第5章-地下洞室稳定ppt课件.ppt

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1、第五章地下洞室围岩稳定的工程地质分析§5.1地下洞室位置选择的工程地质评价§5.2地下洞室围岩应力的重分布§5.3围岩稳定的工程地质分析§5.4地下洞室支护设计中某些参数选择的评价—山岩压力、弹性抗力§5.5喷锚支护与新奥法黄河小浪底泄洪工程进水口洞群全貌三峡工程左坝段厂房§5.1地下洞室位置选择的工程地质评价(※)工程目的；区域稳定与山体稳定（无大断裂、烈度小于8度）；地形、地层岩性、地质构造、地下水、地应力等工程地质条件。一、地形条件清华书二、地层岩性条件直接影响地下洞室的稳定性；分析沿线地层分布和各类岩石的工程性质，尽量使线路通过强度高的岩石地段；如岩浆岩（）、变质岩()、沉积岩

2、（石灰岩、胶结好的砂岩、砾岩），但进度减慢；弱岩石（），易引起塌方、大变形，对稳定不利。花岗,闪长,辉长,辉绿,玢岩,安山,玄武,流纹片麻,石英,大理凝灰,片岩,千枚,泥岩,板岩,页岩,粘土岩三、地质构造条件（1）褶皱

3、核部不宜，选两翼（2）岩层、结构面产状洞轴线垂直岩层走向或大角度相交清华书洞轴线平行岩层走向或小角度相交岩层倾角<10且岩层较薄倾斜岩层（倾角<30）（3）断层洞室避开断层；垂直断层走向带；避免严重塌方甚至冒顶或涌水现象四、地下水条件治塌先治水排水与防水宜选在地下水位以上的干燥岩体内或地下水量不大、无承压水的岩体内。五、地应力条件地下洞室轴线平行于最大主应力方向或小角度

4、相交，避免边墙产生严重变形或破坏；对圆形洞室，当应力比值系数λ=1时，围岩中压应力分布较均匀，不出现拉应力集中，围岩稳定较好；当λ<1/3或λ>3时，围岩内出现拉应力，压应力集中也较大，对围岩稳定不利。例：λ＝1/4条件下，不同轴比m对应的顶底板和两帮中点处的σθ：可见，椭圆形长轴与原岩最大主应力方向一致时，坑道周边不出现切向拉应力，应力分布较合理，等应力轴比时最好。金川矿实例（华北水院书）§5.2地下洞室围岩应力的重分布一、围岩应力及分布特征（※）rR洞室开挖后，周围岩体失去原来的支撑，开始向洞内位移，引起洞周一定范围内岩体应力改变，重新调整形成新的应力，称为围岩应力。应力状态发生改变的这

5、部分岩体，称围岩；相当于6倍洞半径。R=6r假定岩体是弹性介质，对圆形洞室，水平与垂直应力相同且均为σ时，围岩应力：τrθ=0应力重分布范围3-6倍洞半径上述围岩应力分布规律是假定围岩发生弹性变形，以弹性力学理论推导径向、切向应力。实际上，当围岩应力超过围岩容许强度时，围岩将产生破坏（松动山压）或较大塑性变形（变形山压）。二、围岩的松动圈与承载圈此时若不加支护，松动岩块将坍落；变形会向深部发展，最终形成具有一定范围应力松弛区，称为塑性松动圈（I）。在松动圈形成过程中，原来周边集中的高应力逐渐向深部转移，形成新的应力增高区，该区岩体被挤压紧密，称承载圈（II）。再往外，岩体处于初始应力状态，弹

6、性状态（III）。§5.3围岩稳定的工程地质分析一、围岩稳定的概念（※）是指在一定时间内，在一定的地质力和工程力作用下岩体不产生破坏和失稳。二、围岩稳定的评价（一）解析方法（1）围岩应力小于围岩的容许抗压强度和抗拉强度（均质岩体—节理裂隙化或完整岩体）;Fs一般取2（2）围岩切割的可动块体，其可能滑动面上的抗滑稳定系数大于规范容许的K值（工程安全考虑一般取K≥2，结构面切割岩体）;F滑动力-是指岩块自重、静水压力、动水压力、地震力及地应力等在可能滑动面上产生的滑动分力。T（二）围岩分类法分类名称BQ分类工程岩体分级标准GB50218-94，国标95.7.1计算公式BQ=90+3Rc+250K

7、v[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)参数Rc－岩石单轴饱和极限抗压强度；Kv－岩体完整性指数（岩体速度指数）；K1－地下水影响修正系数；K2－主要软弱结构面产状影响修正系数；K3－初始应力状态影响修正系数。等级划分IBQ或[BQ]＞550IIBQ或[BQ]=550～451IIIBQ或[BQ]=450～351IVBQ或[BQ]=350～251VBQ或[BQ]≤250I类为稳定岩体，围岩可长期稳定；II类基本稳定围岩，不会产生塑性变形，局部会掉块；III类围岩稳定性差，围岩强度不足，局部会产生塑性变形，不支护会产生塌方或变形破坏，完整的较软岩稳定性较好，可定为暂时稳定；IV类不稳定围岩，

8、会发生规模较大的各种变形破坏；V类极不稳定围岩，变形破坏严重。不稳定围岩采用的喷锚支护措施参见有关规范。块体理论-留美学者石根华博士提出，利用赤平极射投影，将洞室周边切割块体的各结构面在吴氏网上投影，初步确定最大可动区域和可动块体，进而判断块体的稳定性。（三）块体理论法（四）弹塑性数值分析方法三、围岩变形破坏类型及其特征1.坚硬完整岩体的脆性破裂开挖洞室，一般稳定；但在高应力区常发生岩爆现象（岩体积累的弹性应