巖體邊坡穩(wěn)定性分析.ppt

1、,第六章 巖體邊坡穩(wěn)定性分析,第七章 地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析,謝文揚(yáng),第一節(jié) 巖體結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 巖體邊坡穩(wěn)定性分析,第六章,1995年，巴東縣二道溝、三道溝滑坡造成縣城部分道路橋梁被毀。,湖北秭歸縣千將坪滑坡（2003年），體積2400萬(wàn)立方米，造成24人死亡或失蹤及重大經(jīng)濟(jì)損失。,巖體巖體是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過(guò)程中形成的，具有一定的結(jié)構(gòu)特征，并與工程建筑有關(guān)的天然地質(zhì)體。,結(jié)構(gòu)面巖體由一種或多種巖石組成，甚至可以是不同成因巖石的組合體，并在其形成過(guò)程中經(jīng)受了構(gòu)造變動(dòng)、風(fēng)化等各種內(nèi)外力地質(zhì)作用的破壞與改造。因此，巖體被層面、節(jié)理、斷層、片理等各種地質(zhì)界面所切割，使其成為具有一定結(jié)構(gòu)的多裂隙體。把

2、切割巖體的這些地質(zhì)界面稱為結(jié)構(gòu)面。,巖體裂隙發(fā)育，將造成巖體邊坡的不穩(wěn)定性。,巖體的多裂隙性特點(diǎn)決定了巖體與巖石（單一巖塊）的工程地質(zhì)性質(zhì)有明顯不同。兩者最根本的區(qū)別，就是巖體中的巖石被各種結(jié)構(gòu)面所切割。這些結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度與巖石相比要低得多，并且破壞了巖石的連續(xù)性和完整性。,巖體的工程性質(zhì)：首先取決于這些結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)，其次才是組成巖體的巖石性質(zhì)。 因此在工程中，研究巖體的特性比研究單一巖塊的特性更為重要。,第一節(jié) 巖體結(jié)構(gòu)分析,巖體結(jié)構(gòu)指巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩個(gè)要素的組合特征。 結(jié)構(gòu)面 ： 結(jié)構(gòu)體：,巖體中各種地質(zhì)界面包括物質(zhì)分界面、斷裂面、軟弱夾層和溶蝕面，規(guī)模大者如斷層帶，小者如節(jié)理統(tǒng)稱為結(jié)

3、構(gòu)面。,結(jié)構(gòu)體是由不同產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面組合起來(lái)，將巖體切割成各種形狀的單元塊體。,一、巖體結(jié)構(gòu)面,巖體結(jié)構(gòu)面使巖體應(yīng)力發(fā)生改變，影響巖體的強(qiáng)度、力學(xué)連續(xù)性以及變形特征，使巖體工程地質(zhì)產(chǎn)生各向異性的特點(diǎn)。因此，對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面的研究及其重要。,（一）結(jié)構(gòu)面的類型及特征 1、巖體結(jié)構(gòu)面 1、原生結(jié)構(gòu)面 2、火成結(jié)構(gòu)面 3、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面 1、張性斷層 2、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面 2、壓性斷層 3、扭性斷層 1、風(fēng)化裂隙 3、次生結(jié)構(gòu)面 2、卸荷裂隙,對(duì)結(jié)構(gòu)面特征的研究?jī)?nèi)容主要包括：結(jié)構(gòu)面的生成年代，規(guī)模、形態(tài)與粗糙度、密集程度、連通性、張開(kāi)度與填充膠結(jié)情況、產(chǎn)狀及組合關(guān)系、力學(xué)性質(zhì)等。,結(jié)構(gòu)面的生成年代 結(jié)構(gòu)面的生成年代

