地下洞室围岩稳定性分析(精选)
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究
地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究地下厂房洞室群围岩稳定性是指地下厂房洞室周围岩体的稳定性问题。
地下厂房洞室通常是为了满足人们的生产、生活和储存需求，因此洞室群围岩的稳定性对于地下厂房的长期运行、人员安全和资产保障至关重要。
在研究地下厂房洞室群围岩稳定性时，需要考虑以下几个方面的问题：首先，需要分析洞室群围岩的物理力学特性，包括岩石的强度、变形特性和破坏模式。
通过适当的岩石力学试验和野外观测，可以获取岩石的力学参数，如抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
这些参数对于稳定性分析和设计起着重要的作用。
其次，需要考虑工程参数的影响，如洞室尺寸、埋深和周边岩性的条件。
洞室尺寸对岩体稳定性有直接影响，尤其是高宽比较大的洞室，容易导致岩体的变形和破坏。
洞室的埋深也会影响岩体的应力状态，从而影响岩体的稳定性。
周边岩性的条件决定了岩体的强度和变形特性，需要对周边岩性进行综合分析。
此外，岩体的结构面、节理和隐伏断层等地质构造的影响也需要考虑。
岩体中存在的结构面和节理体，会导致岩体的开裂和滑动，对岩体的稳定性产生不利影响。
隐伏断层的活动可能导致岩体的滑动和破坏，需要对其进行综合分析和评估。
最后，需要进行数值模拟和力学分析，包括有限元分析、离散元分析和解析方法等。
通过数值模拟可以模拟地下厂房洞室群围岩的应力-应变状态，预测岩体的破坏形态和稳定性。
数值模拟还可以进行灵敏度分析，评估不同参数对岩体稳定性的影响，为优化设计和工程措施提供依据。
综上所述，地下厂房洞室群围岩稳定性的研究是一项复杂的工作，需要考虑岩石力学特性、洞室尺寸与周边岩性、地质构造和数值模拟等多个方面的问题。
通过综合分析和评估，可以为地下厂房洞室的设计和建设提供科学依据，保障其长期稳定和安全运行。
8-1 地下洞室围岩稳定性分析
洞顶位移底鼓在岩石地下工程中，受开应力状态发生改二、地下洞室开挖所产生的岩体力学问题向新的平衡应力状态调整，应力状态的调整过程，称(redistribution of stress)。
洞顶位移底鼓由于洞径方向的变形远大于洞轴方向的变形，当洞室半径远小于洞长时，洞轴方向的变形可以忽略不计，因此地下洞室问题可视为平面应变问题深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室，其围岩重分布应力按柯西课题求解(1)柯西课题概化模型无限大弹性薄板，其边界上受到沿方向的外力作用，薄板中有一半径为的小圆孔。
x p R 弹性薄板柯西课题分析示意图pp 1.深埋圆形水平洞室围岩重分布应力以圆的圆心为原点取极坐标，由弹性理论，若不考虑体积力，可求得薄板中任一点的应力及其方向。
(,)M r θ弹性薄板柯西课题分析示意图p p若应力函数为φ22211r r r r φφσθ∂∂=+∂∂径向应力：22rθφσ∂=∂环向应力：2211r r r r θφφτθθ∂∂=−∂∂∂剪切应力：(2)柯西课题解弹性薄板柯西课题分析示意图p p边界条件：()cos 222r r b p pσθ==+()sin 22r r b pθτθ==−0b R >>()()0r r r b r b θτσ====0b R =0b R >>vσxθMvσ0R r弹性薄板pp柯西课题力学模型中极坐标轴与力的作用方向相同。
因此，需进行极角变换。
