岩石地下工程
沉积岩的物理性质及其对地下工程的影响
沉积岩的物理性质及其对地下工程的影响沉积岩是地球表层的主要岩石类型之一，它不仅具有独特的物理性质，而且对地下工程有着重要的影响。
本文将探讨沉积岩的物理性质及其对地下工程的影响。
一、沉积岩的物理性质1. 孔隙度与渗透性沉积岩的孔隙度是指岩石中孔隙的体积与岩石体积的比值。
孔隙度的大小决定了岩石的渗透性，即流体在岩石内部的渗透能力。
沉积岩通常具有较高的孔隙度和较好的渗透性，使得地下水和其他地下流体能够在岩石中自由流动。
2. 饱和度与孔隙水压力当沉积岩中的孔隙被水完全填满时，其处于饱和状态。
饱和度是指饱和岩石中孔隙水的体积与孔隙的总体积之比。
饱和度的大小与孔隙水压力有着密切的关系，饱和度越高则孔隙水压力越大。
沉积岩的饱和度和孔隙水压力对地下工程的稳定性和渗流特性具有重要影响。
3. 岩石密度与硬度沉积岩的密度与硬度是描述岩石实物性质的重要指标。
岩石密度主要受含水量和矿物成分的影响，不同类型的沉积岩具有不同的密度范围。
岩石硬度则反映了岩石的抗压能力，较硬的岩石对地下工程的稳定性更有利。
二、沉积岩对地下工程的影响1. 岩石稳定性沉积岩的物理性质直接影响地下工程的稳定性。
高渗透性的沉积岩容易形成地下水潜流和局部涌水，给工程带来一定的灾害风险。
另外，孔隙度高的沉积岩容易发生岩层变形和滑动等不稳定现象，对地下工程的安全性构成威胁。
2. 岩层的承载能力沉积岩的硬度和密度决定了其承载能力。
在地下工程中，如果选择了承载能力较低的沉积岩层作为基础，可能导致地基沉陷和工程结构破坏等问题。
因此，在地下工程的选择和设计中，需要充分考虑沉积岩的物理性质，确保地下岩层具有足够的承载能力。
3. 地下水渗流问题沉积岩中的孔隙度和渗透性会对地下水的渗流和储集产生影响。
高含水量和渗透性的沉积岩会导致地下水渗流速度较快，容易引起岩石的侵蚀和溶解，从而加剧地下工程的水害风险。
因此，对于需要处理地下水问题的工程，必须充分了解沉积岩的物理性质，采取相应的防护措施。
地下工程中的岩土相互作用
地下工程中的岩土相互作用地下工程是指建设在地下的各种工程，包括地铁、隧道、地下停车场等。
在进行这些地下工程建设的过程中，岩土相互作用是一个非常重要的问题。
岩土相互作用是指在地下工程中，岩石和土壤与工程结构之间的相互作用关系。
了解和研究岩土相互作用，对于地下工程的设计、施工和运营都有着重要意义。
地下工程的成功与否，很大程度上取决于岩土相互作用的处理。
岩土相互作用可以影响地下工程的稳定性、安全性和经济性。
因此，对于岩土相互作用的研究和理解，对于地下工程的工程师和设计师来说至关重要。
在地下工程中，常见的岩土相互作用有以下几种形式：1. 地下水与土壤的相互作用：地下水对土壤有一定的侵蚀和渗透能力，会使土壤的力学性质发生变化。
因此，在地下工程中需要对地下水进行充分的调查和分析，以确定地下水的水位、流向和渗透性等参数，从而采取相应的防护和排水措施。
2. 岩石与土壤的相互作用：在地下工程中，岩石通常作为基础或者围护结构，与土壤直接接触。
岩石的力学性质直接影响地下工程的稳定性和承载能力。
因此，需要对岩石进行详细的地质勘探和力学性质测试，以确定岩石的强度和变形特性，从而进行合理的设计和施工。
3. 岩土体与地下结构的相互作用：地下工程中的结构与周围的岩土体发生相互作用，相互影响。
在设计和施工过程中，需要考虑岩土体对结构的约束和支撑作用，同时也需要考虑结构对岩土体的影响，避免岩土体的塌陷和位移。
为了处理好岩土相互作用问题，需要进行以下几方面的工作：1. 地质勘探：对于地下工程的地质情况进行细致的勘探，包括岩石、土壤和地下水的分布、性质、厚度等参数的调查和分析。
地质勘探结果为地下工程的设计和施工提供了重要的依据。
2. 岩土力学性质测试：通过对岩石和土壤的力学性质进行测试，包括抗压强度、抗剪强度、变形特性等参数的测定，以确定岩石和土壤的力学性质，为地下工程的设计和施工提供依据。