4、是主要針對(duì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)面而言的。,結(jié)構(gòu)面的規(guī)模 結(jié)構(gòu)面的類型不同，其規(guī)?？梢圆坏?，甚至是同一類型的結(jié)構(gòu)面，其規(guī)模也 可以相差很大。 不同類型、不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)面，對(duì)工程的影響是不一樣的，對(duì)具體工程要具 體分析，有時(shí)小規(guī)模的結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體穩(wěn)定也可起控制作用。 結(jié)構(gòu)面的形態(tài)與粗糙度 各種結(jié)構(gòu)面的形態(tài)與粗糙度是不同的，因而對(duì)巖體強(qiáng)度的影響也是不同的， 常見(jiàn)的形態(tài)有：平直的、鋸齒狀或不規(guī)則的結(jié)構(gòu)面等，根據(jù)粗糙度可將結(jié)構(gòu)面劃 分為鏡面的、滑面的和糙面的等類型。,（二）結(jié)構(gòu)面的特征,結(jié)構(gòu)面的連通性 結(jié)構(gòu)面的連通性是指在某一定空間范圍內(nèi)的巖體中，結(jié)構(gòu)面的走向、傾向方向 上的連通程度。 結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)度與填充膠結(jié)情況

5、結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)度是指結(jié)構(gòu)面的兩壁離開(kāi)的距離，按其大小可分為四級(jí)。 閉合的：張開(kāi)度小于0.2mm； 微張的：張開(kāi)度0.2-1.0mm； 張開(kāi)的：張開(kāi)度1.0-5.0mm； 寬張的：張開(kāi)度大于5.0mm。 結(jié)構(gòu)面的填充膠結(jié)情況對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響很大。 結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及組合關(guān)系 結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì),結(jié)構(gòu)面的密集程度 結(jié)構(gòu)面的密集程度對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)影響很大，決定著巖體變形和破壞的力學(xué) 機(jī)制，直接控制巖體的完整性和力學(xué)性質(zhì)，也影響巖體的滲透性。,（三）軟弱夾層的特征 軟弱夾層是具有一定厚度的特殊的巖體軟弱結(jié)構(gòu)面。它與周圍巖體相比，具有顯著低的強(qiáng)度和顯著高的壓縮性。在巖體中只占很少的數(shù)量，卻是巖體中最關(guān)鍵部位

6、。,如沉積巖中常夾有泥灰?guī)r、泥頁(yè)巖或炭質(zhì)頁(yè)巖，稱為沉積結(jié)構(gòu)型軟弱夾層。其特點(diǎn)是：,厚度薄，層數(shù)較多，巖相變化顯著，常呈尖滅和互層，對(duì)水的作用敏感。變質(zhì)型的軟弱夾層多有絹云母等片狀礦物，遇水潤(rùn)滑。,構(gòu)造型軟弱夾層多為層間破碎軟弱夾層，有構(gòu)造角礫巖、糜棱巖和斷層泥等。 風(fēng)化型軟弱夾層常帶有局部性質(zhì)，其分布規(guī)律隨地形地質(zhì)條件、裂隙產(chǎn)狀和水的作用等因素而定。其中泥化夾層多為構(gòu)造裂隙和層間錯(cuò)動(dòng)帶，它是在長(zhǎng)期的地下水和風(fēng)化作用下形成的。夾層中的黏土礦物含水率較大時(shí)，在軟塑狀態(tài)下其工程性質(zhì)最差。 在工程建設(shè)中，經(jīng)常遇到的重大的工程地質(zhì)問(wèn)題之一就是軟弱夾層。,（四）結(jié)構(gòu)面的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)和表示方法 為了反映結(jié)構(gòu)面

7、的分布規(guī)律及其對(duì)巖體穩(wěn)定性的影響，需要進(jìn)行野外調(diào)查和室內(nèi)資料整理工作，并用統(tǒng)計(jì)圖的形式把巖體結(jié)構(gòu)面的分布情況表示出來(lái)，下面以裂隙的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)和表示方法為例進(jìn)行說(shuō)明。 調(diào)查裂隙時(shí)，應(yīng)先在調(diào)查區(qū)選取有代表性的基巖露頭，對(duì)一定面積內(nèi)的裂隙，按表6-3所列內(nèi)容進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)應(yīng)注意研究裂隙的力學(xué)性質(zhì)。測(cè)量裂隙產(chǎn)狀的方法與測(cè)量巖層產(chǎn)狀的方法相同。,二、巖體結(jié)構(gòu)的類型及特征 結(jié)構(gòu)及其分類 由各種成因的結(jié)構(gòu)面組合將巖體分割成大小、形狀不同的單元塊體稱為巖體結(jié)構(gòu)體。 一般就常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體所呈現(xiàn)的各種形狀加以簡(jiǎn)化， 可以大致歸納為柱狀、塊狀、楔形、菱形和錐形等六種基本形態(tài)。,巖體結(jié)構(gòu)類型及特征 巖體結(jié)構(gòu)分為六種類型