2420002423411cos22v r R R R r r r σσθ⎡⎤⎛⎞⎛⎞=−−+−⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦240024311cos22v R R r r θσσθ⎡⎤⎛⎞⎛⎞=+++⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦420042321sin22v r R R rr θστθ⎛⎞=−+⎜⎟⎝⎠2）由柯西课题解得到作用下圆形洞室围岩重分布应力v σ22θθπ→−2θσσ=④随着距离增大，增大，减小，并且都逐渐趋近于天然应力。
地下洞室围岩稳定性分析
地下洞室围岩稳定性分析在进行地下洞室围岩稳定性分析时，一般需要考虑以下几个主要因素：1.岩层的力学性质：岩层的力学性质是岩石稳定性的基础。
要进行稳定性分析，首先需要获取岩层的力学参数，如岩石的强度、弹性模量和剪胀性等。
通常可以通过室内试验、现场调查和实测等方法获得这些参数，或者借助已有的类似工程的资料进行评估。
2.地下水：地下水是地下洞室稳定性分析中重要的一项因素。
地下水对围岩的稳定性产生的主要影响是增加孔隙水压，降低岩层的有效应力，促使岩体产生破坏。
因此，需要充分考虑地下水对岩层的影响，包括水位高度、水质状况、渗流特性等。
3.岩体结构：岩体的结构对于岩层稳定性具有重要影响。
岩体的结构主要表现为节理、裂隙、岩体层理等。
这些结构特征对洞室的稳定性有直接影响，形成控制洞室稳定的主要因素之一、因此，在进行稳定性分析时，需要对岩体的结构特征进行详细调查和分析，选择合适的建模方法进行模拟。
4.洞室开挖方式和支护措施：洞室的开挖过程和支护措施对围岩稳定性有着直接的影响。
开挖过程中，洞室周围会受到剪切应力和变形等影响，进而对围岩稳定性产生影响。
因此，在稳定性分析中需要考虑洞室开挖方式和支护措施的影响，选择合适的岩体应力场和支护材料。
在进行地下洞室围岩稳定性分析时，常用的方法包括力学分析法、数值模拟法和现场监测法等。
力学分析法通过分析力学参数和地质参数，计算岩体的稳定系数，从而评估围岩的稳定性。
数值模拟法通过建立数学模型，采用有限元或边界元方法，模拟洞室周围围岩的变形和破坏过程，预测洞室的稳定性。
现场监测法是指通过安装监测点，对洞室周围的围岩变形和破坏进行实时监测，从而评估围岩的稳定性。
综上所述，地下洞室围岩稳定性分析是一个复杂的工程问题，需要考虑多个因素的综合影响。
只有充分了解地下洞室周围的地质和力学条件，选择合适的分析方法和模型，才能有效评估围岩的稳定性，并制定出合理的支护措施，确保地下洞室的安全和持续稳定。
工程地质讲稿-第9章：地下洞室围岩稳定性
地下水作用
地下水压力、渗透性等对围岩 稳定性产生影响，特别是在软
弱岩体中更为显著。
围岩稳定性评价方法
工程地质分析法
通过对地质勘察资料进行综合 分析，评估围岩的稳定性和可
能发生的不良地质现象。
数值分析法
利用数值计算方法模拟围岩应 力分布、变形和破坏过程，为 工程设计和施工提供依据。
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重要性
围岩稳定性是地下洞室工程设计 和施工中的关键问题，直接关系 到工程的安全性、经济性和可行 性。
围岩稳定性影响因素
01
02
03
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地质条件
包括岩体的物理性质、岩层结 构、节理裂隙发育程度和地下
水状况等。
洞室设计
洞室的跨度、形状、埋深、支 护方式等设计因素岩的扰动程度和 支护结构的及时性有直接影响
控制地下水压力
设置排水系统
在洞室周边设置排水系统，以降 低地下水压力和防止涌水。
采取止水措施
在洞室周边采取止水措施，如注 浆、粘土填塞等，以防止地下水
渗入。
合理选择施工方法
根据地下水压力情况，选择合适 的施工方法，如逆作法、分部开 挖法等，以减少对围岩稳定性的
影响。
监测与预警系统
设置监测点
在洞室周边设置监测点，对围岩位移、变形、应 力等情况进行实时监测。
工程地质讲稿-第9章地下洞室围岩 稳定性
目录
