3 地下洞室围岩稳定性DING11

3.2.2 脆性围岩的变形破坏
脆性围岩包括各种块体状结构或层状结构的坚硬或 半坚硬的脆性岩体。
这类围岩的变形和破坏，主要是在回弹应力和重分 布的应力作用下发生的，水分的重分布对其变形和破 坏的影响较为微弱。
这类围岩变形破坏的形式和特点．除与由岩体初始 应力状态及洞形所决定的围岩的应力状态有关外，主 要取决于围岩结构，一般有弯折内鼓、张裂塌落、劈 裂剥落、剪切滑移以及岩爆等不同类型
3 劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动
这两种破坏形式都发生于压应力、特别是最大 压应力集中的部位。
1）劈裂剥落
过大的切向压应力使围岩表部发生平行于洞室周边的破 裂。一些平行的破裂将图岩切割成厚度由儿厘米到几十厘 米的薄板，它们往往沿壁面剥落。破裂的范围一般不超过 洞室的半跨。当切向压应力大于劈裂岩板的抗弯强度时， 这些劈裂板还可能按压弯、折断并造成塌方，转化为类似 于弯折内鼓类型的破坏。劈裂剥落多发生于厚层状或块体 状结构的岩体内，视围岩应力条件的不同，可发生于顶拱， 也可发生于边墙之上，前者造成顶供的片状冒落，后者则 造成通常所谓的片帮。
一殷说来，洞室开挖后，如果围岩岩体承受不了回弹应 力或重分布的应力的作用，围岩即将发生塑性变形成破坏。
这种变形或破坏通常是从洞室周边，特别是那些最大压 或拉应力集中的部位开始，而后逐步向围岩内部发展的。
围岩的变形பைடு நூலகம்坏过程
围岩的变形破坏 是渐进式逐次发展的。 开挖-->应力调整--> 变 形 、 局 部 破 坏 --> 再次调整 -->再次变形-->较大 范围破坏
3.2.2 脆性围岩的变形破坏
1、弯折内鼓
这类变形破坏是层状、特别是薄层状围岩变形 破坏的主要形式。
从力学机制来看，它的产生可能有两种情况： 一是卸荷回弹的结果；二是应力集中使洞壁处的 切向压应力超过薄层状岩层的抗弯折强度所造成 的。
1、弯折内鼓
由卸荷回弹所造成的变形破坏主要发生在初始应 力较高的岩体内(或者洞室埋深较大，或者水平地 应力较高)，而且总是在与岩体内初始最大主应力 垂直相交的洞壁上表现得最强烈．故当薄层状岩层 与此洞壁平行或近于平行时，洞室开挖后．薄层状 围岩就会在回弹应力的作用下发生回弹应力的作用 下发生弯曲、折裂和折断，最终挤入洞内而坍倒。
分析围岩变形破坏时， 应抓住其变形破坏的始 发点和发生连锁反应的 关键点，预测变形破坏 逐次发展及迁移的规律。 在围岩变形破坏的早期 就加以处理，这样才能 有效地控制围岩变形， 确保围岩的稳定性。围岩
变形破坏形式取决于围岩应力状 态、岩体结构及洞室断面形状等 因素。见下图，不同岩体结构及 洞室断面形状，围岩变形破坏形 式不同。
2 张裂塌落
张裂塌落通常发生于厚层状或块体状岩体内的洞室 顶拱。当那里产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗 拉强度时，顶拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那 里发育有近垂直的构造裂隙时、即使产生的拉应力很 小也可使岩体拉开产生垂直的张性裂缝。被垂直裂缝 切割的岩体在自重作用下变得很不稳定，特别是当有 近水平方向的软弱结构面发育，岩体在垂直方向的抗 拉强度较低时，往往造成顶供的塌落。但是在N0的 情况下，顶拱坍塌引起的洞室宽高比的减小全使顶拱 处的拉应力集中也随之而减小，甚至变为压应力。当 项拱处的拉应力减小至小于岩体的抗拉强度时．顶拱 因岩韶趋于稳定。
围岩
按照森维南原理，由开挖洞室引起的应力 状态的重大变化局限在洞周一定范围之内。 通常此范围等于地下洞室横剖面中最大尺寸 的3—5倍,习惯上将此范围内的岩体称为“围 岩”
3.3 地下洞室围岩的变形破坏
3.2.1 围岩变形破坏的一般过程和特点
地下洞室开挖常能使围岩的性状发生很大变化，促使围 岩性状发生变化的因素，除上述的卸荷回弹和应力重分布 之外，还有水分的重分布。
3 地下洞室围岩稳定性DING1
3 地下洞室围岩稳定性分析
3.2 岩体中的天然应力
开挖前存在于岩体中的应力，称天然应力或初始应力。是 岩体在建造或改造过程中，各种地质作用综合作用形成的。
主要包括自重应力和构造应力。
岩体内任何一点的初始应力状态(常称为原岩应力)通常可 以垂直正应力(通常为主应力)通常以垂直正应力和水平正应 力来表示：
从这类变形、破坏的发生机制和发育特点中可 以看出，在现代地应力或构造剩余应力较高的薄 层状岩层内修建这类地下洞室，围岩的稳定性与 洞室轴向相对于区域最大主应力方位有密切关系。 通常．轴向垂直于最大主应力方向的洞室，其稳 定性远低于平行于最大主应力方向者。
这是因为：在洞轴垂直于水平最大主应力的条 件下，当洞体平行或近于平行地通过陡倾岩层时 强烈的卸荷回弹会使垂直于最大主应力方向的洞 壁发生严重的弯折内鼓，而当洞体通过平缓岩层 时，高度的应力集中又会使平行于最大主应力的 洞室顶底板，特别是顶拱，因弯折内鼓的发展而 严重坍塌。
σv=σv0+γh σh=Nσv σv0值可以是零，也可以是常数
由上式可知，岩体内的初始应力随深度而变化，因而 对于具有一定尺寸的地下洞室来说，其垂直剖面上各 点的原岩应力大小是不等的，即地下洞室在岩体是处 在一种非均匀的初始应力场中。
围岩应力重分布
地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态， 围岩内各质点在回弹应力的作用下，均将力图沿最 短距离向消除了阻力的自由表面方向移动，直至达 到新的平衡。由于这种围岩变形的发展，岩体内某 个方向原来处于紧密压缩状态，现在可能发生了松 胀变形，而另一个方向可能挤压的程度更严重了。 这样，围岩应力的大小与主应力的方向也就发生了 改变，即围岩中的应力产生重分布作用，形成新的 应力状态，称为应力重分布。
围岩应力重分布特征
径向应力随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁 处变为零。
切向应力在一些部位愈接近自由表面切向应力愈大， 并于洞壁达最高值，即产生所谓压应力集中，在另一些部 分，愈接近自由表面切向应力愈低，有时甚至于洞壁附近 出现拉应力，即产生所谓拉应力集中。
这样，地下洞宝的开挖就将于围岩内引起强烈的主应 力分异现象，使围岩内的应力差愈接近自由表面愈增大， 至洞室周边达最大值。