8、： 1、塊狀結(jié)構(gòu) 2、鑲嵌結(jié)構(gòu) 3、碎裂結(jié)構(gòu) 4、層狀結(jié)構(gòu) 5、層狀碎裂結(jié)構(gòu) 6、散體結(jié)構(gòu),（1）塊狀結(jié)構(gòu)： （2）層狀結(jié)構(gòu)： （3）碎裂結(jié)構(gòu)：,組成顆粒均勻致密各向同性，如花崗巖、閃長(zhǎng)巖、石英巖、大理巖等。,是沉積巖的特有結(jié)構(gòu)，由于沉積物質(zhì)成分的變換或積間斷，表現(xiàn)出軟硬互層各向異性和橫向滲透性較大的特性。,由于構(gòu)造破壞和風(fēng)化作用而形成，一般含有多組密集結(jié)構(gòu)面的巖體，巖體常被分割成碎塊狀。,三、巖體工程地質(zhì)分類及工程地質(zhì)特性,巖體工程地質(zhì)分類 由于不同結(jié)構(gòu)類型巖體的巖石質(zhì)量不同，而且在水和風(fēng)化作用等的參與和影響下，巖體工程性質(zhì)將變得極為復(fù)雜并相差懸殊。 巖體的工程地質(zhì)分類是從工程角度出發(fā)，根據(jù)

9、巖體的內(nèi)在特征，將其分為工程地質(zhì)性質(zhì)相類似的各種類別，并對(duì)各類巖體的質(zhì)量給予定性和定量的評(píng)價(jià)。 目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于巖體的工程地質(zhì)分類方案有十幾種，從分類的目的和考慮的因素來(lái)看，可歸結(jié)為一般性分類（綜合性分類）和專門(mén)性分類。 巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）分類法 按巖體結(jié)構(gòu)類型的分類 巴頓巖體分類 巖體質(zhì)量指標(biāo)（RMQ）分類法 巖體的工程地質(zhì)特性 火成巖的工程地質(zhì)特性 火成巖在我國(guó)廣泛分布，最為常見(jiàn)的是花崗巖和玄武巖?；鸪蓭r具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，可作為各種建筑物良好的地基及天然建筑材料，但由于各類火成巖在礦物組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等方面存在很大的差異。 深成巖：深成巖多為巖基、巖株等大型侵入體，顆粒粗大均勻，致密

10、堅(jiān)硬，孔隙很少，裂隙較不發(fā)育，力學(xué)強(qiáng)度高，巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)一般較好，常被選為大型建筑物地基。,淺成巖：淺成巖多為巖床、巖墻、巖脈等小型侵入體，巖石多呈斑狀結(jié)構(gòu)和中一細(xì)粒均粒結(jié)構(gòu)。 噴出巖：噴出巖為火山噴出的熔巖流冷凝而成，巖石顆粒很細(xì)，常為致密結(jié)構(gòu)，并且多有氣孔構(gòu)造，杏仁構(gòu)造，酸性熔巖具流紋構(gòu)造。 沉積巖的工程地質(zhì)特性 沉積巖普遍具有層理構(gòu)造，其工程地質(zhì)性質(zhì)變化較大，具有明顯的各向異性。 1）火山碎屑巖 2）膠結(jié)碎屑巖 3) 黏土巖 4) 化學(xué)-生物巖 變質(zhì)巖的工程地質(zhì)特性 變質(zhì)巖一般年代較老，經(jīng)受多次構(gòu)造變動(dòng)，斷裂多，易風(fēng)化，完整性差，常不均一。,第二節(jié) 巖體邊坡穩(wěn)定性分析,一、巖體邊坡破

