地下工程地质问题

第七章地下工程地质问题

一、名词解释(5)

1．围岩p150

由于工程开挖，使在一定范围内原来处于平衡状态的岩体中的应力受到扰动而重新分布，这个重分布应力范围内的岩体被称为围岩。

2．卸荷回弹p150

地下洞室开挖后，破坏了岩体中原有的地应力平衡状态，岩体内各质点在回弹应力作用下，力图沿最短距离向消除了阻力的临空面方向移动，直到达到新的平衡，这种位移现象叫做卸荷回弹。

3．岩爆p151

在高地应力区地下洞室开挖中，围岩在局部集中应力作用下，当应力超过岩体强度时，发生突然的脆性破坏，并导致应变能突然释放造成的岩石的弹射或抛出现象，称为岩爆。

4．软岩大变形p152

洞室开挖后，当围岩应力超过软弱岩体的屈服强度时，软弱的塑性物质就会沿最大应力梯度方向向消除了阻力的自由空间挤出，称软岩大变形。

5．突泥p156

地下工程掘进破坏了岩体原来封闭的边界，高能水土混合物突然涌出、快速释放，形成突泥。

二、单选(20)

1．下列哪种应力是初始地应力（）。P149～150

A．未受开挖影响的原始地应力B．未支护时的围岩应力

C．开挖后岩体中的应力D．支护完成后围岩中的应力

2．以下关于地应力的说法，不正确的是（）。P149

A．在浅部岩层，地应力垂直分量 σv 值接近于岩体自重应力

B．水平分量 σ h各向同性

C．最大主应力在平坦地区或深层受构造方向控制

D．最大主应力在浅层往往平行于山坡方向

3．以下有关直墙圆拱型隧道周边围岩应力变化规律的说法，不正确的是（）。P150 A．当侧压力系数较低时，拉应力主要出现在拱顶和洞底

B．当侧压力系数较低时，压应力主要出现在拱脚和边墙中部

C．随着侧压力系数增加，拱顶和洞底由拉应力转为压应力

D．随着侧压力系数增加，拱脚和边墙中部由压应力转为拉应力

4．在薄层脆性围岩的主要变形破坏类型是（）。P151

A．张裂塌落B．劈裂剥落C．弯折内鼓D．塑性挤出

5．下列有关岩爆的说法不正确的是（）。P152

A．岩爆是岩石内部弹性应变能积聚后而突然释放的结果

B．岩爆发生时，常伴有声音

C．岩爆发生的过程通常分为三个阶段，依次为应力调整阶段、启裂阶段和岩爆阶段D．岩爆发生的临界深度约为200m，埋深越大发生岩爆可能性越大

6．“通过开挖导坑时的实测涌水量，推算隧道涌水量”的涌水量预测方法称作（）。P154

A．相似比拟法B．水均衡法C．地下水动力学法D．数值法

7．突水和突泥的区别在于有无（）。P156

A．断层或岩溶洞穴B．松散碎屑物质C．封闭的边界D．高势能的地下水

8．“混凝土表面膨胀隆起，大面积自动剥落，有些地方呈豆腐渣状”对应的腐蚀严重程度等级为（）。P156

A．无腐蚀B．弱腐蚀C．中等腐蚀D．强腐蚀

9．硫化矿及含硫煤矿床地下水及其浸染的土层，对混凝土有（）。P157

A．结晶类腐蚀B．溶解类腐蚀C．分解类腐蚀D．结晶分解复合类腐蚀

10．地下洞室开挖时，工作面上的瓦斯含量超过（）时，就不准装药放炮。P158 A．1%B．2% C．3% D．4%

11．地下洞室如必须穿越含瓦斯的煤系地层，则应尽可能与煤层走向（）。P158

A．平行B．垂直C．45°斜交D．以上均可

12．膨胀性岩土地区，洞室开挖应特别注意的地下工程地质问题是（）。P158

A．岩爆B．塑性挤出C．弯折内鼓D．膨胀内鼓

13．合理的隧道轴线方向应该是与构造线的方向（）。P159

A．平行B．垂直C．45°斜交D．以上均可

14．当隧道不得不与正断层或逆断层局部平行或小角度相交时，应选择在断层的（）通过。P159

A．上盘B．下盘C．上升盘D．下降盘

15．当隧道两洞口高程均位于地下水分水岭线以下时，应自分水岭点向洞口设（）。P160

