地下洞室围岩大变形机制研究

发表时间：2015-10-08T13:12:07.820Z 来源：《基层建设》2015年5期供稿作者：罗荣辉[导读] 四川公路桥梁建设集团有限公司华东机华分公司四川成都隧道穿越高应力、软弱破碎围岩条件及复杂恶劣地质环境的情况不可避免，与此同时，隧道围岩大变形问题也凸显出来。罗荣辉

四川公路桥梁建设集团有限公司华东机华分公司四川成都 610200 摘要：基于地下洞室危岩大变形工程特性，揭示了围岩大变形卸荷作用机制，并介绍了卸荷作用过程及围岩变形特性；提出了瞬时—弹性—塑性—流变变形机制，其机制包括瞬时变形、弹性变形阶段、塑性变形阶段、流变变形阶段；解译了弱面剪切机制，并给出弱面剪切机制的强度准则。

关键词：地下工程；大变形机制；围岩；地下洞室1 引言

近年来，随着中国队基础设施建设投资力度的逐渐加大，铁路、公路隧道工程的建设规模得到了迅猛发展，隧道工程施工的机械化程度和施工技术水平也得到了很大的提高。目前，在中国路网主骨架“八纵八横”总体战略实施过程中，铁路、公路隧道已经向长、大、深埋方向发展[1，2]，因此隧道穿越高应力、软弱破碎围岩条件及复杂恶劣地质环境的情况不可避免，与此同时，隧道围岩大变形问题也凸显出来。

本文介绍了地下洞室围岩大变形的卸荷作用机制、瞬时—弹性—塑性—流变变形机制、弱面剪切机制等机制，研究成果对于深入了解围岩大变形机理具有积极意义。

2 地下洞室围岩大变形机制研究2.1 卸荷作用机制地下洞室岩体开挖后，产生应力重分布，如图1所示，应力迹线岩体应力在没开挖前平面上受竖向均布荷载，开挖后被开挖的洞室岩体产生应力集中，应力迹线在洞室周围由直线变为弧形曲线，越靠近洞室周壁应力变化越显著。因此洞室开挖后岩体由三向应力状态变为平面应力状态，即在洞室周围形成侧向临空面，而临空面的形成伴随着而瞬间卸荷作用的产生。岩石的卸荷破坏变形主要是因卸荷导致的破裂前的扩容作用和宏观剪切破坏。从岩石三轴和单轴压缩试验应力——应变曲线可以看出当岩体受荷达到某一值时岩石体积膨胀，这是由

应力差急剧变化引起的变形破坏，此后岩体进入累进破坏阶段，最终完全破裂。卸荷变形破坏作用机制过程：1）卸荷初始阶段，岩体基本保持原状，但岩体内有微小裂缝的形成；2）卸荷达到一定程度后，侧向临空面处岩体处于平面应力状态，即拉—压作用，受拉—压作用微小裂缝尖端应力集中而张拉扩展，由卸荷岩体应力—应变曲线可知，此时侧向应变和轴向应变基本相等，但由侧向应变曲线和轴向应变曲线的切线斜率知侧向应变速率明显大于轴向应变速率，并处于加速增长状态。3）卸荷作用继续发展，裂缝继续扩展，对于硬质岩体由于拉——压作用裂缝部分贯通并表现为竖向裂缝的增多和侧向岩体的鼓起，裂缝表现为追踪效应，应力——应变曲线上表现为应变的急剧增大，变形速率趋于稳定并有减缓的趋势，但侧向变形速率仍大于轴向变形速率。对于软质岩体随着时间的推移表现为一定的流变特性，岩体变形曲线为近于平行。4）卸荷作用最后阶段对于硬质岩体裂缝完全贯通破裂，破裂面形成，表现为剪切破坏，岩体较为破碎，并且竖向裂隙比较集中，并伴有显著的竖向破裂面。对于软质岩体流变使变形缓慢进行，表现为侧向挤出和塑性流变。

2.2 瞬时—弹性—塑性—流变变形机制1）瞬时变形

瞬时变形是岩体开挖应力释放后瞬间产生的变形量，与岩体性质、岩体初始应力场、地下水、岩体构造等有关，是一种非线性变形机制，变形伴随岩体的张裂，一般变形量较小。2）弹性变形阶段弹性变形是岩体进入线弹性变形阶段产生的变形量，此阶段弹性模量（E）为一常数，应力和应变呈现线性关系，表达式如下：（1）式中，——应力值；——变形量对于硬质岩体弹性变形时间较长，但变形量较小，对于许多处于高应力区的硬质岩体开挖后一般处于弹性变形阶段；对于软质岩体，弹性变形很快结束进入屈服阶段，但变形量较硬质岩体大。3）塑性变形阶段塑性变形是岩体卸荷后受拉压作用使岩体超过屈服强度后产生的不可逆的变形量。对于硬质岩体，变形进入此阶段，岩体变形急剧增大并趋于峰值。对于软质岩体或处于高温高压作用下的硬质岩体塑性变形持续时间较长，表现为塑性变形和侧墙的岩体挤出，如围岩颈缩、底鼓、侧向突出等。现有的弹塑性机制弹性阶段在应力应变图上为线性变化，而对塑性变形有线性、幂指数型等变化。4）流变变形阶段

(完整版)第八章地下洞室围岩稳定性分析

第八章地下洞室围岩稳定性分析第一节概述 1．地下洞室（underground cavity）：指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。 2．我国古代的采矿巷道，埋深60m，距今约3000年左右（西周）。目前，地下洞室的最大埋深已达2500m，跨度已过50m，同时还出现有群洞。 3．分类：按作用分类：交通隧洞（道）、水工隧洞、矿山巷道、地下厂房仓库、地铁等等；按内壁有无水压力：有压洞室和无压洞室；按断面形状为：圆形、矩形或门洞形和马蹄形洞室等；按洞轴线与水平面间的关系分为：水平洞室、竖井和倾斜洞室三类；按介质，土洞和岩洞。 4．地下洞室→引发的岩体力学问题过程：地下开挖→天然应力失衡，应力重分布→洞室围岩变形和破坏→洞室的稳定性问题→初砌支护：围岩压力、围岩抗力（有内压时）（洞室的稳定性问题主要研究围岩重分布应力与围岩强度间的相对关系）第二节围岩重分布应力计算 1．围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体。 2．地下洞室围岩应力计算问题可归纳的三个方面： ①开挖前岩体天然应力状态（一次应力、初始应力和地应力）的确定； ②开挖后围岩重分布应力（二次应力）的计算； ③支护衬砌后围岩应力状态的改善。 3．围岩的重分布应力状态（二次应力状态）：指经开挖后岩体在无支护条件下，岩体经应力调整后的应力状态。

