文档介绍：第十章第十章地下洞室围岩稳定性的工程地质分析地下洞室围岩稳定性的工程地质分析
基本概念及研究意义基本概念及研究意义
为各种目的修建征地层之内的中空通道或中为各种目的修建征地层之内的中空通道或中
空洞宣统称为地空洞宣统称为地FF洞室,包括矿山坑道、铁路隧道、洞室,包括矿山坑道、铁路隧道、
水工隧洞、地下发电站厂房、地下铁道及地下停水工隧洞、地下发电站厂房、地下铁道及地下停
车场、地下储油库、地下弹道导弹发射井、以及车场、地下储油库、地下弹道导弹发射井、以及
地下飞机库等。虽然它们规模不等,但都有一个地下飞机库等。虽然它们规模不等,但都有一个
共同的特点,就是都要在岩体内开挖出具有一定共同的特点,就是都要在岩体内开挖出具有一定
横断面积和尺寸、并有较大廷伸长度的洞子。所横断面积和尺寸、并有较大廷伸长度的洞子。所
以周围岩层的稳定性就决定着地下建筑的安全和以周围岩层的稳定性就决定着地下建筑的安全和
正常使用条件。正常使用条件。
地下洞室开挖之前,岩体处于一定的应力平地下洞室开挖之前,岩体处于一定的应力平
衡状态,开挖使洞室周围岩体发生卸荷回弹和应衡状态,开挖使洞室周围岩体发生卸荷回弹和应
力重新分布。力重新分布。
如果围岩足够强固,不会因卸荷回弹和应力状态如果围岩足够强固,不会因卸荷回弹和应力状态
的变化而发生显著的变形和破坏,那么,开挖出的变化而发生显著的变形和破坏,那么,开挖出
的地下洞室就不需要采取任何加固措施而能保持的地下洞室就不需要采取任何加固措施而能保持
稳定。稳定。
但是,有时或因洞室周围岩体应力状态的变化但是,有时或因洞室周围岩体应力状态的变化
大,或因岩体强度低,以致围岩适应不了回弹应大,或因岩体强度低,以致围岩适应不了回弹应
力和重分布应力的作用而丧失其稳定性。此时,力和重分布应力的作用而丧失其稳定性。此时,
如果不加固或加固而末保证质量,都会引起破坏如果不加固或加固而末保证质量,都会引起破坏
事故,对地下建筑的施工和运营造成危害。事故,对地下建筑的施工和运营造成危害。
地下开挖后围岩应力的重分布地下开挖后围岩应力的重分布
围岩应力重分布的一般特点围岩应力重分布的一般特点
如前所述,任何岩体在天然条件下均如前所述,任何岩体在天然条件下均
处于一定初始应力状态,岩体内任何一点处于一定初始应力状态,岩体内任何一点
的初始应力状态的初始应力状态((常称为原岩应力常称为原岩应力))通常可通常可
以垂直正应力以垂直正应力((通常为主应力通常为主应力))通常以垂直通常以垂直
正应力和水平正应力来表示:正应力和水平正应力来表示:
σσv==σσv0++γγhh
σσh=N σσv
式中:式中:σσv0值可以是零,也可以是常数值可以是零,也可以是常数
由上式可知,岩由上式可知,岩体内的初始应力随深度而变化体内的初始应力随深度而变化,,
因而对于具有一定尺寸的地下洞室来说,其垂直剖面因而对于具有一定尺寸的地下洞室来说,其垂直剖面
上各点的原岩应力大小是不等的,即地下洞室在上各点的原岩应力大小是不等的,即地下洞室在岩体岩体
内将是处在一种非均匀的初始应力场中内将是处在一种非均匀的初始应力场中。但是按照森。但是按照森
维南原理,由开挖洞室引起的应力状态的重大变化局维南原理,由开挖洞室引起的应力状态的重大变化局
限在洞周一定范围之内。通常此范围等于地下洞室横限在洞周一定范围之内。通常此范围等于地下洞室横
剖面中最大尺寸的剖面中最大尺寸的33——55倍倍[[如图如图1010一一2(2(a)]a)],,习惯上将习惯上将
此范围内的岩体称为此范围内的岩体称为““围岩围岩””。如果此范围不超出地。如果此范围不超出地
表,为简化图岩应力的计算,就可没有严重误差地假表,为简化图岩应力的计算,就可没有严重误差地假
定,在定,在洞室的整个影响带内岩体的初始应力状态洞室的整个影响带内岩体的初始应力状态与与洞洞
中心处是一样的中心处是一样的,这样,就可按图,这样,就可按图1010一一2(2(b)b)所示的均所示的均
匀应力场来处理围岩应力的计算。实际上,岩石力学匀应力场来处理围岩应力的计算。实际上,岩石力学
中围岩应力的近似计算都是根据这种假定进行的。中围岩应力的近似计算都是根据这种假定进行的。
围岩应力重分布的主要特征是:围岩应力重分布的主要特征是:
径向应力径向应力随着向自由表面的接近而逐渐减随着向自由表面的接近而逐渐减
小,至洞壁处变为零。小,至洞壁处变为零。
切向应力切向应力在一些部位愈接近自由