A．人字坡B．上行单坡C．下行单坡D．以上均可

16．一般情况下，为了确保隧道的安全，隧道进出的位置应遵循的原则是（）。P160 A．早进洞早出洞B．早进洞晚出洞C．晚进洞晚出洞D．晚进洞早出洞

17．运用物探勘查的依据是，不同地质体具有不同的（）。P161

A．物理性质B．化学性质C．水理性质D．力学性质

18．根据我国铁路隧道围岩分级标准，“软质岩（R c≈15～30MPa）：受地质构造影响严重，节理发育，呈块（石）碎（石）状镶体结构”的围岩属于（）级。P162 A．ⅡB．ⅢC．ⅣD．Ⅴ

19．以下可应用于隧道外的地表，从地表沿隧道轴线向下探测进行预报的弹性波探测方法是（）。P166

A．声纳法B．SHP水平剖面法C．TSP预报系统D．TRT地震反射层析成像预报技术

20．以下地下工程问题防治方法中不属于超前加固范围的是（）。P168

A．超前注浆B．冻结松散岩土层C．帷幕注浆D．小导管注浆

三、多选(10)

1．地应力主要包括（）。P149

A．自重应力B．构造应力C．残余应力D．初始应力

2．用水均衡法计算隧道涌水量，主要考虑的因素有（）。P154

A．大气降水量B．隧道吸引范围的集水面积

C．大气降雨渗入系数D．大气降雨渗入地下后到达隧道涌水处所需的渗流时间3．以下属于岩土和水对混凝土的化学腐蚀类型的有（）。P156

A．结晶类腐蚀B．溶解类腐蚀C．分解类腐蚀D．结晶分解复合类腐蚀

4．地下水对混凝土腐蚀强度的影响因素有（）。P156

A．建筑场地所处气候区B．岩土层透水性

C．干湿交替情况D．腐蚀成分及浓度

5．下列有关瓦斯在煤系地层中分布的规律，正确的有（）。P158

A．穹隆构造瓦斯含量高

B．背斜核部瓦斯含量比翼部高，向斜则相反

C．地表有较厚覆盖层的断层或节理发育带，瓦斯含量都较高

D．地下水愈多，瓦斯含量愈大

6．地下施工时，应注意地温的变化和影响，以下影响地温的因素有（）。P158

A．深度B．地质构造C．火山活动D．地下水温度

7．地下工程地质勘探方法主要包括（）。P161

A．钻探B．物探C．测试试验D．采样

8．影响岩体洞室稳定性的因素包括（）。P163

A．岩体质量B．地下水状态C．地应力状态D．洞室断面尺寸和形状

9．物理模型试验方法主要有（）。P163

A．光弹性模拟试验B．相似材料模型试验C．离心模拟试验D．数值模拟

10．超前地质预报的主要内容有（）。P165

A．断裂破碎带的预报B．不稳定块体的预报

C．地下水活动情况的预报D．地应力状况的预报

四、改错(5)

1．地应力是指上覆岩层引起的自重应力。p149

地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称原岩应力、初始应力、一次应力。在通常情况下，自重应力是地应力中最主要的成分，构造应力场则多出现在新构造运动比较强烈的地区。

2．地应力的水平应力分量σh 总是大于垂直分量 σv 。p149

一般在浅部岩层，水平分量 σh 大于垂直分量 σv ；在深部岩层，如1 km以下，两者渐趋一致，甚至 σv 大于 σh。

3．岩爆常见于修建在软弱岩体中的地下工程。P151

岩爆是高地应力区修建于脆性岩中的隧道及其他地下工程中常见的一种地质灾害。

4．地温与岩层层状构造方向无关，因此陡倾斜地层和水平地层中的洞室温度差别不大。P158

岩层层状构造方向导热性好，陡倾斜地层中洞室温度低于水平地层中洞室温度。

5．超前注浆是为了封闭围岩中的孔裂隙以达到封堵地下水通道的目的。P168

超前注浆主要用于松散岩体的加固，帷幕注浆是为封闭围岩中的孔裂隙以达到封堵地下水通道的目的，不限于松散软岩。

五、简答(4)