一、无压洞室围岩重分布应力计算 1．弹性围岩重分布应力坚硬致密的块状岩体，当天然应力()c v h σσσ2 1 ≤ 、，地下洞室开挖后围岩将呈弹性变形状态。这类围岩可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，其围岩重分布应力可用弹性力学方法计算。重点讨论圆形洞室。（1）圆形洞室深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室，可以用柯西求解，看作平面应变问题处理。无限大弹性薄板，沿X 方向的外力为P ，半径为R 0的小圆孔，如图8.1所示。任取一点M （r ,θ）按平面问题处理，不计体力。则： ……………………① 式中Φ为应力函数，它是x 和y 的函数，也是r 和θ的函数。边界条件： ()()()()()??? ? ?? ???===>>-=??? ??--=>>+=-++=====003103131R b 0)(2sin 22sin 2)(2cos 222cos 22b r r b r r b r r b r r R b p R b p p θθτσθθσστθθσσσσσ ………………② 设满足方程①的应力函数φ为： () θ2cos ln 222F Dr cr Br r A ++++=Φ- ………………………………③ 由③代入①，并由②可得： 2 R F ,4-D ,4-c ,4B ,2204020p pR p p pR A = ===-= ???? ???????Φ ?-?Φ?=?Φ?= ?Φ ?+?Φ?=θθτσθσθθr r r r r r r r r 22 2 22 221111 图 8.1柯西课题分析示意图

地下洞室围岩稳定判定分析

2009年第5期东北水利水电地下洞室围岩稳定判定分析任建川，陈旭，姜淑香［摘要］地下洞室稳定性问题是一个复杂的非线性力学问题，通常伴随着变形非均匀性、非连续性和大位移等特点，影响洞室稳定的因素众多，关系错综复杂，找出一个普遍适用的定量失稳判定是困难的,目前大多数判定是以周边允许收敛量和允许收敛速率的形式给出的,以此判定围岩是否稳定。［关键词］地下洞室；围岩稳定；判定分析［中图分类号］TV554 ［文献标识码］A ［文章编号］1002－0624（2009）05－0005－02 （中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁丹东118220） 1影响洞室围岩稳定性的主要因素 1.1地质因素（1）岩体的结构特征。从稳定性分类角度来看，岩体结构特征可简单地用岩体的破碎程度或完整性来表示，某种程度上它反映了岩体受地质构造作用的严重程度。实践证明，围岩的破碎程度对地下洞室稳定与否起主导作用，在相同岩性条件下，岩体愈破碎，洞室就愈容易失稳。松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。一定程度上岩体越破碎则洞室越不稳定，越容易坍塌。（2）结构面性质与空间组合。在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是软弱结构面的性质，以及它们在空间的组合状态。对地下洞室来说，围岩中存在单一的软弱面一般不会影响洞室的稳定性。只有结构面与洞室轴线关系不利时，或出现两组或两组以上的结构面时，才构成易坠落的分离岩块。分离岩块的塌落或滑动，还与结构面的抗剪强度以及岩块之间的相互连锁作用有关。因此在围岩分类中，可从结构面的成因及其发展史、结构面的平整及光滑程度、结构面的物质组成及其充填物质情况、结构面的规模与方向、结构面的密度与组数五方面来研究结构面对洞室围岩稳定性影响的大小。（3）岩石的力学性质。在整体结构的岩体中，影响围岩稳定性的主要因素是岩石力学性质，尤其是岩石强度，一般来说，岩石强度越高洞室越稳定。此外，岩石强度还影响围岩失稳破坏的形态，强度高的硬岩多表现为脆性破坏，易引起岩爆现象。而强度低的软岩，多以塑性变形为主，流变现象明显。（4）初始应力状态。初始应力会影响洞室开挖后稳定性。地下工程失稳主要由于开挖引起应力重分布超过围岩强度或引起围岩过分变形造成的，而应力重分布是否达到危险程度与初始应力场方向、量值有关。（5）地下水的影响。地下水对围岩稳定性的影响主要表现为使岩石软化、疏松，充填物泥化，强度降低，增加动、静水压力等，从而降低隧道围岩的稳定性。调查资料表明，地下水对不同类别隧道稳定性影响程度存在明显差异，地下水对硬岩组成的围岩隧道稳定性影响甚微，可忽略不计，而对于弱岩，地下水影响较大。（6）特殊地质条件。当地下工程穿越断层破碎带、强风化带、发育的岩溶区等特殊地质条件时，维护围岩的稳定往往较困难，因为构造破碎带往往包含断层泥、糜棱岩、角砾岩、压碎岩等断裂构造岩。这时岩层松软破碎，而临近地带的岩层节理裂隙也比较密集，地下水往往较活动，再加上地应力较大，则会出现强烈的地压现象。 1.2工程活动造成的人为因素洞室施工是造成围岩丧失稳定的一个最主要的因素。开挖洞室所采用的施工方法、洞室断面尺寸和形状、施工质量、支护形式及实施过程都会对围岩的稳定产生影响。（1）洞室的尺寸和形状。跨度大小对围岩的稳定性也有显著影响，实践证明，跨度越大则洞室的稳定性越差，跨度大小对隧道工程稳定性的影响可从三方面考虑：应规划设计 · 5 ·