3. 结构设计：根据地质勘探和岩土力学性质测试的结果，进行地下工程的结构设计，包括基础设计、围护结构设计等。
岩土工程施工的问题与解决方法
岩土工程施工的问题与解决方法岩土工程是指建筑、地下工程、水利工程等工程中涉及到岩石和土壤的工作。
在施工过程中，往往会出现各种问题。
本文将会探讨岩土工程施工中遇到的问题和有效的解决方法。
一、岩土工程施工中的问题1. 岩石形态不规则由于地质原因，岩石的形态不规则，这就带来施工工作中的难题。
如何在不破坏岩石的情况下进行施工，是一项需要解决的问题。
此外，在岩石形态不规则的情况下，如何选取适当的爆破方法和道具，也是需要考虑的问题。
2. 土壤地质条件复杂在岩土工程施工过程中，遇到的土壤地质条件往往非常复杂。
这可能导致工作难度加大，甚至会导致施工失败。
地下水位高、土壤岩石复杂等问题都会影响工程的施工进度和质量。
3. 施工条件有限由于地形地貌等原因，岩土工程的施工条件有时非常有限。
这需要工程师们结合具体情况调整施工计划，保证施工的顺利进行。
但是，有限的施工条件会给整个工程带来一定的风险，需要工程师们采取合适的措施来避免施工过程中的风险。
二、岩土工程施工的解决方法1. 合理选取岩石爆破方法在遇到岩石形态不规则的情况下，需要采取不同的爆破方法。
尽可能地降低爆破对周边环境的影响，选用低碳环保的爆破方法。
此外，还需要根据岩石的材质和形态，选取适当的炸药和道具。
2. 加强地质勘察工作在施工前需充分进行地质勘察。
对于土壤地质条件复杂的工程，应争取尽可能多的勘察时间，充分了解地质情况，确定适当的施工方法和技术措施，减轻施工风险。
同时，在施工现场加强对地下水位和土壤改良等方面的监测工作，及时调整施工计划。
3. 积极采取施工措施在施工条件有限的情况下，需要采取适当的措施，包括加强安全防范，采取针对性施工技术，增加维修和检测设备等，保证施工的顺利进行。
此外，合理分配施工人力和机械设备，尽可能地提高施工效率。
结论在岩土工程施工中，遇到问题是常有的事情。
但只要我们合理选取方法，通过加强勘察工作，采取适当的施工措施，就能最大程度地减少工程风险，保证施工的高质量和安全性。
岩土工程的分类
岩土工程的分类岩土工程是土木工程学科的一个重要分支，主要研究土壤、岩石及其相互作用的力学性质和工程应用。
根据不同的分类标准，岩土工程可以分为地基工程、岩石工程、土力学与地下工程、地震工程等多个专业领域。
地基工程是岩土工程的重要组成部分，主要研究土壤的力学性质以及土壤与建筑物之间的相互作用。
地基工程常常涉及到土壤的勘探与测试、地基的设计与施工、地基的加固与处理等内容。
通过对土壤力学性质的研究，地基工程可以为建筑物提供稳定的基础支撑，保证建筑物的安全运行。
岩石工程是研究岩石的力学性质以及岩石与工程结构之间的相互作用的专业领域。
岩石工程主要包括岩石的勘探与测试、岩石的力学特性研究、岩石的工程应用等内容。
通过对岩石的研究，岩石工程可以为岩石工程结构的设计与施工提供理论依据，保证岩石工程结构的稳定与安全。
土力学与地下工程是研究土壤力学性质以及地下工程的专业领域。
土力学与地下工程主要包括土壤的力学性质研究、土壤的工程应用、地下工程的设计与施工等内容。
通过对土壤力学性质的研究，土力学与地下工程可以为地下工程的设计与施工提供理论指导，保证地下工程的稳定与安全。
地震工程是研究地震对工程结构的影响以及抗震设计与施工的专业领域。
地震工程主要包括地震学、地震工程勘探与测试、地震工程设计与施工等内容。
通过对地震的研究，地震工程可以为工程结构的抗震设计与施工提供理论依据，提高工程结构的抗震能力，保护人民的生命财产安全。
除了以上几个专业领域外，岩土工程还涉及到一些其他的专业领域，如岩土力学、边坡工程、地质灾害与防治等。
岩土力学主要研究土壤与岩石的力学性质以及其在工程中的应用；边坡工程主要研究边坡的稳定性与防护措施；地质灾害与防治主要研究地质灾害的成因与防治方法。
