巖石力學(xué)課件---9圍巖穩(wěn)定(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 支護(hù)剛度不必太大，當(dāng)支護(hù)做完后，能與巖體一起生產(chǎn)一定的位移，釋放部分變形能，但又能使支護(hù)足以保持平衡，保持圍巖穩(wěn)定。 柔性支護(hù)，盡早支護(hù)，既及時封閉圍巖，防止風(fēng)化，又能釋放變形能，合理利用圍巖與支護(hù)共同承擔(dān)應(yīng)力調(diào)整過程中的所有作用。 支護(hù)結(jié)構(gòu)為閉合環(huán)， 錨噴網(wǎng)綜合支護(hù)主要支護(hù)手段 。 設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測一條龍作業(yè)方式 工程地質(zhì)調(diào)查與相關(guān)實(shí)驗(yàn) 工程開挖與支護(hù)設(shè)計(jì) 施工與監(jiān)測 是否穩(wěn)定 ? 地下工程穩(wěn)定 穩(wěn)定定義 ：地下工程工作期限內(nèi)，安全和所需最小斷面得以保證，稱為穩(wěn)定。 穩(wěn)定條件 ： 地下工程巖體或支護(hù)體中危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力和位移； 巖體或支護(hù)材料的強(qiáng)度極限和位移極限。 ][][ m a xm a x UU ?? ??][,][ U?m a xm a x ,U??地下工程穩(wěn)定性可分為兩類 自穩(wěn) ：不需要支護(hù)圍巖自身能保持長期穩(wěn)定 人工穩(wěn)定： 需要支護(hù)才能保持圍巖穩(wěn)定 穩(wěn)定性問題的力學(xué)本質(zhì) ][][ m a xm a x UU ?? ?? 自穩(wěn) ][][ m a xm a x UU ?? ?? 不自穩(wěn) 圍巖內(nèi)危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力和位移 m a xm a x ,U? 計(jì)算圍巖壓力 支護(hù)中危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力或位移 大于支護(hù)極限 小于支護(hù)極限 人工穩(wěn)定 改革支護(hù) 深埋地下工程 地下工程自身影響達(dá)不到地表的，稱為 深埋 。反之 淺埋 （ 2）當(dāng)埋深等于或大于巷道半徑 R0或其寬、高之半的 20倍以上時，巷道影響范圍（ 3~5 R0 ）以內(nèi)的巖體自重可以忽略不計(jì)；原巖水平應(yīng)力可以簡化為均勻分布，通常誤差不大（ 10％以下）； 深埋地下工程的特點(diǎn) 為： （ 1）可視為無限體中的孔洞問題，孔洞各方向無窮遠(yuǎn)處，仍為原巖應(yīng)力； （ 3） 深埋的水平巷道長度較大時，可作為平面應(yīng)變問題處理。其它類型巷道，或作為空間問題，或作為全平面應(yīng)變問題處理 。 解析方法 數(shù)值方法 試驗(yàn)方法 地下工程穩(wěn)定性分析途徑 本章主要內(nèi)容 11????彈性 彈 塑性 松散 圍巖應(yīng)力、支護(hù)上的壓力 返回 塊體理論應(yīng)用實(shí)例 ? 荒溝抽水蓄能電站地下廠房系統(tǒng)洞室群圍巖 穩(wěn)定性分析 作為地下洞室工程直接作用對象的巖體，宏觀上可以視為由結(jié)構(gòu)面和臨空面切割形成的塊體的集合體。洞室開挖使巖體內(nèi)原始的應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，應(yīng)力重新分布。在局部應(yīng)力集中區(qū)，當(dāng)應(yīng)力超過巖體強(qiáng)度極限時，某些塊體就會失去原有的靜力平衡狀態(tài)，沿著結(jié)構(gòu)面滑移并導(dǎo)致局部掉塊，進(jìn)而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成一定范圍內(nèi)巖體的局部失穩(wěn)。因此塊體穩(wěn)定性是研究地下工程圍巖整體穩(wěn)定性的一項(xiàng)極為重要的內(nèi)容，應(yīng)給予高度的重視。 塊體理論是近年來發(fā)展和完善起來的一種巖體工程穩(wěn)定性分析方法，它最早是由石根華先生在 20世紀(jì) 70年代提出的。塊體理論是基于自然界中巖體為由含大量結(jié)構(gòu)面的巖石所組成的結(jié)構(gòu)體，針對過去將巖體作為彈性的均質(zhì)連續(xù)體而提出的一種完全不同的認(rèn)識。 塊體理論認(rèn)為，在堅(jiān)硬和半堅(jiān)硬的地層中，巖體被結(jié)構(gòu)面切割成各種類型的空間鑲嵌塊體。