深部围岩变形破坏时效性分析

深部围岩变形破坏时效性分析 1.引言围岩应力场和位移场的分布规律是地下工程设计中必须解决的主要问题。地下洞室的失稳破坏，往往是从洞室周边开始、由于围岩应力超载或围岩位移过量所致，而岩石的流变性使得围岩的变形具有很强的时效性。一方面由于岩石和岩体本身的结构和组成反映出明显的流变性质，另一方面也由于岩体的受力条件(包括长期受力和三轴应力状态)使流变性质更为突出，因此，在矿山和地下工程中表现的力学现象，包括地压、变形、破坏等等几乎都与时间有关。巷道或隧道开挖后，在地应力的作用下，围岩往往会向巷道或隧道内慢慢地移动收敛，具体表现是:侧墙逐渐向内移动，底板慢慢隆起，顶拱则进一步开裂。各种长期监测资料表明，自洞室开挖至数月或数年内，围岩的变形和应力分布均随时间发生变化。现在己经认识到岩体流变的普遍性，并用塑性流动和粘性流动来解释地下工程的时间效应问题。岩石的流变变形也是导致岩体地下工程中支护结构产生变形和破坏的主要原因，作用于地下结构衬砌上的载荷会随时间而增长，大型边坡和地下洞室的变形会逐渐加大，甚至会引起灾难性的后果。因此，对地下洞室变形时效性的研究，也是我们在地下工程中合理选择支护类型及支护结构的前提，对于研究开挖后的工程岩体的动态特征以及岩体工程的设计，均具有十分重要的意义。 2.岩体时效(Rock Timeliness)的影响因素岩体流变性质和时效特征是岩石材料的固有力学属性，也是用以解释和分析地质构造运动现象和进行岩体工程长期稳定性预测的重要依据。根据大地构造测试结果，地壳目前的平均蠕变速率为106l/s。不少大断层至今仍有持续移动的迹象。在边坡、隧洞、基坑、矿井、铁路路基等岩体工程中，岩体流变现象很常见。近年来，由于能源开发的扩大和环境保护要求的提高，所进行的天然气、液化气、油料以及核废料地下储藏课题研究，将岩石材料在不同荷载水平和不同温度条件下的长期变形与稳定问题提到了十分紧迫和重要的地位。一般认为，岩体工程中的时间效应主要是由以下几个方面的因素所引起的： (l)、岩石材料本身所具有的粘性性质，如蠕变、松弛、滞后以及弹性后效等。一般的软岩，如盐岩、泥岩、粘土岩等，其粘滞系数都达到106-109MPa.S。硬岩的流变性态相对较弱，如测得的花岗岩的粘滞系数为1013MPa .S。然而，由于受到成岩过程中的地质构造运动影响，岩石材料中存在各种裂隙、节理、层理等构造面，这一结构特点导致脆性岩体亦呈现较强的

围岩变形弹塑性分析

围岩变形弹塑性分析 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

§ 隧道围岩重分布应力的计算隧道开挖前，岩体中每个质点均受到天然应力的作用而处于相对平衡状态；隧洞开挖后，洞壁岩体因失去了原有岩体的支撑，破坏了原有的平衡状态，从而产生向洞内空间的膨胀变形，其结果又改变了相邻质点的相对平衡关系，引起应力、应变和能量的重新调整，达到新的平衡关系，形成新的应力状态。弹性围岩重分布应力对于那些坚硬致密的块状岩体，当天然应力大约等于或小于其单轴抗压强度的一般时，隧道开挖后的围岩将呈弹性变形状态。这类围岩可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，其围岩应力重分布可用弹性力学的基本理论来分析，隧洞半径相对于洞长很小时，可按平面应变问题考虑，围岩重分布应力可用柯西（Kirsh ）课题求解。图2-1是柯西课题的简化模型。设无限大弹性薄板，在边界上受沿X 方向的外力P 作用，薄板中有一半径为R 0的圆形小孔。取如图极坐标，薄板中任一点M （r ，θ）的应力及方向如图所示，按平面问题考虑，不计体力，则M 点的各应力分量，即径向应力?r 、环向应力?θ和剪应力τθ与应力函数?间的关系，根据弹性理论可表示为： 22222 2 21111r r r r r r r r r θθ θ θφφσθφσφφτ??=+???=?????? ?? =?? ?? ?? -???（2-1）上式的边界条件为： ()()() ()000cos 22 2 sin 22 r r b r r b r r r b r b p p b R p b R b R σθτθ στ====? =+ ? ?? =- ?? ? ==?? （2-2）设满足该方程的应力函数φ是： () 222ln cos 2A r Br Cr Dr F φθ-=++++（2-3）带入上式并考虑边界条件，可求得应力函数为： 2222 00222 00ln 1cos 22222pR R r r r R R r φθ? ?=-----?????? （2-4）代入可得各应力分量：

隧道围岩及支护结构稳定性分析方法综述

隧道围岩及支护结构稳定性分析方法综述伍华刚（贵州省交通规划勘察设计研究院，贵州贵阳，５５０００１）摘要：以隧道围岩与支护结构的相互关系为主要研究对象，以特长公路隧道围岩及支护结构稳定性分析方法为依托，对隧道掌子面所揭露围岩岩体、结构特征进行调查、记录，分析掌子面围岩等级，并与设计资料进行对比，对不同级别不同地质条件下的围岩与支护结构稳定性进行比较分析，总结围岩及支护结构稳定性分析的方法。关键词：特长隧道；围岩；支护结构；稳定性分析中图分类号：U 452.1＋2 文献标识码：A 文章编号：1004-6429（2010）04-0072-03 ●应用技术收稿日期：2010-05-14 作者简介：伍华刚，男，1959年出生，1983年毕业于云南广播电视大学，工程师，550001，贵州省贵阳市云岩区中山东路69号山西科技SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY 2010年第25卷第4期随着深埋特长隧道的不断涌现，所遇到的问题也越来越多，现行的设计与施工规范已不能满足设计与施工要求，虽然国内外有关深埋特长隧道的研究成果不少，但由于深埋特长隧道地形、地质条件复杂，设计制约因素多，并且常伴有断裂带、破碎带、岩爆、突泥、涌水等地质灾害，给设计和施工带来了很大的盲目性。加上深埋特长隧道埋深大、隧道长、地质条件复杂，使地质勘察也不可能全面精确地探清每一段的具体情况，很多时候勘察结果与隧道施工中实际遇到的地质条件相差很远，漏掉的一些不良地质体给施工带来许多预想不到的困难。1 公路隧道围岩稳定性分析方法隧道围岩的稳定性分析主要包括隧道的整体稳定性分析和局部块体的稳定性分析，分析方法大致可归纳为工程地质类比法、岩体结构分析法、岩体稳定性力学分析法和模拟试验法等，其中，模拟试验法包括物理模拟和数值模拟。1.1 工程地质类比法根据拟建地下洞室的工程地质条件、岩体特性和监测资料，结合具有类似条件的已建工程，开展资料的综合分析和对比，从而判断工程区岩体的稳定性。由大量工程实例总结出来的各级围岩分类标准，如RQD 分类（Deer ，1969）、RMR 分类（Bieniawiski ，1973）、Q 系统分类（Barton ，1974）、Z 系统分类（谷德振，1979），以及我国的《工程岩体分级标准》（GB 50218—94）等，都是工程地质类比法在稳定性评价中的具体应用。这些围岩分类系统可以对不同类型围岩按定量地给出其围岩压力值及支护衬砌的形式和厚度，对于一般性工程隧道实现地下工程（结构）设计标准起到了重要的作用，也是地质工程工作者的基本方法之一。1.2 岩体结构分析法在岩体结构及其特性研究的基础上，考虑工程力作用方向以及结构面与开挖临空面之间的空间组合关系，借助于赤平极射投影分析法、实体比例投影分析法和块体坐标投影法进行图解分析，从而判断岩体的稳定性。1.3 力学分析法从19世纪人类对松散地层（主要是土层）围岩稳定和围岩压力理论进行研究开始到现在，围岩压力理论主要经历了古典压力理论、散体压力理论及现在广泛应用的弹性力学理论、塑性力学理论。实际工程中，隧道开挖后，由于卸荷作用使围岩应力进行重分布，并出现应力集中，如果围岩应力处处小于岩体弹性极限强度，这时围岩处于弹性状态。反之，围岩将部分进入塑性状态，但局部区域进入塑性状态并不意味着围岩将发生坍落或失稳。因而，研究围岩稳定就不能不考虑塑性问题，芬纳（Fenner ）—塔罗勃（Talo－bre ．J ）和卡斯特奈（Kaster．H ）等给出了围岩的弹塑性应力图形。1.4 数值计算方法岩体不仅为一般材料，更重要的是本身就是一种复杂的地质结构体，它具有非均质、非连续、非线性以及复杂的加卸载条件和边界条件，这使得岩体力学的问题通常无法用解析法简单地求解，数值方法不仅能模拟岩体的复杂力学和结构特征，也可以方便地分析各种边值问题和施工过程，并对工程进行预测和预报，因此，数值分析方法是解决岩土体工程问题的有效工具之一。常用的数值方法有：有限元法（FEM ）、有限差分法（FLAC ，FDM ）、离散元法（DEM ）反分析法、边界元法（BEM ）、不连续变形分析法（DDA ）、流形方法等，这些方法在地下洞室和边坡稳定等均有较多的应用，取得了较好的效果。1．5 模型试验模型试验是隧道及地下工程研究中使用较多的一种方法，其理论基础是相似理论。模型试验具有直观、全面的优点，20世纪80年代，国内许多学者作了大量的实验研究，谷兆琪教授等（1981）进行了层状砂岩地下洞室稳定性的研究，朱维中、冯光北等（1983，1984）研究了单排裂隙岩体模型的抗剪强度研究，杨淑 72··