• 地下洞室围岩稳定性概述 • 地下洞室围岩应力分析 • 地下洞室围岩破坏模式与机理 • 提高地下洞室围岩稳定性措施 • 地下洞室围岩稳定性工程实例
01
地下洞室围岩稳定性概 述
定义与重要性
定义
地下洞室围岩稳定性是指围岩在 一定时间内保持其自身结构完整 性和稳定性的能力。
地下硐室围岩稳定分析
5.地下洞室围岩稳定性分析―――岩体力学作业之五一、名词释义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称为围岩。
地下工程开挖过程中，在发生应力重分布的那一部分工程岩体称为围岩。
2.围岩压力：地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏，进而引起施加于支护衬砌上的压力。
作用在支护物上的围岩的变形挤压力或塌坍岩体的重力称为围岩压力。
3.静水应力状态：在岩石力学中，地下深部岩体在自重作用下，岩体中的水平应力和垂直应力相等的应力状态。
4.形变围岩压力：指围岩在二次应力作用下局部进入塑性，缓慢的塑性变形作用在支护上形成的压力，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹—粘塑性变形形成的支护压力。
一般发生在塑性或者流变性较显著的地层中。
5.松动围岩压力：指因围岩应力重分布引起的或施工开挖引起的松动岩体作用在隧道或坑道井巷等地下工程支护结构上的作用压力。
一般是由于破碎的、松散的、分离成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。
6.冲击围岩压力：（1）是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压力作用下，围岩产生内破坏，发生突然脆性破坏并涌向开挖(采掘)空间的一种动力现象。
（2）强度较高且完整的弹脆性岩体过渡受力后突然发生岩石弹射变形所引起的围岩压力。
7.膨胀围岩压力：在遇到水分的条件下围岩常常发生不失去整体性的膨胀变形和位移，表现在顶板下沉、地板隆起和两帮挤出，并在支护结构上形成形变压力的现象。
8.应力集中：受力物体或构件在其形状或尺寸突然改变之处引起应力在局部范围内显著增大的现象。
9.应力集中系数：指岩体中二次应力与原始应力的比值，也可用井巷开挖后围岩中应力与开挖前应力的比值来表示。
10.侧压系数：岩体中一点的水平应力与垂直应力的比值。
11.围岩（弹性）抗力系数：当隧洞受到来自隧洞内部的压力P时，在内压力作用下，洞壁围岩必然向外产生一定的位移△α，则定义围岩的弹性抗力系数为K＝P／△α。
地下洞室围岩稳定性分析方法综述
问题，然而，由于岩石力学的研究对象是复杂的岩土体材料，一 般均具有非线性、非连续性、非均质及多相性等特点，尤其是天 然岩体，由于其赋存的特殊性，它被各种地质构造（如断层、节 理、层理等）切割成既连续又不连续的形态，从而一般均形成一 个从松散体到弱面体再到连续体的材料序列，而且，天然岩体所 涉及的力学问题是一个多场（应力场、温度场、渗流场）、多相 （气相、固相、液相）等影响下的复杂耦合问题，再加上工程开 挖和外部环境的影响，致使许多情况下，我们不能获得较为准确 的力学参数和本构模型。“力学参数和本构模型不准”已成为岩 石力学理论分析和数值模拟的“瓶颈”问题。
值或变形速率判据用于软弱围岩往往时效不佳，根据牛顿运动 定律，物体从运动转变为静止状态的必要条件是，加速度由负 值渐趋为零。因此，围岩稳定性判据应以加速度为主，辅以变 形值或变形速率，据此提出了变形速率比值判据。
然而采用不同的失稳判据得到的稳定安全度一般是不相同 的，如何建立一个具有理论基础的、可得到唯一解的失稳判据 是今后需要解决的问题。