这些专业领域的研究都是为了保证工程结构的安全与稳定，提高土地的利用效率，保护人民的生命财产安全。
岩土工程是土木工程学科的一个重要分支，根据不同的分类标准可以分为地基工程、岩石工程、土力学与地下工程、地震工程等多个专业领域。
第十讲 岩石地下工程(1)
(5-3)
根据材料力学求主应力公式可以得到任一点处的主应力：
①
λ ＝1时，即静水压力状态，由式（5-3）得： a2 r P(1 2 ) r a2 P(1 2 ) （5-5） r r 0 由上式得：当r＝a时（隧道表面），σr ＝0，σθ ＝2P；当r→∞ 时， σr＝P， σθ ＝P，而剪切应力为零。 可见，在硐室的周边切向应力最大，轴 向应力最小，产生的应力差最大。根据 第三强度理论（最大剪应力理论），硐 室周边首先产生破坏。在r无穷大时， 应力趋于原岩应力P。 根据式（5-5）分析围岩和原岩区域。
2
3
4
5
r/r0
3a
方形开挖断面
圆形开挖断面
5.3.1 无内压圆形隧洞围岩应力分析
1. 无穷大平面内圆形孔洞无内压应力分析：在受远场应 力作用下，平面内任意单元体处于平衡状态时，满足 平衡微分方程的应力表达式为：
其中φ 为极坐标形式的Airy应力 函数。将上式代入极坐标形式的 双调和方程，在轴对称条件下， 可求解得到双调和方程的通解φ 的表达式。然后代入上式求得 σr、σθ、τrθ的值，再根据边 界条件求出其常数，即得到该问 题的切尔西解（5-3）。
5.3 地下工程围岩应力
• 地下工程开挖围岩应力重分布特点：
–工程开挖后，原岩应力场的平衡关系被打破，在工程的 周边岩体上产生应力重分布和应力集中现象。 –受开挖影响、产生应力集中的区域的岩体称为围岩体， 这种影响范围一般为开挖最大尺寸的3~5倍；不受影响 的岩体称为原岩体。
a
3 2 1 r0 1 σr σθ b 5b
–实践性：强； –理论性：相对不完善。
• 岩石地下工程建设的理论与应用的发展：
–地下工程的复杂性，决定着其存在许多理论和工程技 术上未能解决的难题，为研究提出了挑战和机遇。
岩石的工程分类
岩石的工程分类岩石工程是指在工程建设中，对矿山岩体、地下岩体或地表岩体进行工程治理、开采、支护、加固、加固和回填等一系列工程活动。
在不同的岩体类型、构造属性、力学性质和应力状态下，应采取不同的工程措施和技术。
岩石工程分类岩石工程分为以下几类：矿山岩体工程矿山岩体工程是指在不同的矿山类型中，如金属矿山、非金属矿山、煤矿、盐矿等，在开采过程中进行岩体治理、控制地表沉降、支撑和加固等工程活动。
需要根据岩石结构、地质构造、地应力和水文地质等特性，统筹规划、科学规划、整体实施岩体工程活动。
隧道岩体工程隧道岩体工程是指在隧道工程中，对不同的地层进行岩体勘察、隧道开挖、支护和加固等工程活动。
需要在岩体类型、地层厚度、地应力状态、岩体难度等因素的影响下，设计出科学的隧道岩体工程方案。
地下岩体工程地下岩体工程是指在地下建筑、地下加油站、地下管道、地下公路、地下铁路和地下车库等建筑工地中，对地下岩体进行工程控制、加固和对岩层过程中进行可持续发展的科学规划。
需要根据不同的地质特征、水文地质特征和地应力约束等因素，设计出最佳的地下岩体工程方案。
地表岩体工程地表岩体工程是指在地表开挖、采石、挖掘隧道、建筑污水处理站、防洪工程、海堤防浪等工程中，对地表岩体实施开采、挖掘、运输、加固等工程活动。
需要根据地表岩体类型、构造特征、地质构造、地应力约束、可持续发展因素等因素，设计出最佳的地表岩体工程方案。
结论物理力学学科是岩石工程学科最基础的学科，为岩石工程提供基础、方法和手段。
在做好岩石工程方案和方案实施之前，应根据不同的岩石类型和工程特征，科学优化方案并评估其可行性。
同时，岩石工程应遵循沟通、合作和共享的原则，为科技创新和经济发展提供动力和支持。