11、壞形式及影響邊坡穩(wěn)定的因素 二、巖體邊坡穩(wěn)定性分析方法,（一）巖體邊坡破壞形式,松動(dòng)張裂：邊坡在側(cè)向應(yīng)力減弱之后，由于卸荷回彈而出現(xiàn)張開(kāi)裂隙的現(xiàn)象(上寬下窄） 蠕動(dòng)：邊坡巖體在重力作用下，向臨空方向發(fā)生的一種緩慢變形現(xiàn)象 剝落：層層脫離母體沿斜坡滾落堆積于坡腳的現(xiàn)象 崩塌：陡峭的邊坡上部被多組結(jié)構(gòu)面切割的巖塊在失穩(wěn)之后，因重力作用傾倒、翻滾、墜落的現(xiàn)象 滑坡：邊坡上的巖體沿一組或多組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切破壞的現(xiàn)象,松弛張裂,蠕動(dòng),崩塌,滑坡,（二）影響巖體邊坡穩(wěn)定的因素,巖性 地質(zhì)構(gòu)造及巖體結(jié)構(gòu) 巖石風(fēng)化程度 水的作用 地震 地形地貌 地應(yīng)力 人類活動(dòng),水的作用 1、增加了邊坡巖體的水下容重，加大了

12、下滑力 2、產(chǎn)生水的軟化、泥化及潤(rùn)滑作用 3、產(chǎn)生靜水壓力或動(dòng)水壓力 4、水流的沖刷作用,二、巖體邊坡穩(wěn)定性分析方法,（一）工程地質(zhì)定性分析 1.工程地質(zhì)類比法 2.圖解法【極射赤平投影圖解法】 赤平投影是將物體三維空間的產(chǎn)狀表現(xiàn)在平面上的一種投影方法，即利用球體作投影工具，通過(guò)球心作一赤道平面，把已知的點(diǎn)、線、面，從球體中心投影到球面上去，得到球面投影；然后把球面投影轉(zhuǎn)換成赤平投影。,（一）工程地質(zhì)定性分析 研究對(duì)象：地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造與結(jié)構(gòu)面、地下水、不良地質(zhì)現(xiàn)象等因素進(jìn)行綜合調(diào)查和研究，由此判斷巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性 1、工程地質(zhì)類比法 內(nèi)容：對(duì)已有邊坡的破壞現(xiàn)象進(jìn)行廣泛的調(diào)查研究，

13、了解其變形特征、發(fā)展規(guī)律、影響因素及成因等，然后結(jié)合所要研究的邊坡進(jìn)行對(duì)比，分析其工程地質(zhì)條件的相似性和差異性，據(jù)此判斷巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性 2、圖解法,1）一組結(jié)構(gòu)面的邊坡穩(wěn)定性分析 由一組結(jié)構(gòu)面構(gòu)成的邊坡穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀（走向、傾向、傾角）和邊坡的坡向、坡腳有直接關(guān)系。,（二）巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定計(jì)算 計(jì)算原理：在定性分析基礎(chǔ)上采用靜力學(xué)的剛體極限平衡原理進(jìn)行計(jì)算的，主要考慮滑動(dòng)力和抗滑力之間的相互關(guān)系。 K=F/T K穩(wěn)定系數(shù) F抗滑動(dòng)力 T滑動(dòng)力 當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)K1時(shí)，邊坡穩(wěn)定；相反，不穩(wěn)定,滑動(dòng)面為折線時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算主要運(yùn)用：傳遞系數(shù)法及剩余推力法,第七章 地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析,第一節(jié) 圍巖壓

14、力 第二節(jié) 圍巖的變形與破壞 第三節(jié) 地下洞室圍巖穩(wěn)定分析,第一節(jié) 圍巖壓力,一、圍巖應(yīng)力重新分布 圍巖開(kāi)挖前，巖石體一般處于天然應(yīng)力平衡狀態(tài)，稱為第一次應(yīng)力狀態(tài)或初始應(yīng)力狀態(tài)。洞室開(kāi)挖后，這種天然應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，洞室圍巖因失去支撐，而向洞室空間松脹，從而改變圍巖的相對(duì)平衡關(guān)系，形成新的應(yīng)力狀態(tài)。這種由于洞室的開(kāi)挖，圍巖中應(yīng)力，應(yīng)變調(diào)整而引起原有天然應(yīng)力大小，方向和性質(zhì)改變的過(guò)程和現(xiàn)象，稱為圍巖應(yīng)力重分布。它直接影響圍巖的穩(wěn)定性。,一、洞室圍巖重分布應(yīng)力計(jì)算,對(duì)于連續(xù)、均勻和各向同性、天然應(yīng)力比值系數(shù)（即水平應(yīng)力間的比值系數(shù)=6x6y）為1的巖石內(nèi)開(kāi)挖的圓形洞室，設(shè)洞室直徑為a，則可根據(jù)