2存在的问题21参数及本构岩石力学参数和本构模型是岩石力学研究中最核心的两个问题然而由于岩石力学的研究对象是复杂的岩土体材料一般均具有非线性非连续性非均质及多相性等特点尤其是天然岩体由于其赋存的特殊性它被各种地质构造如断层节理层理等切割成既连续又不连续的形态从而一般均形成一个从松散体到弱面体再到连续体的材料序列而且天然岩体所涉及的力学问题是一个多场应力场温度场渗流场多相气相固相液相等影响下的复杂耦合问题再加上工程开挖和外部环境的影响致使许多情况下我们不能获得较为准确的力
传统的岩石力学理论是以岩石的加载试验（包括室内及现 场原位试验）为基础，引入成熟的弹塑性理论等建立起来的而 地下洞室岩体开挖后的实际情况是以卸荷为主，且往往有较大 的拉应力区出现。显然传统的岩石力学理论统一采用加载试验 获取的岩体力学参数，应用适合于加载情况的力学分析软件进 行分析与计算，得到的变形及稳定分析结论与现场的实际情况 必然有巨大区别，甚至连趋势都无法反映[4]。
《岩体力学》第八章地下洞室围岩分析
②开挖洞室半径为R0，塑性圈半径为R1，岩体中的天然应力 ，（ 时情况）；
③圈内岩体强度服从Mohr直线强度条件即（Coulomb－Naiver准则）。
分析如图8.8所示：
图 8.8 塑性圈围岩应力分析图
，
由 （取向外为正，向内为负）
得：
上式整理变为：
…………………………………………………………①
（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；
令 ，则：
其中 、 为应力集中系数，其大小仅与点的位置有关。
同理，根据光弹实验或弹性力学方法可求得不同形状洞室的应力集中系数 和 ，见教材P144。
（3）软弱结构面对围岩重分布应力的影响
假定岩体中结构面无抗拉能力，且 很小，在剪切过程中，结构面无剪胀作用。
（1）软弱结构面 ，沿水平直线方向
、 均为主应力，结构面上无剪切应力，无影响。不会沿结构面产生滑动，结构面对围岩重分布应力的弹性分析无影响。
设满足方程①的应力函数 为：
………………………………③
由③代入①，并由②可得：
故应力函数 为：
…………………………④
由④代入①可得各应力分量：
………………………………⑤
岩体天然应力比值系数为 ，假定岩体为无重板的力学模型如图8.2所示。
若水平和铅直的天然应力均为主应力，则开挖前板内的天然应力为：
地下洞室围岩稳定性评价
• 3、洞底隆胀 • 地下洞室开挖后底板的隆胀是很常见的，
特别是在围岩塑性变形显著、岩性软弱 和埋深较大的地下洞室，表现得最明显， 有时也造成洞壁挤出现象。实际上，由 于我们在地下洞室支护中常常不支护底 板，所以几乎所有地下洞室均有不同程 度的底板隆胀现象。
地下洞室围岩稳定性评价
• 4、岩爆 • 洞室开挖过程中，周壁岩石有时会骤
• 一般地质构造复杂的岩层中，构造应力十分 明显，应尽量避开这些岩层，对地下洞室稳 定非常重要。
地下洞室围岩稳定性评价
• 5、地下水 • 围岩中地下水的赋存、活动状态，既影响着
围岩的应力状态，又影响着围岩的强度。当 洞室处于含水层中或地下洞室围岩透水性强 时，这些影响更为明显。
• 地下洞室围岩的稳定性，除了受上述天然因 素影响外，还受到人为因素的影响。比如： 开挖方法、开挖强度、支护方法和时间等。
析，初步判断岩体的稳定性。 • （2）在深入研究岩体结构特征的基础上，
进行地质力学建模，通过有限单元法或 边界元计算，得出工程岩体稳定性的定 量指标，判断围岩的稳定性。
地下洞室围岩稳定性评价
• 4、数学力学计算分析法 • 是较新的一种分析方法。岩体稳定性分析正
在由定性分析向定量分析方向转变的阶段。 • 5、模拟试验法 • 即在岩体结构和岩体力学研究的基础上，考
然以爆炸形式，呈透镜体碎片或岩块 突然弹出或抛出，并发出类似射击的 啪啪声响，这就是所谓的“岩爆”。 • 5、围岩破坏导致地面沉降 • 在矿山开采中，地下开采常留下很大 范围的采空区，围岩变形与破坏将会 扩展或影响波及地面，引起地面沉降。
地下洞室围岩稳定性评价
第三节 地下洞室围岩稳定性的分析方法
• 一、影响围岩稳定的因素 • 地下洞室围岩的稳定与岩性、岩体结构、地质