地下工程中的不稳定岩石体与支护分析
地下工程中的不稳定岩石体与支护分析地下工程是目前建设领域中比较常见的一种工程类型，其涉及的范围也相当广泛。
在地下工程的建设过程中，不稳定岩石体问题一直是设计师所关注的焦点。
这些岩石体的不稳定因素包括地质条件、施工技术以及环境变化等因素，因此对于不稳定岩石体的支护分析显得尤为重要。
一、地下工程中不稳定岩石体的问题在地下工程中，不稳定岩石体是一个比较常见的问题。
不稳定的岩石体会对地下工程的进展造成很大的障碍，实际上也会对人们的安全造成一定的威胁。
不稳定岩石体的出现可以分为自然因素和人为因素。
自然因素主要包括地壳运动、地震、山体滑坡等，而人为因素则包括采矿、爆破、隧道开挖、水利工程建设等。
不稳定岩石体的问题在地下工程建设中尤为突出，其主要原因是地下工程施工难度大、环境变化大，因此岩石体的不稳定性也比较高。
对于不稳定岩石体的出现，设计者需要对其进行充分的调查和分析，并采取适当的方法来处理。
否则，不稳定岩石体的问题会对地下工程建设造成很大影响。
二、不稳定岩石体影响地下工程支护设计在地下工程建设过程中，岩石体的不稳定性会直接影响到地下工程的支护设计。
如果不稳定岩石体的问题没有被充分考虑，支护设计的很可能会出现漏洞。
因此，设计者需要对岩石体进行充分的调查和分析，从而得出恰当的结论。
如何正确评估岩石体的稳定性是一个非常重要的问题。
设计者可以采用不同的方法来进行评估，包括现场勘探、地质分析、岩石试验、应力分析等。
在评估过程中，需要充分考虑岩石体的性质、施工技术以及环境因素等因素。
在支护方案设计的过程中，需要充分考虑不稳定岩石体的情况。
支护方案设计的主要任务是在满足建设要求的前提下，尽可能减小地下工程对周围环境的影响，从而保障建设过程中的安全和稳定性。
满足这些要求需要对各种材料和结构进行充分分析和比较，设计出最佳的支护方案。
三、不同种类工程的岩石体支护分析方法不同种类的工程需要采取不同的岩石体支护分析方法。
这些方法包括常规支护和非常规支护。
岩石地下工程(巷道维护)
第五章岩石地下工程（巷道维护）§1概述岩石地下工程是指在岩石中开挖并临时或永久修建的各种工程。
如地下井巷、隧道、通道、峒室、地下仓库等，而采矿涉及范围最大，条件最复杂。
岩石地下工程一般埋深较大，穿越的地层复杂，地应力和对地下结构作用的传递情况也很复杂。
但实现地下工程稳定性的条件：σmax＜ SU max＜ U巷道维护任务（1）、在巷道的使用期内，为保证其形状、横向断面尺寸及其完好程度满足生产需要；（2）、在巷道的使用期内，保证人员和机器设备的安全及必要工作条件；（3）、选择最经济的提高巷道维护稳定性和巷道维护方法的措施。
维护巷道提高巷道稳定性的方法是很多的，而应用最广泛的是在巷道中安设支架。
支架分为两类：①传统支护（支撑式支护），木材、石材、混凝土、金属等，②锚喷支护。
我国因为巷道不通畅影响生产的例子是很多的。
就以铜川王石凹矿为例。
该矿是苏联莫斯科煤矿设计院设计的，57年建井，61年投产，设计能力120万t/年。
因为主要巷道的岩层层位选的不正确，到64年不得不被迫停产维修，这三年也总共产煤90万t/年。
总损失达3000万元，相当于建3各中型矿井。
2003年，神东公司掘进巷道33万米，打地板（宽5米厚150mm）11万米，各种费用约5900万元，随着产量的不断攀升，底板处理费用会逐年加大。
因此，作为咽喉和通道的巷道，直接影响着生产能否正常进行。
在进行矿井设计时就必须考虑巷道维护。
§2围岩与支架的相互作用2.1、地下工程（巷道）与地面工程比较地面工程，如水塔：体系由结构和基础组成，承受外载荷为水压，气压等。
地下工程，如巷道：体系由岩体和支护结构组成。
岩体既是载荷，又是承载单元。
即围岩和支护结构共同承载（见图）。
地下工程必然要进行岩石开挖和维护结构工程。
维护结构工程包括构筑承载结构和只护结构，如支架、锚喷、砌碹。