15、彈性理論導(dǎo)出與洞軸線相距為r出的巖石應(yīng)力計(jì)算公式：,隨著離洞壁距離r增大，r逐漸增大，逐漸減小，并都漸漸趨近于天然應(yīng)力0值。在理論上，r，要在r處才達(dá)到0值，但實(shí)際上r，趨近于0的速度很快。 當(dāng)r=6R0時(shí)，r和與0相差僅2.8%。因此，一般認(rèn)為，地下洞室開(kāi)挖引起的圍巖分布應(yīng)力范圍為6R0。在該范圍以外，不受開(kāi)挖影響，這一范圍內(nèi)的巖體就是常說(shuō)的圍巖，是有限元計(jì)算模型的邊界范圍。,二、圍巖壓力的類型,松動(dòng)壓力 由于開(kāi)挖而松動(dòng)或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力稱為松動(dòng)壓力。松動(dòng)壓力按作用在支護(hù)上的力的位置不同，分為豎向壓力和側(cè)向壓力。 形變壓力 圍巖變形受到支護(hù)約束而產(chǎn)生的壓力。除與

16、圍巖應(yīng)力有關(guān)外，還與支護(hù)時(shí)間及其剛度有關(guān)。柔性支護(hù)可產(chǎn)生一定位移而使形變壓力減小，宜大力推廣。但需及時(shí)設(shè)置襯砌，以免圍巖位移過(guò)大而形成松動(dòng)壓力，不利于結(jié)構(gòu)受力和正常施工。按圍巖的本構(gòu)特性（主要指巖土材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系）和受力程度,可以有彈性、塑性和粘性等不同性質(zhì)的形變壓力。 松動(dòng)壓力和形變壓力經(jīng)常同時(shí)存在。但以地質(zhì)條件、支護(hù)類型和施工方法等不同而以某一種為主。如在松散地層中采用現(xiàn)澆混凝土襯砌而回填不密實(shí)時(shí)，通常以松動(dòng)壓力為主；則以形變壓力為主。形變壓力常隨時(shí)間推移而逐漸加大，最終才趨于穩(wěn)定。 膨脹壓力 當(dāng)巖體具有吸水、應(yīng)力解除等膨脹性特征時(shí)，由于圍巖膨脹所引起的壓力稱為膨脹壓力。它與變形壓力

17、的基本區(qū)別在于它是有吸水、應(yīng)力解除等膨脹引起的。,第二節(jié) 洞室圍巖的變形與破壞,當(dāng)圍巖應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)巖體的極限強(qiáng)度時(shí)，圍巖發(fā)生破壞。 當(dāng)圍巖應(yīng)力的量級(jí)介于巖體的極限強(qiáng)度和長(zhǎng)期強(qiáng)度之間時(shí)，圍巖需經(jīng)瞬時(shí)的彈性變形及較長(zhǎng)時(shí)期蠕動(dòng)變形的發(fā)展方能達(dá)到最終的破壞，通?？筛鶕?jù)圍巖變形歷時(shí)曲線變化的特點(diǎn)而加以預(yù)報(bào)。 當(dāng)圍巖應(yīng)力的量級(jí)介于巖體的長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)度及蠕變臨界應(yīng)力之間時(shí)，圍巖除發(fā)生瞬時(shí)的彈性變形外，還要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的蠕動(dòng)變形才能達(dá)到最終的穩(wěn)定。 當(dāng)圍巖應(yīng)力小于巖體的蠕變臨界應(yīng)力時(shí)，圍巖將于瞬時(shí)的彈性變形后立即穩(wěn)定下來(lái)。,圍巖變形破壞形式取決于圍巖應(yīng)力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)及洞室斷面形狀等因素,根據(jù)土力學(xué)方面的研究表明