在自然狀態(tài)下，這些塊體是穩(wěn)定的，但當(dāng)進(jìn)行地下工程的開挖時，開挖造成的卸荷作用改變了塊體原有的平衡，使得塊體出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象。首先失穩(wěn)的塊體被稱作關(guān)鍵塊體，其對工程的安全性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，研究塊體的穩(wěn)定性實(shí)質(zhì)就是研究結(jié)構(gòu)面的空間展布特征，進(jìn)而找出關(guān)鍵塊體。 理論依據(jù) 一 基本概念 . 塊體分類 . 塊體定義 (1) 塊體：塊體，泛指被各類結(jié)構(gòu)面和臨空面所切割的巖體。 ?????????????????????關(guān)鍵塊體可能失穩(wěn)塊體穩(wěn)定塊體可動塊體）不可動塊體（倒楔塊體有限塊體無限塊體（塊體分類）塊體(2) 無限塊體：是指未被結(jié)構(gòu)面和臨空面完全切割成孤立體的塊體，這類塊體雖受結(jié)構(gòu)面和臨空面切割，但仍有一部分與母巖相連。 (3) 有限塊體：被結(jié)構(gòu)面和臨空面完全切割成孤立體的塊體，亦可稱為分離體。有限塊體又分為不可動塊體和可動塊體兩類。 (4) 不可動塊體：不可動塊體或稱倒楔塊體，這類塊體沿空間任何方向移動皆受相鄰塊體阻礙，如果相鄰塊體不發(fā)生移動，它也不可能移動。 (5) 可動塊體：可動塊體是指沿空間某一方向或若干方向移動而不受相鄰塊體阻礙的塊體， 可動塊體又分為穩(wěn)定塊體、可能失穩(wěn)塊體和關(guān) 鍵塊體。 (6) 穩(wěn)定塊體：指在工程力和自重作用下，即使滑動面的抗剪強(qiáng)度為零也能保持穩(wěn)定的塊體。 (7) 可能失穩(wěn)塊體：可能失穩(wěn)塊體指在工程力和自重作用下，由于滑動面有足夠的抗剪強(qiáng)度才保持穩(wěn)定的塊體，若滑動面上的抗剪強(qiáng)度降低，這類塊體可能失穩(wěn)。 (8) 關(guān)鍵塊體：關(guān)鍵塊體是指在工程力和自重作用下，由于滑動面上的抗剪強(qiáng)度不足于抵御滑動力，若不施加工程錨固措施。必將失穩(wěn)的塊體。 (a) 無限塊體 (b) 倒楔塊體 (c) 穩(wěn)定塊體 (d) 可能失穩(wěn)塊體 (e)關(guān)鍵塊體 臨空面臨空面臨空面臨空面臨空面結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面 結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面二 分析手段 塊體理論按其性質(zhì)可大致分為作圖法和矢量解析法。 . 赤平投影解析法 在巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究和實(shí)踐中，主要應(yīng)用的是 通過投影球心的平面和直線的赤平極射投影 ，用于表示巖體中的 結(jié)構(gòu)面、工程開挖面、工程作用力、巖體的滑移方向、滑動力和抗滑力等 ，在作圖時，不考慮直線和平面的空間位置，只表示它們的空間方向。 VATS原理 在實(shí)際應(yīng)用中，輸入三組結(jié)構(gòu)面的 x、 y、 z、傾角、傾向、 c、 φ七個參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。依次分析圍巖內(nèi)頂點(diǎn)，結(jié)構(gòu)面與臨空面交點(diǎn)，各結(jié)構(gòu)面的面積，結(jié)構(gòu)面切割塊體體積、重心坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，從而得到的塊體確切位置、是否滑動以及可能滑動時的凈滑動力和穩(wěn)定系數(shù)等。同時，本軟件也支持輸入多個塊體的計(jì)算參數(shù)計(jì)算，方便了數(shù)據(jù)的處理。其詳細(xì)情況請參看下面的流程圖： (1) 在詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，認(rèn)真整理勘探平硐實(shí)測資料，從中選取本次研究中所需延伸出的揭露斷層和節(jié)理的產(chǎn)狀和展布特征，對水電站內(nèi)規(guī)模較大的地下廠房系統(tǒng)通過地質(zhì)勘探資料確定其中心位置、走向、傾向和洞室群的空間 布置，以及可能結(jié)構(gòu)塊體的選取等。 (2) 依據(jù)探硐揭露的節(jié)理、斷層結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀，選用對應(yīng)位置的玫瑰節(jié)理圖，運(yùn)用赤平極限投影法和矢量分析法對地下廠房系統(tǒng)的洞室群中的可動塊體和關(guān)鍵塊體進(jìn)行定性的分析，來獲取生成可動塊體