1．地下工程勘察的主要内容有哪些？p161

地下工程的工程地质勘察，除遵循一般的工程地质勘察的工作程序和勘察要求外，重点是查明洞址的地应力场特征、区域构造特征、特殊的工程地质问题及对地下工程岩体稳定性的影响。主要包括工程地质调绘、工程地质勘探、围岩分级。

2．常用的岩体洞室围岩稳定性评价方法有哪些？p163～164

理论公式：连续介质力学分析法、散体围岩稳定性评价法、极限平衡分析法；模型试验与模拟分析；现场监测与信息化设计。

3．简述地下工程地质问题的防治原则。p164～165

认真研究地质资料、提前做好重点地段的施工准备和预案、重视超前预报、做好突发情况处理工作。

4．地下工程地质问题的防治措施有哪些？p167～168

合理施工、超前加固、加强支撑、超前钻孔、防排截堵地下水。

5．简述地应力的分布特征。P149

（1）在浅部岩层，地应力垂直分量 σv 值接近于岩体自重应力；大约3/4实测资料表明，水平分量 σ h 大于垂直分量 σv ；（2）在深部岩层，如1 km以下，两者渐趋一致，甚至 σv 大于 σh；（3）水平分量 σ h有各向异性；（4）最大主应力在平坦地区或深层受构造方向控制，而在山区则和地形有关，在浅层往往平行于山坡方向；（5）由于多数岩体都经历过多次地质构造运动，组成岩石的各种矿物的物理力学性质也不相同，因而地应力中的一部分以“封闭”或“冻结”状态存在于岩石中。

6．常见的隧道涌水量预测方法有哪些？p154

相似比拟法、水均衡法、地下水动力学法

六、读图(12)

1．下图示意了哪种围岩变形破坏类型？并简要解释破坏原因。P151

劈裂剥落。过大的切向压应力可使厚层或块体状围岩表部发生平行洞室周边的破裂。一些平行破裂将围岩切割成几cm到几十cm厚的薄板，这些薄板常沿壁面剥落，其破裂范围一般不超过洞室的半径。当切向压应力大于劈裂岩板的抗弯强度时，这些劈裂板还可能被压弯、折断，并造成坍方。

2．（a）（b）两图示意了哪种围岩变形破坏类型？并简要解释破坏原因。P151

弯折内鼓。故当薄层状岩层与初始最大应力近于垂直时，洞室开挖后，就会在回弹应力作用下发生如图所示的弯曲、拉裂和折断，最终挤入洞内面坍倒。如垂直应力为主时，水平岩层在洞顶易产生弯折（图a）。水平应力为主时，竖直岩层在洞壁易产生弯折（图b）。

3．下图示意了哪种围岩变形破坏类型？并简要解释破坏原因。P151

弯折内鼓。当洞室侧壁有平行断层通过时，将加强洞壁与断层之间薄层岩体内的应力集中，从而更易产生弯折内鼓。

4．在（a）（b）两图中标出隧道围岩可能不稳定的块体，并简要解释原因。P153

从地下洞室围岩应力分布特征可知，在洞顶易产生拉应力，当洞顶岩体切割有利于塌落时，切向的拉应力降低了夹持岩石块体的成拱应力，极易引起拱顶岩块冒落。在洞室边墙上，切向压应力可以达到平均应力的2倍，若有陡倾角断裂在边墙发育，将造成断裂面上剪应力超过其抗剪强度，使围岩沿断裂面发生剪切滑移，造成边墙围岩失稳。

