巖體力學教學課件 第五章 地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析

巖體力學教學課件第五章地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析目錄contents地下洞室圍巖穩(wěn)定性概述地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析方法地下洞室圍巖穩(wěn)定性評價地下洞室圍巖失穩(wěn)案例分析提高地下洞室圍巖穩(wěn)定性的措施01地下洞室圍巖穩(wěn)定性概述指地下洞室周邊巖體在各種應力作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。圍巖穩(wěn)定性定義圍巖穩(wěn)定性是地下洞室設計和施工的關鍵因素，直接關系到工程的安全性和經(jīng)濟效益。圍巖穩(wěn)定性重要性圍巖穩(wěn)定性的定義與重要性地層巖性是影響圍巖穩(wěn)定性的根本因素，不同巖性的地層具有不同的物理、力學性質和穩(wěn)定性。地層巖性地質構造如斷層、節(jié)理、裂隙等對圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，破壞巖體的完整性。地質構造地下水活動對圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，可降低巖體強度、增加變形和破壞的可能性。水文地質條件施工方法和支護措施對圍巖穩(wěn)定性具有重要影響，合理的施工方法和支護措施可以提高圍巖穩(wěn)定性。施工方法與支護措施影響圍巖穩(wěn)定性的因素通過對圍巖穩(wěn)定性進行分析，評估洞室周邊巖體的穩(wěn)定狀態(tài)，預測可能出現(xiàn)的變形和破壞，為工程設計和施工提供依據(jù)。目的圍巖穩(wěn)定性分析有助于確保地下洞室工程的安全性，減少工程風險，提高經(jīng)濟效益和社會效益。同時，通過分析圍巖穩(wěn)定性，還可以為巖石力學學科的發(fā)展提供實踐經(jīng)驗和理論支持。意義圍巖穩(wěn)定性分析的目的與意義02地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析方法數(shù)值分析方法有限元法通過離散化的數(shù)值計算方法，將連續(xù)的巖體離散成有限個單元，并建立數(shù)學模型，對圍巖的應力、應變和位移進行計算和分析。有限差分法將連續(xù)的巖體離散成有限個差分網(wǎng)格，通過差分方程近似描述巖體的運動規(guī)律，對圍巖的穩(wěn)定性進行計算和分析。邊界元法基于邊界積分方程的數(shù)值方法，適用于求解具有復雜邊界條件的圍巖穩(wěn)定性問題。無單元法不需對巖體進行離散，而是通過節(jié)點信息直接建立數(shù)學模型，對圍巖的穩(wěn)定性進行計算和分析。使用與實際巖體相似的材料制作模型，模擬圍巖的實際應力狀態(tài)和變形過程，對圍巖的穩(wěn)定性進行試驗和分析。相似材料模型試驗利用離心力模擬地心應力狀態(tài)，制作小尺度模型進行圍巖穩(wěn)定性試驗。離心模型試驗在振動臺上模擬地震等動力作用下的圍巖穩(wěn)定性問題。振動臺模型試驗通過壓密實的方法模擬圍巖在受力狀態(tài)下的變形和破壞過程。壓密實試驗物理模擬方法極限平衡法赤平投影法塊體理論關鍵塊體分析法解析方法01020304基于力的平衡原理，通過分析巖體的滑移、傾倒等極限狀態(tài)，對圍巖的穩(wěn)定性進行評估。利用赤平投影原理，對巖體的節(jié)理、斷層等結構面進行投影分析，評估圍巖的穩(wěn)定性。將巖體離散成若干個塊體，基于塊體的運動規(guī)律和相互作用，對圍巖的穩(wěn)定性進行分析。通過分析關鍵塊體的運動規(guī)律和相互作用，評估圍巖的整體穩(wěn)定性。制作小尺度模型，模擬實際地質構造和受力狀態(tài)，對圍巖的穩(wěn)定性進行試驗和分析?？s尺模型試驗原位試驗離心機試驗在地下洞室施工現(xiàn)場進行原位試驗，直接觀測圍巖的變形和破壞過程。利用離心機模擬地心應力狀態(tài)，對圍巖進行加卸載和擾動試驗。030201地質力學模型試驗03地下洞室圍巖穩(wěn)定性評價