软岩大变形

软岩大变形软岩大变形问题从20世纪60年代就作为世界性难题被提了出来，在地下工程的建设过程中，软岩问题一直是困扰工程建设和运营的重大难题之一。特别是“九五”期间，我国10个能源建设基地有8个都相继出现了软岩问题，造成多对矿井的停产建设。每年有大量的隧洞在软弱围岩中开挖，随着开挖深度的增加，软岩问题愈趋严重，直接影响着工程安全以及人身安全。随着人类工程活动的不断增强，软岩隧洞系指塑性大变形工程岩体有关的岩体工程，而工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。工程软岩的定义不仅重视软岩的强度特征，而且强调软岩所承受的工程力荷载的大小，强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。 1.软岩大变形破坏特征软岩隧洞的大变形破坏特征不仅受围岩的力学性质影响，而且受隧洞所处的地应力环境和工程因素控制。我国许多煤矿在采深不大的情况下，坑道的变形破坏并不强烈，常规支护即可维护隧洞稳定。加大采深后，这些煤矿坑道额稳定性降低，变形破坏趋于强烈，常规支护难以维护坑道稳定，因此，软岩隧洞的变形破坏特征受多种因素控制。一般来说，软岩隧洞的破坏具有以下特征： (1) 变形破坏方式多除一般隧洞中常见的变形破坏方式拱顶下沉、坍塌外，还有片帮和底鼓、底围隆破，隧洞表现出强烈的整体收敛和破坏。变形破坏表现的形式既有结构面控制，又有应力控制型，尤以应力控制型为主。 (2) 变形量大拱顶下沉大于10cm，有的高达50cm，两帮挤入在20~80cm之间，底鼓非常强烈，在常规无仰拱支护的情况下，强烈的底鼓往往将整个隧洞封闭。 (3) 变形速度高软岩隧洞初期收敛速度可以达到3cm/d，即使施作了常规锚喷支护以后，软岩隧洞的收敛速度依然很高，可达2cm/d，而且其变形收敛速度降低缓慢，因此，在不长的时间内其变形收敛就很大，多则一年，少则几个月就将隧洞封闭。 (4) 持续时间长由于软岩具有强烈的流变性和低强度，因此，软岩隧洞开挖以后，围岩的应力重分布持续时间很长，软岩隧洞变形破坏持续很长时间，往往长达1~2年。 (5) 因位置而异

分析影响隧道围岩稳定性因素

分析影响隧道围岩稳定性因素习小华摘要:主要对影响隧道围岩稳定性的自然因素如岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水进行了详细的分析。关键词:围岩稳定性;天然应力状态;地质构造毫无疑问,隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要的。从许多隧道发生的交通事故中可以知道,隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关,而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理,才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。 1 岩石性质及岩体的结构围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性,是影响围岩稳定性的基本因素。从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要各类坚硬体,由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度,故这类围岩的强度主要取决于岩体的结构,岩性本身的影响不是很显著。从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQD、节理组数J n、节理面粗糙程度J y、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SRF 八类因素进行定量分析) 角度,可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩) 即围岩为完整或较完整,那么,隧道开挖后,围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏,即使发生破坏,变形的量值也是较少的。这种情况下,围岩岩性对围岩的稳定性的影响是很微弱的,即一般是稳定的,可以不采取支护,能适应各种断面形状及尺寸的隧道。如果隧道围岩的整体性质差、强度低,节理裂隙发育或围岩破碎(如塑性围岩)即围岩为破碎、较破碎或极破碎,则围岩的二次应力会产生较大的塑性变形或破坏区域,同时节理裂隙间的岩层错动会使滑移变形增大,势必给围岩的稳定带来重大的影响,不利于隧道洞室稳定;软硬相间的岩体,由于其中软岩层强度低,有的因层间错动成为软弱围岩而对围岩的稳定性不利。从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构(整体结构和块状结构) 、层状结构(薄层状结构和厚层状结构) 、碎裂结构(构镶嵌结构和层状碎裂结构) 、散体结构(破碎结构和松散结构) 。松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。对于脆性的厚层状和块状岩体,其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制,结构面对围岩的影响,不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。一般情况下,当结构面的倾角≤30°时,就会出现不利于围岩稳定的分离体,特别是当分离体的尺寸小于隧道洞跨径时,就有可能向洞内产生滑移,造成局部失稳;当倾角> 30°时,将不会出现不利于围岩稳定性的分离体。而软弱夹层对围岩稳定性的影响主要取决于它的性状和分布。一般认为软弱夹层的矿物成分、粗细颗粒含量、含水量、易溶盐和有机质等的含量是决定其性质的主要因素,对不同类型的软弱夹层,这些因素是不大相同的。由于软弱夹层的抗强度较低,故它不利与隧道围岩的稳定。围岩岩体的变形和破坏的形式特点,不仅与岩体内的初始应力状态和隧道形状有关,而且还与围岩的岩性及岩体结构有关,但主要的是和围岩的岩性及结构有关(见表1) 。