18、，土受力大于一定程度時(shí)，其受力特征是復(fù)雜且無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)判的，同樣多種作用下的綜合效應(yīng)使隧道與地下工程圍巖的穩(wěn)定性變得難以推斷，然而其穩(wěn)定性影響的因素主要包括了：結(jié)構(gòu)面走位特征，巖體及其巖石的力學(xué)性質(zhì)，含水狀況，巖體本身的結(jié)構(gòu)特性，地下應(yīng)力狀態(tài)分布等地質(zhì)因素。圍巖在開(kāi)挖后，會(huì)不可避免的破壞當(dāng)?shù)卦械牡貞?yīng)力平衡狀態(tài)，而力會(huì)沿著最短距離抵消阻力的領(lǐng)空面方向移動(dòng)，重新產(chǎn)生新的平衡，因此該文主要介紹了圍巖受力變化規(guī)律及其破壞的類型。,二、圍巖的破壞類型,（一）定圍懸垂與坍落 頂圍懸垂與坍落也稱冒頂，指地下開(kāi)采中，上部礦巖層自然塌落的現(xiàn)象是由于開(kāi)采后，原先平衡的礦山壓力遭到破壞而造成的。,其根本原因在于開(kāi)采

19、過(guò)程中礦山壓力的活動(dòng)所造成。頂板的礦山壓力活動(dòng)過(guò)程中發(fā)生不同程度的變形，先是沿著頂板節(jié)理出現(xiàn)裂隙，產(chǎn)生離層現(xiàn)象。此時(shí)，如果頂板管理不當(dāng)，支護(hù)質(zhì)量不好，壓力繼續(xù)增大，巖石變形超過(guò)彈性變形極限，就會(huì)出現(xiàn)斷裂、垮落、片幫或局部冒頂。從發(fā)生冒頂事故的原因分析，有的屬于對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)不足，而較多的則是現(xiàn)場(chǎng)管理不善所造成。,定圍懸垂與坍落的事故發(fā)生：,（二）側(cè)圍突出與滑塌,側(cè)圍突出與滑塌也稱垮幫。在洞室開(kāi)挖的圍巖變形初期，側(cè)圍輪廓會(huì)發(fā)生明顯突出而不產(chǎn)生破壞，這在直立層巖體中最為典型。,（三）底圍膨脹與隆破,底圍膨脹與隆破也稱底鼓，洞室開(kāi)挖的圍巖變形初期，底圍巖體總是或大或小、或隱或現(xiàn)地發(fā)生鼓脹現(xiàn)象，但仍

20、不失其完整性、因而在一般情況下，這種現(xiàn)象極其不明顯，難以觀察。,（四）圍巖縮徑,圍巖縮徑也稱全面鼓脹。洞室開(kāi)挖中或開(kāi)挖后，圍巖變形可同時(shí)出現(xiàn)在頂圍、側(cè)圍底圍之中，它可因所處地質(zhì)條件或施工措施不同，而在某一或某些地方上表現(xiàn)得明顯些。,（五）巖爆,巖爆是高地應(yīng)力地區(qū)，由于洞壁圍巖中應(yīng)力高度集中，使圍巖產(chǎn)生突發(fā)性變形破壞的現(xiàn)象,巖爆,地下開(kāi)挖,周邊巖體中應(yīng)力高度集中，積聚于較高的彈性應(yīng)變能,當(dāng)圍巖中應(yīng)力超過(guò)巖體容許極限狀態(tài),高天然應(yīng)力彈脆性巖體,巖爆的形成過(guò)程,（1）巖爆的產(chǎn)生條件,1)圍巖應(yīng)力條件 判斷巖爆發(fā)生的應(yīng)力條件有兩種方法： 一是用洞壁的最大環(huán)向應(yīng)力與圍巖單軸抗壓強(qiáng)度c之比值作為巖爆產(chǎn)生的