圍巖穩(wěn)定性評價標準圍巖分類根據(jù)圍巖的完整程度、巖石性質、地下水條件等因素，將圍巖分為不同等級，如堅硬、較堅硬、軟弱等。巖石力學性質圍巖的巖石力學性質是影響圍巖穩(wěn)定性的重要因素，包括巖石的抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度等指標。結構面特征圍巖中存在的結構面（如斷層、節(jié)理等）對圍巖穩(wěn)定性有顯著影響，需考慮結構面的分布、產(chǎn)狀、連通性等因素。對地下洞室圍巖進行詳細的地質勘察，獲取圍巖的巖石性質、結構面特征、地下水條件等基礎數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場調查數(shù)值模擬分析穩(wěn)定性評價支護設計利用數(shù)值模擬軟件對圍巖進行應力分析、位移分析、穩(wěn)定性分析等，預測圍巖在不同工況下的穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)場調查和數(shù)值模擬分析結果，對圍巖的穩(wěn)定性進行評估，確定圍巖的穩(wěn)定等級和安全系數(shù)。根據(jù)圍巖穩(wěn)定性評價結果，進行支護設計，包括錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等支護措施的選擇和設計。圍巖穩(wěn)定性評價流程位移監(jiān)測應力監(jiān)測聲發(fā)射監(jiān)測預警系統(tǒng)圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測與預警系統(tǒng)通過應力傳感器對圍巖的應力狀態(tài)進行監(jiān)測，包括壓應力、拉應力和剪應力。通過聲發(fā)射傳感器監(jiān)測圍巖中的聲發(fā)射事件，判斷圍巖是否處于破裂失穩(wěn)的前兆。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性評價結果，建立預警系統(tǒng)，當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預設閾值時，發(fā)出預警信號，及時采取應對措施。通過位移傳感器對圍巖的位移量進行實時監(jiān)測，包括水平位移和垂直位移。04地下洞室圍巖失穩(wěn)案例分析在此添加您的文本17字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字工程地質條件復雜該水電站地下廠房位于工程地質條件復雜的山區(qū)，巖體中存在多組結構面和軟弱夾層，導致圍巖穩(wěn)定性較差。地下水作用影響廠房靠近地下水位，圍巖長期受到地下水滲透壓力作用，降低了巖石的抗剪強度，加速了圍巖失穩(wěn)。設計施工不當設計時未能充分考慮圍巖的復雜性和地質條件的不確定性，施工時對地質勘查資料掌握不足，導致支護措施不當，引發(fā)圍巖失穩(wěn)。案例一：某水電站地下廠房圍巖失穩(wěn)案例二：某高速公路隧道圍巖失穩(wěn)淺埋偏壓該高速公路隧道穿越淺埋地段，受到較大偏壓力作用，加之隧道跨度較大，使得圍巖難以保持穩(wěn)定。節(jié)理裂隙發(fā)育施工方法不當施工過程中未能采取適當?shù)拈_挖和支護方法，對圍巖擾動較大，導致圍巖應力重分布不均，引發(fā)失穩(wěn)。隧道圍巖中存在大量節(jié)理裂隙，降低了巖石的整體性和穩(wěn)定性，容易引發(fā)圍巖失穩(wěn)。地應力作用顯著金屬礦地下開采過程中，地應力作用對圍巖穩(wěn)定性影響顯著，高地應力可能導致圍巖變形和破壞。采空區(qū)處理不當金屬礦開采后未能及時處理采空區(qū)，導致采空區(qū)頂板垮塌，進而引發(fā)周邊圍巖失穩(wěn)。地下水與礦坑充填處理不當?shù)V坑充填不密實或排水措施不當，可能導致地下水與礦坑充填物相互作用，降低圍巖穩(wěn)定性，引發(fā)失穩(wěn)。案例三：某金屬礦地下開采圍巖失穩(wěn)05提高地下洞室圍巖穩(wěn)定性的措施通過在圍巖中打入錨桿，提高圍巖的整體性和穩(wěn)定性，防止巖體崩塌。錨桿加固通過向圍巖裂隙中注入漿液，使圍巖膠結成一個整體，提高其承載能力。注漿加固降低地下水位，減少水壓力對圍巖的影響，提高圍巖穩(wěn)定性。排水降壓工程措施在洞室內設置支撐結構，如混凝土拱、鋼拱等，以承受圍巖壓力。設置支撐結構根據(jù)圍巖應力分布情況，合理調整洞室斷面形狀，降低應力集中程度。調整洞室斷面形狀在洞室周邊設置防爆層，以減輕爆炸等突發(fā)事件對圍巖穩(wěn)定性的影響。設置防爆層結構措施施工監(jiān)測在施工