基于滑动测微计的地下洞室围岩变形分析武学毅

第３１卷第１期２　０　１　３年１月水　电　能　源　科　学Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３１Ｎｏ．１Ｊａｎ．２　０　１　３文章编号：１０００－７７０９（２０１３）０１－０１０４－０４基于滑动测微计的地下洞室围岩变形分析武学毅１，熊成林１，成　涛２（１．中国水利水电科学研究院北京中水科水电科技开发有限公司，北京１０００３８；２．中国长江三峡集团公司，北京１０００３８）摘要：以呼和浩特抽水蓄能电站为例，应用滑动测微计对施工期地下洞室围岩表面和深度变形进行监测。近２０个月监测资料表明，监测期间地下洞室处于稳定状态，围岩表面变形较大值发生于地下洞室第五、六层开挖过程中。由于围岩深度变形主要由岩体结构面张开引起，配合多点位移计进行校核验证，则可判断围岩结构面张开位置。可见开挖过程的变形监测，可实时指导施工、优化设计、保证地下洞室开挖安全。关键词：变形监测；滑动测微计；地下洞室；围岩变形；稳定性中图分类号：ＴＵ４５７文献标志码：Ａ收稿日期：２０１２－０５－２５，修回日期：２０１２－０７－０９作者简介：武学毅（１９８４－），男，博士研究生、工程师，研究方向为工程安全监测，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｘｙ５２１６８＠１２６．ｃｏｍ地下洞室围岩内部变形监测分点法和线法两种，点法监测是目前较常用的监测方法，多采用多点位移计进行监测，但其只能提供有限监测数据，难以准确刻画出岩体内部变形；线法监测是沿一条长测线进行近乎连续监测，以获取岩体内部沿钻孔方向的连续数据，可较为准确地了解岩体内部变形，该方法在国外应用较为广泛［１］，其典型监测仪器有滑动测微计、测斜仪等。滑动测微计具有可有效修正零点漂移、精度高等特点，可有效区分桩基内力的诱发因素，全面评价桩基内力［［２～４］。国内首次采用滑动测微计监测围岩松动变形是在水布垭电站地下厂房［５］，但目前国内应用滑动测微计监测地下洞室围岩变形的成果较少。鉴此，本文通过滑动测微计工程应用实例，与其他监测手段进行比对分析，研究了大型地下洞室施工期围岩表面和深度的变形机制。１　滑动测微计工作原理和方法１．１　工作原理采用滑动测微计为瑞士ＳＯＬＥＸＰＥＲＴＳ公司研制的高精度位移（应变）观测仪器设备，可测量沿钻孔轴向的应变和轴向位移的全部分布情况。滑动测微计由测头、电缆、操作杆、读数仪、标定筒和导管（含标芯）等部分组成（图１）。其工作原理为［６］：测量导管预先埋设在岩体或混凝土的钻孔内，并与被观测体浇筑为一体。观测时，将滑动测微计测头放入导管内，使测头与导管标芯顶紧，利用锥面—球面原理测量相邻测环（标芯）的精确距离，从而获得沿一测线（钻孔轴线）方向不同深度图１　滑动测微计组成示意图Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｆｏｒ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒｓ的轴向位移或应变分布。滑动测微计测头内装有两套高精度的线圈系统（标距为１ｍ），当被测岩体（结构物）发生轴向变形时，测头内的两套线圈系统在测量位置上通过两个测环感应，产生一个与两测量环实际间距成比例的电信号，并由测读仪读出，经换算得出长度变化，该长度变化即为被测体的变形值。１．２　计算方法滑动测微计监测围岩内部松动变形主要优点在于精度高、可修正温度影响及零点漂移。其具体计算公式为：Ｍｓ＝ ∑ｉ＝顶ｉ＝底（Ｍｉ－Ｍ０）（１）Ｍｉ＝珡Ｋｉ（ａｉ－珚Ｚｉ）（２）Ｍ０＝珡Ｋ０（ａ０－Ｚ０— ）（３）Ｋ＝４．７５２／（Ｅ２－Ｅ１）（４）Ｚ＝（Ｅ１＋Ｅ２）／２（５）式中，Ｍｓ为钻孔内各深度至孔口的轴向位移；Ｍ０为基准值；Ｍｉ为某深度相对轴向位移；珡Ｋ为修正后校正系数（观测前、后校正系数的算术均值）；

围岩大变形定义

关于软岩大变形，目前还没有形成一致和明确的定义。Karl Terzaghi(1946)最早对隧道围岩大变形进行描述和定义，他指出：“挤压变形岩石是指含有相当数量黏土矿物的岩石”，变形行为会以“不容易察觉的体积增加缓慢地侵入隧道净空，挤压变形的先决条件是岩石中高含量的具有膨胀性细微或亚微云母矿物和黏土矿物”。国际岩石力学学会于1995 年成立了专业委员会研究岩石挤压变形问题，提出挤压变形的定义“挤压变形是一种与时间相关的变形行为，通常发生在地下空间开挖面周边，一般由于极限剪切应力失稳而导致的蠕变所造成，这种变形可能会在开挖期间停止，也有可能持续非常长的时间”。仔细分析这两种经典定义，太沙基实际上讨论了地质软岩的概念，定义强调岩石成分的特殊性，对力学机制没有涉及。而国际岩石力学学会的定义则强调大变形是与时间有关的变形行为，产生原因是由于极限剪切应力失稳。实际上，上述定义只强调了一个现象的两个方面，均有一定缺陷。陈宗基等(1983)认为，围岩收敛变形机制应包括塑性楔体、流动变形、围岩膨胀、扩容、挠曲五个方面，与前述定义有重叠之处；翁汉民等(1999)认为不能从变形量的大小定义大变形，具有显著变形是大变形问题的外在表现，其本质是由剪应力产生的岩体剪切变形发生错动、断裂分离破坏，岩体向地下空间方向产生挤压变形来定义大变形；何满潮等(2002)基于地下空间大变形现象将软岩分为膨胀型软岩、高应力软岩、节理化软岩、复合型软岩四类；李天斌等(2005)基于产生围岩大变形的地质环境及力学机制，将其定义为：隧道及地下工程中，由软弱岩体构成的围岩，在高或相对高地应力、地下水或自身膨胀性的作用下，其自承能力丧失或部分丧失，产生具有累进性和明显时间效应的塑性变形且变形得不到有效约束的现象，它既区别于岩爆运动脆性破坏，又区别于围岩松动圈中受限于一定结构面控制的坍塌、滑动等破坏；赵旭峰（2007）提出挤压现象是一种在隧道开挖中与时间有关的大变形，与岩体的时效力学行为紧密相关，表现为在工程扰动力作用下，当岩体所承受的剪应力超过某极限值时，所发生的随时间发展的显著粘弹塑性变形；上述对大变形的定义均较好地概况了前述两种经典定义。