5．拟建隧道通过下图所示的滑坡地段，请为该隧道选择合适的位置，并简要说明原因。P159～160

C；当隧道在滑坡地区通过时，应在查清滑坡有关情况的基础上，一般从可能滑动面以下一定深度的稳定地层中通过。

6．拟建隧道通过下图所示的古滑坡地段，请问选址和相应治理措施是否合理，并简要说明原因。P159～160

对于古滑坡，只有在查明滑坡性质及滑体结构，并采取一些稳定滑坡的措施，在施工、运营中不致引起古滑体复活的情况下，才允许在滑体内部通过。因此，上图隧道的选址和相应治理措施比较合理。

7．拟建隧道通过下图所示的泥石流地区，请为该隧道选择合适的位置，并简要说明原因。P159～160

B；泥石流地区的傍山隧道，其埋深应根据道旁侧岸冲刷侵蚀的程度，在稳定山坡内留有一定安全厚度。

8．拟建隧道通过下图所示的岩溶斜坡地带，请为该隧道选择合适的位置，并简要说明原因。P160

B；在岩溶斜坡地区，线路宜向外靠，从安全带中通过。但隧道周围，特别是顶部和底部，距溶洞应留有足够的安全距离，否则需要进行加固处理。

9．请对下图（a）（b）两隧道的选址方案的作出评价。P42

（a）图隧道穿越水平岩层，岩性为较坚硬的石灰岩，围岩稳定性较好。（b）图隧道在软硬相间的水平岩层中，隧道拱部在软岩中，可能发生坍塌。

10．请对下图（a）（b）两隧道的选址方案的作出评价。P42

（a）图隧道在软弱岩层部位，常发生坍方。（b）图隧道轴线顺岩层走向通过，倾向洞内的一侧岩层易发生顺层坍滑，边墙承受偏压。

11．请对下图两隧道的选址方案的作出评价。P42

图中两隧道设置在褶曲的轴部，岩层弯曲、节理发育、地下水常常由此渗入地下，容易诱发坍方。

12．下图中的隧道垂直穿越背斜和向斜，请画出隧道拱顶压力大小的示意图。P42～43

垂直穿越背斜的隧道，其两端的拱顶压力大，中部岩层压力小；隧道横穿向斜时，情况则相反。

七、论述(2)

1．地下工程主要的工程地质问题有哪些？

围岩应力引起的变形破坏、地质构造引起的工程地质问题、地下水引起的工程地质问题、特殊地下工程地质问题p149～158

围岩应力引起的变形破坏，包括张裂塌落、劈裂剥落、碎裂松动、弯折内鼓、岩爆、塑性挤出等。地质构造引起的工程地质问题，如挤密的断层带形成局部隔水构造，开挖时或开挖后，富集的水和破碎的岩体可能形成泥流、碎屑流，强烈影响施工；节理对围岩的切割，使得完整的围岩有可能形成有利于岩石块体移动的边界条件。地下水引起的工程地质问题，包括涌水、突泥突水、腐蚀等。特殊地下工程地质问题，如有害气体、高低温、膨胀内鼓等。

2．试论述地质构造环境和区域地应力场特征对隧道位置选择的影响。

地质构造环境对隧道位置选择的影响：隧道应尽量选择在地质构造简单、构造应力作用强度较低的区域通过；区域地应力场特征对隧道位置选择的影响：最大主应力方向与隧道轴线重合，则可以降低围岩应力水平，合理的隧道轴线方向应该是与构造线垂直的方向。P159 地质构造环境对隧道位置选择的影响：隧道应尽量选择在地质构造简单、构造应力作用强度较低的区域通过，尽量选择在岩层产状平缓、岩体物质单一区域，避开断层密集、存在活动性断裂、高地应力作用区域。

区域地应力场特征对隧道位置选择的影响：隧道横断面方向的围岩应力与原始地应力水平有关，如果通过隧道轴线方位的选择，使最大主应力方向与隧道轴线重合，则可以降低围岩应力水平，提高围岩的安全性。地壳在水平构造应力作用下产生褶皱、断裂，其褶皱和断裂的展布方向（构造线走向）与主应力（水平应力）作用方向垂直。因此，合理的隧道轴线

方向应该是与构造线垂直的方向。在实际工程中，应尽量选择垂直或大角度跨越断层和褶皱的轴线方向，尽快穿越断层和褶皱核部。