我们已经知道了围岩是在岩石地下工程中，由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体。
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⏹第5章岩石地下工程5.1 概述⏹为各种目的修建在地层之内的中空巷道或中空洞室统称为地下工程。
⏹地下洞室(underground cavity)是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。
⏹本章只叙述岩石地下工程。
⏹地下工程与地面建筑工程的对比5.2 地下工程围岩分类及地下工程类型5.2.1 地下工程围岩分类⏹地下工程围岩是指地壳中受地下工程开挖影响的那一部分岩体。
•对于单洞，范围通常等于地下工程横剖面中最大尺寸的3~5倍。
•对于群洞，目前没有明确的影响范围。
⏹围岩分类方法有许多种•从单一因素到多因素综合过度。
•从定性到定性与定量结合过度。
以20世纪70年代为分界线。
5.2.2 地下工程类型⏹地下工程包括的类型很多，从不同的角度出发，可以得到不同的分类方。
⏹合理的地下工程分类必须与其周围岩体应有的稳定性、安全程度联系起来，同时取决于地下工程的用途。
⏹Barton分类⏹按地下工程埋置深度分类⏹ Barton 分类 1. 临时性矿山坑硐 2. 竖井3.永久性矿山坑硐、水电工程的引水隧洞、导挖隧道、平巷和大型开挖工程的导坑。
4. 地下储藏室、污水处理站、公路和铁路支线的隧道、水电工程的调压室和进出隧道5. 地下电站的主硐室、公路和铁路干线的隧道、民防硐室、隧道入口及交叉点6. 地下核电站、地铁车站、地下体育场及公共设施、地下厂房。
⏹ 按地下工程埋置深度分类 • 一般分为浅埋隧道和深埋隧道。
• 铁路和公路均以此分类。
• 浅埋隧道和深埋隧道的临界深度可按荷载等效高度值，并结合地质条件，施工方法等因素判定。
⏹ 其他分类• 按用途：矿山巷道（井）、交通隧道、水工隧道、地下厂房（仓库）、地下军事工程 • 按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室• 按断面形状：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形 • 按与水平面关系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井） • 按介质类型：岩石洞室、土洞• 按应力情况：单式洞室、群洞 ⏹ 5.3地下工程围岩应力⏹ 围岩应力重分布问题——计算重分布应力地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，洞室周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力状态，称为重分布应力状态。
⏹ （2）围岩变形与破坏问题——计算位移、确定破坏范围 在重分布应力作用下，洞室围岩将向洞内变形位移。
如果围岩重分布应力超过了岩体的承受能力，围岩将产生破坏。
⏹ 围岩压力问题——计算围岩压力 围岩变形破坏将给地下洞室的稳定性带来危害，因而，需对围岩进行支护衬砌，变形破坏的围岩将对支衬结构施加一定的荷载，称为围岩压力(或称山岩压力、地压等)。
⏹ 有压洞室围岩抗力问题——计算围岩抗力在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过衬砌或洞壁传递给围岩，这时围岩将产生一个反力，称为围岩抗力。
圆形地下工程围岩应力⏹ 围岩应力的弹性分析• 围岩围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半时，围岩呈弹性变形。
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根据弹性力学计算。