黄土隧道围岩变形规律

科技信息ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 2013年第5期0引言近些年来，甘肃省经济发展迅速，但是发展经济的前提，交通必需先发展。随着高含水率黄土隧道修筑的增加，施工中出现了一些问题，许多学者作了大量的研究。采用隧道理论计算与现场监控量测相结合的方法，为隧道安全施工提供了重要保证，进一步优化了初期支护和二次衬砌的参数，提高了施工速度和质量。本文以石羊岭隧道为工程依托，通过MIDAS/GTS 数值计算和现场监控量测，对隧道留核心土施工法施工过程进行数值计算，并与现场监控量测数据对比，得出留核心土施工法施工对石羊岭隧道开挖比较合理[1-3]，为高含水率黄土隧道施工积累经验，研究具有一定的参考价值。 1工程概况石羊岭隧道位于定西市安定区。隧道全长1288m ，隧道起点端里程桩号K6+232，隧道终点端里程桩号K7+520，洞体最大埋深约123.7m ，位于K6+824.3m 处；进出口均位于黄土冲沟，距乡村公路较近，交通便利。隧道位于临县境内黄土梁峁区，隧址区（Q 3eol ）黄土大面积覆盖，微地貌为黄土残梁、黄土陡坎，隧址区走向近东北向，山梁顶部较平缓，山梁两侧为冲沟，山坡为中陡坡。石羊岭梁隧道进口段围岩由第四系上更新统（Q 3al+pl ）粉质粘土组成，其状态为坚硬-硬塑，松软结构，地下水出水状态为滴渗水，围岩级别Ⅴ级。岩体较破碎，含水率高，稳定性差，开挖后易坍塌，侧壁不稳定，需加超前小导管，本文用于数值计算的目标断面为K6+450，隧道埋深70m 。计算所采用的断面初期支护采用型钢混凝土联合支护，C25喷射混凝土、I20a 型钢、钢筋网联合支护，对于Ⅴ级围岩需在顶部做超前小导管，采用准42超前小导管，长3m ，混凝土喷层厚度为0.3m 。 2隧道施工过程数值模拟 2．1模型建立2．1．1约束的确定依据圣维南原理、有限元计算误差和工程的要求，选取的计算范围为3～5倍洞径，但当超过5倍洞径，位移一般控制在5%以内，误差较小。 2．1．2钢拱架力学模拟运用等效的方法考虑时，采取抗压刚度相等的原则，并用钢架的弹性模量折算给喷射混凝土，简化初期支护，计算为： E=E 0+ S g ×E g S c 上式中，E 为折算后混凝土弹性模量；E 0为原混凝土弹性模量；S g 为钢拱架截面积，E g 为钢材弹性模量；S c 为混凝土截面积。因此模型尺寸长×宽=100m ×84m 。模型地面为无约束自由面，四周采用横向变形约束条件，底部采用竖向约束条件。计算中土体采用摩尔—库仑准则，初期支护采用C25混凝土材料，厚度0.3m 。初始应力场仅考虑土体自重应力场，忽略地层的地层构造应力。整个模型共个363节点，共1263单元。地层采用平面单元，初期支护采用梁单元[4-5]，计算模型见图1。2．2参数选取根据工程地质勘察报告，数值计算采用的参数见表1。表1 模型计算材料参数 Table 1Physical and mechanical parameters of model materials 2.3 现场开挖过程模拟依据现场施工方案，留核心土法施工模拟，先开挖上半部分，再开挖核心土，最后开挖下半部分，在开挖时荷载释放系数为0.6，初期支护阶段荷载释放系数为0.4。2.4数值模拟结果分析 2.4.1隧道围岩竖向位移分析（a ）开挖上台阶竖向位移云图（b ）开挖核心土及下台阶竖向位移云图图2围岩竖向位移云图 Fig.2Vertical displacement contours of the surrounding rock, 黄土隧道围岩变形规律分析辛纯涛吴勇（甘肃省交通科学研究院有限公司，甘肃兰州730050）【摘要】结合石羊岭隧道工程，对高含水率黄土隧道开挖支护后围岩变形进行了研究。利用Midas/GTS 有限元分析软件，建立了有限元计算模型，分析了石羊岭黄土隧道开挖支护后的位移场，并与现场监控量测数据进行了分析对比，得到了黄土隧道的围岩变形规律，给出了合理的支护方案。结果表明：留核心土施工法适用于此隧道，并从开挖过程得到隧道位移分布及影响范围；从现场监控量测数据可以得出，变形经历三个过程，最终处于稳定状态。数值计算结果与现场监测数据基本一致，并得到初期支护与二次衬砌间隔的时间为25天。【关键词】黄土隧道；MIDAS/GTS 数值计算；现场监测；围岩变形作者简介：辛纯涛（1986—），男，助理工程师，主要从事隧道检测及岩土数值计算。图1隧道计算模型 Fig.1Computation model of the tunne 名称密度 (KN/m 3)弹性模量 (MPa)粘聚力 (KPa)内摩擦角 (°)泊松比层厚 (m)黄土18.50534.420.050.3100喷射混凝土24.0015000--0.20.3小导管 78.50 20000 - - 0.3 4.5 ○科教前沿○78