21、應(yīng)力條件； 一是用天然應(yīng)力中的最大主應(yīng)力1與巖塊單軸抗壓強(qiáng)度c之比進(jìn)行判斷。,（2） 影響巖爆的因素,1)地質(zhì)構(gòu)造 實(shí)踐表明，巖爆大都發(fā)生在褶皺構(gòu)造中。 巖爆與斷層、節(jié)理構(gòu)造也有密切的關(guān)系。調(diào)查表明，當(dāng)掌子面與斷裂或節(jié)理走向平行時(shí)，將觸發(fā)巖爆。 巖體中節(jié)理密度和張開(kāi)度對(duì)巖爆也有明顯的影響。據(jù)南非金礦觀測(cè)表明，節(jié)理間距小于40cm，且張開(kāi)的巖體中，一般不發(fā)生巖爆。掌子面巖體中有大量巖脈穿插時(shí)，也將發(fā)生巖爆。 2)洞室埋深 隨著洞室埋深增加，巖爆次數(shù)增多，強(qiáng)度也增大。發(fā)生巖爆的臨界深度H可按下式估算：,（3）巖爆形成機(jī)理和圍巖破壞區(qū)分帶,巖爆的孕育、發(fā)生和發(fā)展過(guò)程，分為三個(gè)階段。 1)劈裂成板階段

22、（巖爆孕育） 垂直洞壁方向受張應(yīng)力作用而產(chǎn)生平行于最大環(huán)向應(yīng)力的板狀劈裂。 僅在洞壁表部，部分板裂 巖體脫離母巖而剝落，而 無(wú)巖塊彈射出現(xiàn)。 2)剪切成塊階段(巖爆的醞釀) 劈裂巖板向洞內(nèi)彎曲，發(fā)生 張剪復(fù)合破壞。 處于爆裂彈射的臨界狀態(tài)。 3)塊、片彈射階段 劈裂、剪斷巖板，產(chǎn)生響聲 和震動(dòng)。 巖塊發(fā)生彈射，巖爆形成。,上述巖爆三個(gè)階段構(gòu)成的漸進(jìn)性破壞過(guò)程都是很短促的。各階段在演化的時(shí)序和發(fā)展的空間部位，都是由洞壁向圍巖深部依次重復(fù)更迭發(fā)生的。因此，巖爆引起的圍巖破壞區(qū)可以分彈射帶、劈裂-剪切帶和劈裂帶等三帶。 綜上所述，巖爆是地下工程中與地殼巖體內(nèi)動(dòng)力作用有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害，它不僅與巖體天然應(yīng)

23、力狀態(tài)密切相關(guān)，而且與巖體的力學(xué)屬性有關(guān)。巖爆的發(fā)生還受到地質(zhì)構(gòu)造、洞室埋深、形狀、施工方法及爆破震動(dòng)等因素的影響。并可根據(jù)巖爆顯現(xiàn)的各種物理力學(xué)現(xiàn)象對(duì)巖爆進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，采取相應(yīng)的消除和控制措施，以減少其災(zāi)害損失。,第三節(jié) 地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析,一、影響圍巖穩(wěn)定的因素 影響地下洞室圍巖穩(wěn)定的因素有自然的，也有人為的。自然因素中起控制作用的主要是巖性，巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水與巖溶結(jié)構(gòu)、構(gòu)造應(yīng)力等。,主講人：蒲磊,（一）巖性,巖性是影響圍巖穩(wěn)定的基本因素之一，洞室位置應(yīng)盡量選在堅(jiān)硬完整巖石中。 巖漿巖、厚層堅(jiān)硬的沉積巖及變質(zhì)巖，圍巖的穩(wěn)定性好，適于修建大型的地下工程。 凝灰?guī)r、粘土巖、頁(yè)巖、膠結(jié)不好的砂礫巖、千枚巖及某些片巖，穩(wěn)定性差，不宜建大型地下洞室。 松散及破碎巖石穩(wěn)定性極差，選址時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)。 此外，巖層的組合特征對(duì)圍巖穩(wěn)定也有重要影響。一般軟硬互層或含軟弱夾層的巖體，穩(wěn)定性差。層狀巖體的層次愈多，單層厚度愈薄，穩(wěn)定性愈差。均質(zhì)厚層及塊狀巖體穩(wěn)定性好。,（二）巖體結(jié)構(gòu),1、方頂塊分離體 巖體結(jié)構(gòu) 2、尖頂塊分離體,（三）地質(zhì)構(gòu)造,地質(zhì)構(gòu)造破壞巖體的完整性，影響圍巖的穩(wěn)定性。,（四）地下水與巖溶,在巖溶含水層的飽水帶頂部，具有連續(xù)性的較規(guī)則的地下水面，即巖溶潛水面。這個(gè)面的各部位具有程度不同的水力聯(lián)系。,（五）構(gòu)造應(yīng)力