界地下工程 前列,综合技术难度巨大。
.相关链接.

锦屏二级水电站引水隧洞长约17.4Km,超过国内已建和在
建各种类型隧洞长度,和秦岭隧道、福堂电站隧洞长度相近; 其埋深最大达2525m,超过世界著名的辛普伦公路隧洞(最 大埋深为2135m),与目前世界上埋深最大的法国谢拉水电 站引水隧洞(最大埋深2619m)相近;
第7 节

洞室位址选择地质论证
1、岩性-- 影响洞室稳定性最基本的因素。

坚硬完整岩体
稳定性好,不需支护能 适应各种断面洞室。
软弱岩体-
力学强度低,遇水易软化、崩 解、膨胀等不良性质,不利于 洞室稳定,围岩易变形破坏。

软硬相间岩体-
其中软岩强度低,或错动成软弱夹层,此类 岩一般性质较差,围岩稳定性也较差。



(5)长引水隧洞的水力学问题研究
长引水隧洞水力过渡过程的试验研究;研究长引水 隧洞不衬砌或喷砼段减少糙率的措施;长引水隧洞 调压室的设计。
补充:洞室位址选择的地质论证
一、围岩稳定性分析 地 质 方 面 影 响 因 素 岩性-影响洞室稳定性最基本的因素 岩体结构-对岩体变形破坏起控制作用 天然应力状态-取决于垂直洞轴的水平应力 σH、天然应力比系数λ 地质构造-关注断层破碎带、裂隙密集带、 褶皱轴部 水文地质条件-影响围岩应力状态及围岩强度
我国深埋长隧洞施工技术已达到国际先进水平,
秦岭铁路隧道18.45km平导洞仅用三年零52天即贯
通,创国内最高单工作面开挖纪录456m/月,取得
了深埋长隧道快速施工丰富经验。
.相关链接.

(2)深埋长隧洞快速施工关键技术研究

研究锦屏电站引水隧洞合理的修建程序和施工方法; 隧洞施工的通风技术措施;研究施工综合机械化措 施或其他掘进方式开挖长隧洞的关键技术;研究隧 洞施工中的岩爆、涌(突)水、涌泥等地质灾害防 范措施和对策;从通风、排水、降温以及岩爆处理 等方面研究长隧洞施工环境的措施;研究通过复杂 地质条件下的施工技术;
可信度。
.相关链接.

锦屏二级水电站地下厂房开挖最大跨度26.8m,边墙最
大高度75.1m,长度超过335m,埋深在400m以上,这
几项指标是地下厂房中罕见的,大埋深将给厂房洞群的设 计和施工带来一系列特殊的问题。


锦屏长隧洞和大型地下洞室主要技术难点为:
(1)深埋长隧洞的地质勘探技术研究
⑴破碎松散岩、软弱 岩-强风化岩、易软化 岩、膨胀岩体、构造 破碎带;

⑵碎裂结构、 半坚硬结构岩;

⑷洞室中应力集中 部位-洞中岩柱、洞形 急剧变化部位。

第6 节

围岩稳定性评价

2、洞室易失稳部位
破碎松散岩体、软弱岩体
坚硬块状岩不稳定分离体

洞室中应力集中部位
这些部位是洞室选择时应首先避开的部位。
有显著影响。
在最大主应力(压)方向
上,围岩破坏概率及严重 程度比其他方向大。
估计其值并设法消除其对 洞体的影响或设法利用它 是非常重要的。

由于最大主应力多系水平向的,在选择洞线
时,应尽量使二者平行而非垂直。


4、地质构造
关注断层破碎带、裂隙密集带、褶皱轴部
避开断层破碎带、裂隙密集带

其对围岩稳定性影响最大,且在施工中可能有突发涌水。


第6 节

围岩稳定性评价
⑵侧壁分离体
侧壁分离体在自重W2作用下沿结构面L4滑移,其后 缘切割面L2的抗拉强度可忽略。

此时,分离体的稳定性系数为:
W 2 cos tan cL4 W 2 sin

式中:c,φ为结构面L4 上的内聚力和内摩擦角。
L3 -分离体底宽; b-分离体高; α,β-结构面倾角; Tj1 , Tj2-结构面 抗拉强度。
问题:


1、围岩稳定性评价的思路、程序是什么?
2、定性评价主要考虑哪些方面?
3、定量评价有几种方法?各自的适用条件是 什么?
第6 节
围岩稳定性评价
一、定性评价
1、围岩稳定性

岩体性质-
岩体强度、完整性、天然 应力状态、水文地质条件 规模、断面形状
取决于三方面

建筑特性-

施工方法- 开挖方式、速率、支护 结构与形式

锦屏隧洞的最大洞径超过12m,远大于秦岭隧道(D=8.8m) 和谢拉隧洞(D=5.8m)的洞径; 锦屏隧道轴线和锦屏山脊线近乎正交,沿线山体陡峭雄厚, 受地形限制无法布置施工平硐、斜井和竖井。 所有以上问题将给地质勘测、设计、和施工带来一系列复杂 的技术难度。


.相关链接.
鉴于锦屏地区特殊的自然地理条件,常规勘探难以解决,
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