地下洞室围岩大变形机制研究

地下洞室围岩大变形机制研究发表时间：2015-10-08T13:12:07.820Z 来源：《基层建设》2015年5期供稿作者：罗荣辉[导读] 四川公路桥梁建设集团有限公司华东机华分公司四川成都隧道穿越高应力、软弱破碎围岩条件及复杂恶劣地质环境的情况不可避免，与此同时，隧道围岩大变形问题也凸显出来。罗荣辉四川公路桥梁建设集团有限公司华东机华分公司四川成都 610200 摘要：基于地下洞室危岩大变形工程特性，揭示了围岩大变形卸荷作用机制，并介绍了卸荷作用过程及围岩变形特性；提出了瞬时—弹性—塑性—流变变形机制，其机制包括瞬时变形、弹性变形阶段、塑性变形阶段、流变变形阶段；解译了弱面剪切机制，并给出弱面剪切机制的强度准则。关键词：地下工程；大变形机制；围岩；地下洞室1 引言近年来，随着中国队基础设施建设投资力度的逐渐加大，铁路、公路隧道工程的建设规模得到了迅猛发展，隧道工程施工的机械化程度和施工技术水平也得到了很大的提高。目前，在中国路网主骨架“八纵八横”总体战略实施过程中，铁路、公路隧道已经向长、大、深埋方向发展[1，2]，因此隧道穿越高应力、软弱破碎围岩条件及复杂恶劣地质环境的情况不可避免，与此同时，隧道围岩大变形问题也凸显出来。本文介绍了地下洞室围岩大变形的卸荷作用机制、瞬时—弹性—塑性—流变变形机制、弱面剪切机制等机制，研究成果对于深入了解围岩大变形机理具有积极意义。 2 地下洞室围岩大变形机制研究2.1 卸荷作用机制地下洞室岩体开挖后，产生应力重分布，如图1所示，应力迹线岩体应力在没开挖前平面上受竖向均布荷载，开挖后被开挖的洞室岩体产生应力集中，应力迹线在洞室周围由直线变为弧形曲线，越靠近洞室周壁应力变化越显著。因此洞室开挖后岩体由三向应力状态变为平面应力状态，即在洞室周围形成侧向临空面，而临空面的形成伴随着而瞬间卸荷作用的产生。岩石的卸荷破坏变形主要是因卸荷导致的破裂前的扩容作用和宏观剪切破坏。从岩石三轴和单轴压缩试验应力——应变曲线可以看出当岩体受荷达到某一值时岩石体积膨胀，这是由应力差急剧变化引起的变形破坏，此后岩体进入累进破坏阶段，最终完全破裂。卸荷变形破坏作用机制过程：1）卸荷初始阶段，岩体基本保持原状，但岩体内有微小裂缝的形成；2）卸荷达到一定程度后，侧向临空面处岩体处于平面应力状态，即拉—压作用，受拉—压作用微小裂缝尖端应力集中而张拉扩展，由卸荷岩体应力—应变曲线可知，此时侧向应变和轴向应变基本相等，但由侧向应变曲线和轴向应变曲线的切线斜率知侧向应变速率明显大于轴向应变速率，并处于加速增长状态。3）卸荷作用继续发展，裂缝继续扩展，对于硬质岩体由于拉——压作用裂缝部分贯通并表现为竖向裂缝的增多和侧向岩体的鼓起，裂缝表现为追踪效应，应力——应变曲线上表现为应变的急剧增大，变形速率趋于稳定并有减缓的趋势，但侧向变形速率仍大于轴向变形速率。对于软质岩体随着时间的推移表现为一定的流变特性，岩体变形曲线为近于平行。4）卸荷作用最后阶段对于硬质岩体裂缝完全贯通破裂，破裂面形成，表现为剪切破坏，岩体较为破碎，并且竖向裂隙比较集中，并伴有显著的竖向破裂面。对于软质岩体流变使变形缓慢进行，表现为侧向挤出和塑性流变。 2.2 瞬时—弹性—塑性—流变变形机制1）瞬时变形瞬时变形是岩体开挖应力释放后瞬间产生的变形量，与岩体性质、岩体初始应力场、地下水、岩体构造等有关，是一种非线性变形机制，变形伴随岩体的张裂，一般变形量较小。2）弹性变形阶段弹性变形是岩体进入线弹性变形阶段产生的变形量，此阶段弹性模量（E）为一常数，应力和应变呈现线性关系，表达式如下：（1）式中，——应力值；——变形量对于硬质岩体弹性变形时间较长，但变形量较小，对于许多处于高应力区的硬质岩体开挖后一般处于弹性变形阶段；对于软质岩体，弹性变形很快结束进入屈服阶段，但变形量较硬质岩体大。3）塑性变形阶段塑性变形是岩体卸荷后受拉压作用使岩体超过屈服强度后产生的不可逆的变形量。对于硬质岩体，变形进入此阶段，岩体变形急剧增大并趋于峰值。对于软质岩体或处于高温高压作用下的硬质岩体塑性变形持续时间较长，表现为塑性变形和侧墙的岩体挤出，如围岩颈缩、底鼓、侧向突出等。现有的弹塑性机制弹性阶段在应力应变图上为线性变化，而对塑性变形有线性、幂指数型等变化。4）流变变形阶段

千枚岩隧道大变形原因分析及施工对策

千枚岩隧道大变形原因分析及施工对策摘要：柳树垭隧道地处千枚岩地段，施工初期由于围岩变形较大，导致初期支护开裂等问题，严重影响了施工安全和施工进度。通过对围岩变形原因的分析，在施工过程中，针对不同围岩采取不同的、有效的施工方法，对抑制围岩变形取得了较好的效果。关键词：千枚岩；大变形；分析；施工对策 Abstract: the same tunnel is located in thousand pieces willow rock location, construction because of surrounding rock deformation is early, leading to the primary support the problem such as craze, serious impact on the construction safety and construction schedule. Through the analysis of the reason of surrounding rock deformation, in construction process, according to different rock mass take different, effective construction method, to control the deformation of the surrounding rock has a good effect. Keywords: thousand pieces rock; Large deformation; Analysis; Construction strategies 引言近年来，国家对基础建设的投入越来越大，铁路、公路、城市地下工程、资源开采等工程项目随处可见，工程很多都是在软弱围岩中进行的。如作者参与修建的西汉高速公路大（河坝）两（河）连接线工程中的柳树垭隧道。在软岩工程越来越频繁的情况下，对软岩工程中的围岩变形问题进行总结研究具有重要的工程实用价值和现实意义。文中作者通过施工过程的实际方法，总结了千枚岩隧道变形的基本特征，分析了变形原因及采取的施工对策。 1、千枚岩隧道变形的主要原因千枚岩隧道的变形有很多形式，其中以仰拱起鼓、隧道两侧挤压、初期支护开裂、拱顶下沉等类型发生较多。引起变形发生的主要原因如下：（1）围岩自身因素。