q ph H)5.20.2(⌝=γ/q h q =••如果洞室半径相对洞长很小，按平面应变问题考虑，概化为两侧受均布压力的薄板中心小圆孔周边应力分布的计算问题。
可以把它看成是两个柯西解的叠加，如下图。
根据柯西公式，σv引起的围岩重分布应力σv和σH同时作用时圆形洞室围岩重分布应力：引入天然应力比值系数，σv和σH同时作用时圆形洞室围岩重分布应力可表示为：静水压力式天然应力场中的围岩重分布应力静水压力式天然应力场是指水平天然应力与铅直天然应力相等的应力场，即λ=1。
把λ=1代入上式，得静水压力式天然应力场中的围岩重分布应力为：• 由上式可知，静水压力式天然应力场中的围岩重分布应力具有下列特点：围岩内重分布应力与θ角无关，仅与R 0和σ0有关 。
由于τrθ=0，则σr ，σθ均为主应力，且σθ恒为最大主应力，σr 恒为最小主应力。
当r ＝R 0(洞壁)时，σr =0，σθ=2σ0，可知洞壁上的应力差最大，且处于单向受力状态，说明洞壁最易发生破坏 。
r 增大，σr 增大，σθ减小，都渐趋于σ0值。
在理论上，σr ，σθ要在r →∞处才达到σ0值，但实际上σr ，σθ趋近于σ0的速度很快，当r=6R 0时，σr 和σθ与σ0接近，如下图：一般认为，地下洞室开挖引起的围岩分布应力范围为6R为考察洞壁上的重分布应力的特点，把r =R 0代入上式，得洞壁上的重分布应力为：⏹ 围岩应力的塑性分析• 围岩的塑性破坏有两种情况：1）围岩局部区域的拉应力达到抗拉强度，产生收受拉分离破坏 2）围岩局部区域的剪应力达到岩体的抗剪强度，进入塑性状态。
应用弹塑性理论求解（1） 平衡方程=-+∂∂rrr r θσσσ（2）塑性条件按莫尔强度理论，有ϕϕϕσϕσθsin 1sin 1cot cot +-=⋅+⋅+c c p pr（3）塑性区应力 径向应力为：环向应力为：由以上可知：塑性圈内围岩重分布应力与岩体天然应力(σ0)无关，而取决于支护力(p i)和岩体强度(C m，υm)值。
洞壁上（r=R0）若P i=0，（3）塑性圈与弹性圈交界面(r＝R1)的应力该面上：弹性应力=塑性应力塑、弹性圈交界面上的重分布应力取决于σ0和C m，υm，而与p i无关。
支护力不能改变交界面上的应力大小，只能控制塑性松动圈半径(R1)的大小。
5.3.2 非圆形开挖体的围岩应力椭圆形断面洞室的围岩弹性应力•应用不多。
拱顶应力大，容易塌方。
•可按弹性力学推导洞周上的切向应力。
⏹半圆直墙断面洞室的围岩弹性应力•应用较多的洞型•与围岩应力分布与侧压力有关•与跨高比有关•与洞壁高度有关•与上述因素的组合有关⏹方形-矩形断面洞室的围岩应力•方形-矩形断面洞室围岩应力的大小与侧压力系数以及方形-举行的边比（高宽比）有关。
•方形-矩形断面洞室周边上最大压应力集中均产生于角点上，而且这些角点上的最大压应力集中系数随洞室高宽比变化。
•方形-矩形断面洞室是直线形周边，最易出现受拉区，受力状态差。
当洞室断面长轴垂直于原岩最大主应力时，会出现较大的拉应力。
•各种形状洞室重分布应力特点：①椭圆形洞室长轴两端点应力集中最大，易引起压碎破坏；短轴两端易拉应力集中，不利于围岩稳定②各种形状洞室的角点或急拐弯处应力集中最大，如正方形或矩形洞室角点等。
③长方形短边中点应力集中大于长边中点，而角点处应力集中最大，围岩最易失稳。
④当岩体中天然应力σh和σv相差不大时，以圆形洞室围岩应力分布最均匀，围岩稳定性最好。
⑤当岩体中天然应力σh和σv相差较大时，则应尽量使洞室长轴平行于最大天然应力的作用方向。
5.4 地下工程围岩体的破坏机理5.4.1 拉伸破坏机理⏹该理论认为，围岩出现拉应力，并且拉应力超过岩体的抗拉强度，围岩产生破坏。
5.4.2 剪切破坏机理⏹该理论认为，围岩稳定性的丧失，主要发生在洞室与主应力方向垂直的两侧，并形成剪切滑移楔体。
