岩石力学课件--9..围岩稳定.ppt

引言 安全生产是关系国计民生的头等大事 隧道（洞）工程是高风险行业 每年，地下工程施工中由于设计、施工不当引发的塌方事故造成的人员伤亡上万、国家财产损失几十亿 8. 地下工程围岩稳定性 8.1 围岩与衬砌应力分布的弹性力学分析 8.2 弹塑性力学分析法 8.3 围岩压力 8.4 隧道支护与新奥法 8.5 块体理论应用实例 8.6 存在的问题 一、围岩压力的基本概念 狭义围岩压力：围岩作用于支护上的压力，也称山岩压力。（围岩和支护被看成独立的两个体系） 广义围岩压力：支护与围岩是一个共同体，二次应力的全部作用力视为围岩压力。 1、松动压力：松动脱落围岩，作用在支护上的岩体的自重荷载（自然拱、掉块，……）及时支护减小松动范围、控制松动区发展。 2、变形压力 阻止围岩塑性变形时，作用在支护上的压力。 3、冲击压力：岩体中的能量突然释放（岩爆）所形成的压力。 4、膨胀压力：围岩膨胀所形成的压力 只有松动压力和塑性变形压能够计算。 二、太沙基的围岩压力计算方法 由单元体的平衡条件推出围岩压力 1、基本假设 （1）认为岩体是松散体，但存在一定的粘聚力，且服从库仑准则： （2）围岩的滑移模式和外力情况如图所示 三、影响围岩压力的因素 1、地质方面的因素（自然属性） （1）完整性或破碎程度。 （2）结构面的产状、分布密度、力学性质、充填物性质及其充填状态。 （3）地下水的活动状况。 （4）岩体的性质和强度。 2、工程方面的因素 （1）洞室的形状和尺寸 2、工程方面的因素 （3）洞室的位置、尺度和覆盖层厚度。 （4）施工中的技术措施。 例如，控制爆破（光、预裂） 开挖顺序 （5）洞室的轴线走向 1、围岩整体稳定，可能有局部掉落。 　（爆破震动、局部裂隙切割） 2、脆性断裂破坏 　拉裂破坏，一般在洞顶。 3、松散、冒顶、片帮→自然拱 4、围岩膨胀底鼓 5、形成塑性滑移面 “新奥地利隧道施工法”（NATM－New Australia Tunnelling Method）法，由奥地利学派创始人之一米勒教授提出的。包括三方面的内容： 1、支护-围岩共同作用原理。 2、柔性支护观点/锚喷网综合支护主要支护手段。 3、设计、施工、监测一条龙作业方式。 优点：较好利用岩体力学特性，充分发挥围岩的自身的承载能力，合理设计支护结构和施工顺序。 （3）深埋的水平巷道长度较大时，可作为平面应变问题处理。其它类型巷道，或作为空间问题，或作为全平面应变问题处理。 8.5 块体理论应用实例 荒沟抽水蓄能电站地下厂房系统洞室群围岩稳定性分析 块体理论是近年来发展和完善起来的一种岩体工程稳定性分析方法，它最早是由石根华先生在20世纪70年代提出的。块体理论是基于自然界中岩体为由含大量结构面的岩石所组成的结构体，针对过去将岩体作为弹性的均质连续体而提出的一种完全不同的认识。 块体理论认为，在坚硬和半坚硬的地层中，岩体被结构面切割成各种类型的空间镶嵌块体。在自然状态下，这些块体是稳定的，但当进行地下工程的开挖时，开挖造成的卸荷作用改变了块体原有的平衡，使得块体出现失稳的现象。首先失稳的块体被称作关键块体，其对工程的安全性构成严重威胁。因此，研究块体的稳定性实质就是研究结构面的空间展布特征，进而找出关键块体。 一 基本概念1.1. 块体分类 1.2. 块体定义 (1) 块体：块体，泛指被各类结构面和临空面所切割的岩体。 (2) 无限块体：是指未被结构面和临空面完全切割成孤立体的块体，这类块体虽受结构面和临空面切割，但仍有一部分与母岩相连。(3) 有限块体：被结构面和临空面完全切割成孤立体的块体，亦可称为分离体。有限块体又分为不可动块体和可动块体两类。(4) 不可动块体：不可动块体或称倒楔块体，这类块体沿空间任何方向移动皆受相邻块体阻碍，如果相邻块体不发生移动，它也不可能移动。 (5) 可动块体：可动块体是指沿空间某一方向或若干方向移动而不受相邻块体阻碍的块体，可动块体又分为稳定块体、可能失稳块体和关键块体。(6) 稳定块体：指在工程力和自重作用下，即使滑动面的抗剪强度为零也能保持稳定的块体。(7) 可能失稳块体：可能失稳块体指在工程力和自重作用下，由于滑动面有足够的抗剪强度才保持稳定的块体，若滑动面上的抗剪强度降低，这类块体可能失稳。 (8) 关键块体：关键块体是指在工程力和自重作用下，由于滑动面上的抗剪强度不足于抵御滑动力，若不施加工程锚固措施。必将失稳的块体。 二 分析手段  块体理论按其性质可大致分为作图法和矢量解析法。2.1. 赤平投影解析法 在岩体工程地质力学研究和实践中，主要应用的是