软岩隧道大变形成因分析及处置措施

软岩隧道大变形成因分析及处置措施摘要：本文对软岩隧道大变形机理进行分析，详细介绍了软岩地区常见的支护设计和软岩区施工阶段的质量控制措施，以解决当前施工阶段出现的问题，以期为软岩区隧道建设提供借鉴和参考。关键词：软岩隧道；大变形；成因分析；处置措施 0 引言由隧道大变形引起的地质灾害屡见不鲜，困扰着软岩区隧道的建设。首例出现软岩大变形的隧道是1906年建成的新普伦隧道（全长19.8Km），比较有代表性的是奥地利陶恩隧道，施工期间产生50~120cm的变形，日最大变形量达到 20cm。国内比较有代表性的有乌鞘岭隧道，拱顶沉降达到105cm，周边收敛达到103cm，而凉风垭隧道的周边收敛值达到197.25cm，此类的地质问题还有许多，软岩隧道不仅延长建设的周期，而且还会大幅增加工程造价。软岩隧道的支护理论有多种，20世纪初由Haim、Rankine等提出的古典压力理论，以及在之后提出的塌落拱理论，这也是新奥法的理论基础，其核心是隧道围岩具有自稳能力， L.V.Rabcewicz提出新奥地利隧道施工方法（即新奥法），其后还有应变控制理论、能量支护理论、轴变论、软岩工程力学支护理论等。近年来结合数值模拟技术，可以对隧道变形进行初步的了解，提高设计的准确性，在施工技术、监测手段上也取得较大的发展，复合式衬砌、超前支护等应用于隧道工程中，高精度、自动化、智能化的监测设备用于隧道变形和应力监测[1]。 1 隧道围岩大变形机理 1.1 软岩大变形的工程定义目前对于围岩大变形尚未有明确的定性和定量判断依据，只是根据地质条件，以某一角度进行判断，而在实际的工程中，软岩大变形并未列入规范中。软岩区隧道产生大变形与地质条件、时间、隧道的尺寸规模、埋深等有着密切关系，根据以上的影响因素，本文对软岩大变形给出如下定义：软弱围岩在水（包括地下水和地表渗水）的作用下，采取常规的支护设计，围岩产生塑性变形，且无法有效控制，其变形量已经超过预留变形量或者规范的允许值，或者具有这种趋势，当二衬施工工后一段时间内，变形仍不稳定，且导致衬砌结构开裂的现象称为软岩大变形。 1.2软岩大变形机理围岩产生大变形破坏取决于岩性，即岩体的性质、构造与结构，其次是围岩的地质环境，即地应力、地下水分布等，与支护参数也有较大的联系。围岩大变形发展机理可以归纳为以下几点： ⑴软岩流塑隧道的开挖会改变围岩的应力状态，围岩的应力状态随开挖而调整，在此过程中岩体中闭合的结构面会不断的张开，产生滑移，岩体进一步破碎，此时地下水进入张开的结构面，进一步弱化岩体的强度，导致岩体呈流塑状态而产生较大的周边收敛。 ⑵板梁弯曲对于呈薄层状的围岩，在开挖后，其顶板变形呈弯曲状态，这一现象在高地应力地区更为明显。隧道的法向应力降低而切向应力增加，层状的岩体发生横向或者纵向挠曲，引起顶板和地板在垂直应力作用下引起顶板下沉和底板的隆起，侧墙在侧向应力作用下产生较大的收敛。

地下洞室围岩稳定性综述

地下洞室围岩稳定性综述摘要：地下洞室围岩的稳定性在地下洞室施工时有着至关重要的作用，简要介绍了近几年研究成果，并对这一研究的现状与发展趋势做了简要评述。关键词：地下洞室围岩稳定性综述引言地下洞室等地下工程开挖之前，岩体处于一定的应力平衡状态。用于各种目的的地下开挖改变了原有的平衡状态，从而造成开挖空间周围的应力重新分布。如果围岩中的应力超过了岩体强度，则围岩会破坏，产生坍塌、片帮甚至底板隆起等现象，软岩或高地应力中的地下洞室则可能产生很大的塑性变形。如果不及时对围岩进行支护或加固开挖出来的地下空间就会因为围岩的变形与破坏而无法使用。当二次应力较低，达不到围岩的弹性极限时，围岩处于弹性状态，无需支护就可以保持稳定；反之当围岩应力较高、强较低时，就会产生塑性变形和断裂破坏；在有断层、节理等不连续面切割时，还有可能在地下洞室的顶板或边墙产生不稳定的楔形块体，也可以对地下空间构成威胁。在进行地下空间设计和施工之前，需要对开挖后的围岩应力进行分析，进而对围岩稳定性进行评价，以便采取合理的开挖方式和支护形式。地下洞室等地下工程不可能一次开挖完成，不同的开挖顺序及施工方案对地下洞室群的稳定性的影响不同，即开挖顺序或施工方案将直接影响围岩应力、变形及破坏区的发展变化过程。因此，选择合理的开挖顺序或施工过程是地下洞室群设计与施工的重要内容，具有重要的理论意义和过程使用价值。主要研究成果 2004年周敏等[1]在针对影响因素与围岩稳定的非线性关系，利用神经网络理论与BP神经网络的建模能力，进行非线性运算，提出改进的BP神经网络评判围岩稳定性模型，得出神经网络方法可以很好的运用于洞室稳定性影响因素中，且输入的参数不受限制，分类，设计及预测精度高，还可以进行数据联想以及校正补错。提出神经网络方法在地下洞室稳定性分类中具有非常重要的意义。 2005年胡夏嵩等[2~4]以西北某市大型水利地下洞室工程为例，采用弹塑性二维有限元法通过低地应力区地下洞室开挖后围岩拉应力、剪切应力分布与围岩变形破坏进行了数值模拟研究，模拟结果表明：在低地应力地区对于椭圆形洞室，地下洞室开挖后在洞侧壁位置产生应力集中，在洞顶位置出现拉应力现象，基本产生在拱顶正中位置；低地应力区地下洞室开挖后，围岩中的剪应力集中带主要形成于洞顶垂直位置，即地下洞室围岩破坏主要发生在洞顶位置，略偏于拱顶的位置，最大剪切应力等值线分布具有对称性，形成于地下洞室底边墙拐角位置处的最大剪应力集中现象，这种现象与地下洞室开挖所引起的围岩块体结构面切向挤压滑落时的剪切变形、应力释放有一定的关系，洞顶位置处的最大剪应力值明显小于底部边墙拐角处的最大剪应力值，边墙拐角处的最大剪应力值一般是洞顶位置最大剪应力值得1.7倍以上，这与地下洞室底边与侧壁边墙之间开挖成直角形有关，直角形的拐角容易形成剪应力集中，产生围岩的不稳定区；低地应力区地下洞室围岩变形破坏主要是发生在垂直方向，水平方向的规模和程度均不及前者，同时总结分析了低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏规律及其特征。 2010年叶洲元[5]基于等效数值原理并结合地下洞室围岩本身特性，对大冶铁矿地下洞室工程进行分析，选取围岩质量指标D、单轴抗压强度R c、岩体完整性指标K v、地下水渗水流量W和节理状况对地下洞室围岩稳定性进行评价，结果表明等效数值法应用于围岩稳定性的评价，具有计算简单高效，使用方便等特点。 2013年朱义欢[6]针对地下洞室短长期稳定性的评判准则进行分类总结与归纳，得出岩体流变特性试验的开展以及长期强度的确定，如何给出围岩稳定性的综合评判以及相应的临界