⏹当围岩的剪应力超过岩体的抗剪强度时，围岩发生破坏。
⏹ 5.4.3 变形破坏机理⏹整体状和块状岩体围岩•岩体具有很高的力学强度和抗变形能力，主要结构面是节理，很少有断层，含有少量的裂隙水。
在力学属性上可视为均质、各向同性、连续的线弹性介质，应力应变呈近似直线关系。
•围岩具有很好的自稳能力，其变形破坏形式主要有岩爆、脆性开裂及块体滑移等。
•这类围岩的整体变形破坏可用弹性理论分析，局部块体滑移可用块体极限平衡理论来分析。
•岩爆是高地应力地区，由于洞壁围岩中应力高度集中，使围岩产生突发性变形破坏的现象。
•脆性开裂出现在拉应力集中部位。
•块体滑移是块状岩体常见的破坏形成。
它是以结构面切割而成的不稳定块体滑出的形式出现。
其破坏规模与形态受结构面的分布、组合形式及其与开挖面的相对关系控制。
层状岩体围岩•常呈软硬岩层相间的互层形式。
结构面以层理面为主，并有层间错动及泥化夹层等软弱结构面发育。
•变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等控制，破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。
•变形破坏常可用弹性梁、弹性板或材料力学中的压杆平衡理论来分析。
•在水平层状围岩中，洞顶岩层可视为两端固定的板梁，在顶板压力下，将产生下沉弯曲、开裂。
•在倾斜层状围岩中，沿倾斜方向一侧岩层弯曲塌落。
另一侧边墙岩块滑移，形成不对称的塌落拱。
•在直立层状围岩中，当天然应力比值系数λ＜1/3时，洞顶发生沿层面纵向拉裂，被拉断塌落。
侧墙因压力平行于层面，发生纵向弯折内鼓，危及洞顶安全。
•碎裂状岩体围岩•碎裂岩体是指断层、褶曲、岩脉穿插挤压和风化破碎加次生夹泥的岩体。
•变形破坏形式常表现为塌方和滑动。
•用松散介质极限平衡理论来分析。
•在夹泥少、以岩块刚性接触为主的碎裂围岩中，不易大规模塌方。
•围岩中含泥量很高时，由于岩块间不是刚性接触，易产生大规模塌方或塑性挤入散体状岩体围岩•散体状岩体是指强烈构造破碎、强烈风化的岩体。
常表现为弹塑性、塑性或流变性。
•围岩结构均匀时，以拱顶冒落为主。
当围岩结构不均匀或松动岩体仅构成局部围岩时，常表现为局部塌方、塑性挤入及滑动等变形破坏形式。
•可用松散介质极限平衡理论配合流变理论来分析。
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。
地下工程支护设计5.5.1 概述地下工程设计通常有四种方法：•工程类比法•收敛-约束法•荷载-结构法•地层-结构法•前面三种方法需要知道作用在衬砌上的围岩压力地下工程围岩压力计算⏹深埋地下工程围岩压力计算•直接测量法•工程模拟法•理论计算法•国外常用的理论方法普氏理论（平衡拱理论）该理论认为：洞室开挖以后，如不及时支护，洞顶岩体将不断跨落而形成一个拱形，称塌落拱。
这个拱形最初不稳定，如果侧壁稳定，拱高随塌落不断增高；反之，如侧壁也不稳定，则拱跨和拱高同时增大。
当洞的埋深较大时，塌落拱不会无限发展，最终将在围岩中形成一个自然平衡拱。
作用于支护衬砌上的围岩压力就是平衡拱与衬砌间破碎岩体的重量，与拱外岩体无关。
图中，曲线LOM为平衡拱，对称于y轴。
在半跨LO段内任取一点A，OA段的受力状态为：半跨OM段对OA的水平作用力R x，Rx对A点的力矩为R xy；铅直天然应力σv在OA上的作用力σvx，它对A点的力矩为σvx/2；LA段对OA段的反力W，它对A点的力矩为零。
拱的方程设平衡拱的拱高为h，半跨为b考虑半拱LO的平衡，L0受Rx、σv作用，在拱脚L点受反力T和N 作用。
f 为岩体的普氏系数(或称坚固性系数)拱的方程则为洞侧壁稳定：洞顶围岩压力为L0M 以下岩体的重量按普氏理论计算的竖向压力，对于软土地层偏小，对硬质地层则偏大，破碎岩体比较适用普氏理论的应用：分步开挖的情形分步开挖可以减小围岩的变形和压力。