地下洞室圍巖穩定性的工程地質分析-資料下載頁

　　

【正文】 水分由內部高應力區向圖巖表部轉移，結果常使某些易于吸水膨脹的巖層發生強烈的膨脹內鼓變形。這類膨脹變形顯然是由圍巖內部的水分重分布引起的，除此之外，開挖后暴露于表部的這類巖體有時也會從空氣中吸收水分而使自身膨脹。 ? 退水后易于膨脹的巖石主要有兩類。一類是 富含粘土礦物 (待別是蒙脫石 )的塑性巖石 ，如泥質巖、鉆土巖、膨脹性粘土等。隧道圍巖中有浸水后體積增大 2． 9％的巖石就會結開挖造成很大困難，而有些遭受熱液變質的富合蒙脫石礦物的巖石，浸水后體積可增加 14％一 25％。因此，這類巖層的膨脹變形能對各類地下建筑物的施工和運行造成很大危害。 ? 另一類是含硬石膏的地層。隕石膏退水后就會發土水化而轉化為石膏，體積隨之而增大。所以穿過這類地層的陡道往往遇到因硬石膏水化膨脹而產生的強大山壓，給隧道的施工和運行帶來很大困難。 ? 塑流涌出 ? 當開挖揭穿了飽水的斷裂帶內的松散破碎物質時，這些物質就會和水一起在壓力下呈央有大量碎屑物的泥漿狀突然地涌人洞中．有時甚至可以堵塞坑道，給施工造成很大的困難。 ? 重力坍塌 ? 破碎松散巖體在重力作用下發生的塌方。 ? 圍巖變形破壞的發展和山巖壓力問題 ? 圍巖變形破壞的累進性發展 ? 大量的實踐表明，地下工程圍巖的變形破壞通常是累進性發展的。由于圍巖內應力分布的不均勻性以及巖體結構、強度的不均一性及各向異性，那些應力集中程度高，而結構強度又相對較低的部位往往是累進性破壞的突破口，在大范圍圍巖尚保持整體穩定性的情況下，這些應力 強度關系中的最薄弱部位就可能發生局部破壞，并使應力向其它部位轉移，引起另外一些次薄弱部位的破壞，如此逐漸發展，連鎖反應，終特導致大范圍因巖的矢穩破壞。 因此，在進行圖巖穩定性的分橋、評價時，必須充分考慮圖巖累進性破壞的過程和特點，針對控制圍巖失穩破壞的關鍵部位采取有效措施，以防止累進性破壞的發生和發展，這正是支護設計的關鍵所在。 ? 一般說來，地下工程圍巖變形破壞累進性發展的過程和特點主要取決于三方面因素，： (1)原巖應力的方向及大小； (2)地下洞室的形狀及尺寸， (3)巖體結構及其強度。所以，具體條件不同，圍巖累進性破壞的過程和特點也迥異，如圖 10一 32所示。 ? 山巖壓力問題 ? 1．基本概念 ? 設計隧道或其它地下洞室時，如果工程地質分析與巖體力學計算的結果表明，開挖后圍巖是不穩定的，那么就必須設計相應的支襯結構以支承變形或塌落的圍巖，保證洞體的穩定。為了達到這個目的， 支襯結構就必須能夠適應與圍巖之間的相互作用 。這種相互作用的力，對于支襯結構來說，就是所謂的山巖壓力 (或簡稱山壓 )，它是設計支付結構的主要依據。可見，上面討論的圍巖應力與山壓是有原則區別的，前者是圍巖巖體中的內力，后者是圍巖作用于支襯結構上的外力，前者轉化為后者是有條件的。 如果圍巖足夠強固，完全能夠承受住因巖應力的作 用．當然也就不需進行支付。只有當圍巖因適應 ? 地下洞室圍巖穩定性的分析與評價 ? 影響地下洞室圍巖穩定性的因素分析 ? 第一類因素是通過圍巖應力狀態而影響地下洞室圍巖穩定性的。主要包括巖體的天然應力狀態及洞室的剖面形狀和尺寸。其中巖體的天然應力狀態既受自然地質因素控制 (例如地質歷史決定著貝值的大小＞又與人類工程活動的要求有關 (例初洞室的埋深決定著‘”值 )。而洞室的形狀則主要是由人類工程活動的要求與特點所決定。 ? 第二類因素包括圍巖的巖性和結構，主要是通過圍巖的強度來影府洞室圍巖穩定性的。從巖性角度，可以將圍巖分為塑性圍巖和脆性圍巖兩大類。塑性圍巖，主要包括各類鉆土質巖石、破碎松散巖石以及某些易于吸木膨脹的巖石如硬石膏等，通常具有風化速度快、力學強度低以及通水易于軟化、膨脹或崩解等不良性質，校對地下洞室圍巖的穩定性最為不利。脆性圍巖主要包括各類堅硬及半堅硬巖體。由于巖石本身的強度遠高于結構面的強度，故這類圍巖的強度主要取決于巖體結構，巖性本身的影響不十分顯著。在這類圍巖中，碎裂結構的穩定性最差，薄層狀結構次之，而厚層狀及炔體狀巖體則通常具有很高酌穩定性。 ? 隧洞圍巖穩定性的定性評價。 ? 對于一般的工程隧洞，由于規模和埋深不大，圍巖應力較低且影響范圍較小，因而破壞失穩總是發生在圍巖強度顯著降低的部位，不穩定的地質標志較為明顯，通常能夠通過一般的地質工作加以研究和評價。 ? 大量的實踐經驗表明，在一般工程隧洞中，圍巖的失穩或破壞通常發生于下述幾類地區 (見表10一 11)。 ? (3)堅硬塊體狀及厚層狀巖體中，為幾組軟弱結構面切割、能于洞頂或邊墻上構成不穩定結構體的部位 。 ? (1)破碎松散巖石或軟弱的塑性巖類分布區，包括巖體中的風化、構造破碎帶以及風化速度快、力學強度低、遇水易于軟化、膨脹或崩解的鉆土質巖類的分布地帶； ? (2)碎裂結構巖體及半堅硬的薄層狀結構巖體分布區 ? 10． 4． 3地下洞室圍巖錫定性的定量評價 ? 對于高地應力區內的地下洞室，或埋深、規模大的地下洞室，由于圍巖應力的作用顯著增強，不穩定的地質標志比較難于掌握，因此，除一般的地質工作之外， 還必須進行巖體力學方面的研究和計算，以便對地下洞室圍巖的穩定性作出定量評價，所采用酌方法通常有解拆分襖法，赤平極射投影分橋方法以及數值模擬研究方法等，現分別討論如下： ? 圍巖穩定性的解析分析方法 ? 1．均質或似均質圍巖的穩定性驗算 ? 2．含有單一 (或一組 )軟弱結構面的圍巖的穩定性驗算 ? 3．頂拱圍巖中簡革結構塊體穩定性的驗算 ? 地下洞室圍巖變形量測的方法及應用 ? 地下洞室圍巖的支護措施 ? 如前所述，報建的地下洞室圍巖如果不穩定，就需設計相應的支襯結構來進行加固。常用的支襯結構有 支撐、襯砌、錨桿支護以及“錨桿 — 噴射混凝土”聯合文護 等類型。 ? 支撐是臨時性保護困巖的結機主要是用木結構的或鋼結構的支架把圍巖支摻起來。 ? 當開挖局部嚴重不穩定地段時，常作為施工中的臨時性保護措施采用之。 演講完畢，謝謝觀看！