软岩工程力学-1

《软岩工程力学-1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、软岩工程力学J1绪论1.1软岩工程力学的概念软岩工程系指与塑性大变形工程岩体有关的岩体工程，如软岩边坡工程、软岩隧道及软岩巷道工程等⑴。煤与沉积岩体共生，沉积岩体与火成岩体、变质岩体比较，往往是强度低、变形较大，特别是沉积岩岩体中与煤系地层共生的砂质页岩、泥岩、泥质砂岩类岩体更是如此。因此，煤矿软岩巷道工程更为突出。本书的软岩工程一词，主要指煤矿软岩巷道工程，简称软岩工程。软岩工程的研究任务，就是研究软岩巷道的变形力学机制及软岩巷道的支护对策技术。软岩工程力学是近年来发展起来的，是与岩石力学有关的一门新兴力学分支，它是借助工程地质学和大变形力学

2、的集成分析方法，研究在工程力扰动作用影响范I韦I内软岩工程岩体的力学行为的科学。软岩工程力学一方面强调地质体受地质过程和地质建造的影响，其力学行为有过去地质构造的烙印；另一方面，软岩工程力学强调工程扰动力的作用以及工程岩体在英作用下所发生的显著塑性变形。显著的塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用，它包含显著的弹性变形、粘弹塑性变形、连续变形和非连续变形等。受扰动作用影响范围内的工程岩体是软岩工程力学研究的主要对象，包括岩块、结构面及其空间组合特征。软岩工程力学是研究和解决软岩工程问题的理论基础。1

3、.2软岩工程力学的研究现状1.2.1软岩巷道支护理论本世纪初发展起來的以海姆(Haim.A)、朗金(Rankine.W.J.M)和金尼克(nhhk,A.H.)理论[2]为代表的古典压力理论作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重量?H。其不同之处在于：海姆认为侧压系数为1,朗金根据松散体理论认为是tg2(45???/2)°,而金尼克根据弹性理论认为是?/(1??),其中？、？、？分别表示岩体的泊松比、内摩擦角和容重。但是随着开挖深度的增加，人们发现古典压力理论许多方面都有不符合实际Z处，于是，坍落拱理论应运而生，其代表有太沙基(Terzaghi.

4、K.)和普氏(M・M.nPOTOH^SIKOHOe)理论⑶。坍落拱理论认为：坍落拱的高度与地下工程跨度和围岩性质有关。太沙基认为坍落拱形状为矩形，而普氏则认为坍落拱形状呈抛物线形。坍落拱理论的最大贡献是提出巷道围岩具冇自承能力。50年代以来，人们开始用弹塑性力学来解决巷道支护问题，其中最著名的是芬纳(Fenner)[4]公式和卡斯特纳(Kasterner.H.)⑸公式。60年代，奥地利工程师L.V.Rabcewicz在总结前人经验的基础上，提出了一种新的隧道设计施工方法，被称为新奥地利隧道施工方法(NewAustrianTunnelingMet

5、hod),简称新奥法(NATM)[6],新奥法目前已成为地下工程的主耍设计施工方法Z-O1978年，米勒教授比较全面地论述了新奥法方法的基本指导思想和主要原则，并将其概括为22条。1980年，奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为：“在岩体或土体中设置的使地下空间的周围岩体形成一个中空筒状支承环结构为冃的的设计施工方法。”新奥法的核心是利用围岩的自承作用来支撑隧道，促使围岩本身变为支护结构的重要组成部分,使围岩与构筑的支护结构共同形成为坚固的支承环。新奥法自奥地利起源Z后，先后在欧洲诸国，特别是在意大利、挪威、瑞典、德国、法国、英国、芬兰

6、等大量修建山地与城市隧道的国家得以应用与发展，然后世界各国，特别是亚洲的日本、中国、印度；北美的美国、加拿大；南美的巴西、智利；非洲的南非、莱索托以及澳洲的澳大利亚。新西兰等国家都成功地把它应用于一些不同地质情况下的隧道施工之中。并口从最初的隧道施工扩展到采矿、冶金、水力电力等其它岩土工程领域。虽然新奥法的应用己如此广泛，但不同的应用者对它的解释还存在着许多矛盾[7-9]o实际工程中存在着一种倾向，就是肓目地把新奥法应用于不适宜的地质条件，从而使这些巷道工程岀现这样或那样的问题。这种情况在我国也同样存在，尤其是煤矿，人们对软岩的物理含义和力学性

7、质理解不够、对利用仪器进行巷道变形及荷载测量的重要性认识不足，不仅时常出现不合理地套用新奥法理论来解释煤矿采动影响巷道、极软弱膨胀松散围岩巷道的支护机理,而且也出现过因应用新奥法不当，而造成锚喷或锚喷网支护的巷道大面积垮落、坍塌等事故，导致人力、物力的巨大浪费与损失。日本山地宏和樱井春辅提岀了围岩支护的应变控制理论⑵。该理论认为：隧道围岩的应变随支护结构的增加而减小，而容许应变则随支护结构的增加而增大。因此，通过增加支护结构，能较容易地将围岩应变控制在容许应变范围之内。支护结构的设计则是在由工程测量结果确定了对应于应变的支护工程的感应系数后确定

8、的。70年代，萨拉蒙(M・D.Salamon)等人又提出了能量支护理论[2],该理论认为：支护结构与围岩相互作用、共同变形，在变形过程中，围岩释放一部