岩石力学论文

合集下载

岩体力学优秀论文

岩体力学优秀论文

岩体力学是力学的一个分支学科,是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学,是一门应用型基础学科。

国际上往往把岩体力学称为岩石力学。

它是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学,属于应用型基础学科。

主要研究经过变形和破坏的岩体在地应力条件改变时产生再变形和再破坏的力学规律的学科。

是力学、地质学与工程学之间的一门边缘学科。

岩体力学研究的核心内容,是定量预测和评价岩体的稳定性,岩体的改造和加固措施。

它除了要研究岩体结构、岩体的基本特性、岩体所处的地质环境等因素以外,还要充分考虑工程因素,如工程规模、爆破、开挖程序和加固措施等的影响。

岩体力学研究可大致归纳为9个方面:岩体的结构型式岩体的地质特征,包括岩体的物质组成、岩体结构、岩体中的天然应力、岩体中水的状态以及岩体温度的研究;岩体的物理与水理性质,包括空隙性、渗透性、膨胀性、崩解性以及溶蚀性的研究;岩体的力学性质,包括岩体的变形和强度特性与测试方法,特别是不连续面力学效应和岩体结构力学效应的研究;岩体的动力特性与测试方法的研究;岩体的变形、破坏机制、本构关系与破坏判据的研究;岩体的稳定性,包括地基、边坡与地下工程围岩变形、失稳的预测、评价的理论和技术途径的研究;岩体性质改造和加固的研究;模型模拟试验,包括室内模型模拟试验和原位岩体工程模拟试验技术、理论与应用的研究;原型观测、施工监测、反分析,以及工程事故的分析与应用研究。

岩体力学的研究内容决定了在岩体力学研究中必须采用如下几种研究方法。

(1)工程地质研究法。

目的是研究岩块和岩体的地质与结构特征,为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。

如用岩矿鉴定方法,了解岩体的岩石类型、矿物组成及结构构造特征;用地层学方法、构造地质学方法及工程勘察方法等,了解岩体的成因、空间分布及岩体中各种结构面的发育情况等;用水文地质学方法了解赋存于岩体中地下水的形成与运移规律,等等。

岩石力学论文

岩石力学论文

对岩石力学的认识指导老师:路世豹摘要:人类改造地球的能力日新月异,各项工程蓬勃发展,这就需要我们对岩石工程有一定认识,岩石工程分析和设计的重点是对岩石工程条件的评价,岩石工程工程变形、破坏的预测以及相应工程措施的决策。

关键词:物理力学指标全应力-应变曲线脆性塑性1引言岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科和边缘学科,是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。

岩石属于固体,岩石力学应属于固体力学的范畴。

一般从宏观的意义上,把固体看做连续介质。

岩石工程的计算中存在大量不确定性因素,如岩石的结构、性质、节理、裂隙分布、工程地质条件等均存在大量不确定性,所以传统连续介质理论作为一种确定性研究方法是不适合用于解决岩石工程问题的2岩石的物理力学指标2.1岩石的工程性质自然界中有各种各样的岩石,不同成因的岩石具有不同的力学特性,因此有必要根据不同成因对岩石进行分类。

根据地质学的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩、沉积岩、和变质岩三大类。

2.1.1岩浆岩的性质岩浆岩具有较高的力学强度,可作为各种建筑物良好的地基及天然建筑石料。

但各类岩石的工程性质差异很大。

深成岩具结晶联结,晶粒粗大均匀,孔隙度小、裂隙较不发育,岩块大、整体稳定性好,但值得注意的是这类岩石往往由多种矿物结晶组成,抗风化能力较差,特别是含铁镁质较多的基性岩,则更易风化破碎,故应注意对其风化程度和深度的调查研究。

浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小、抗风化性能较深成岩强,但斑状结构岩石的透水性和力学强度变化较大,特别是脉岩类,岩体小。

喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙,透水性较大。

此外,喷出岩多呈岩流状产出,岩体厚度小,岩相变化大,对地基的均一性和整体稳定性影响较大。

2.1.2 沉积岩的性质碎屑岩的工程地质性质一般较好,但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。

此外,碎屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。

粘土岩和页岩的性质相近,抗压强度和抗剪强度低,受力后变形量大,浸水后易软化和泥化。

岩石力学 论文

岩石力学 论文

岩石力学的研究现状和工程应用摘要:岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科和边缘学科,是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。

他广泛应用于设计采矿。

土木工程铁道。

公路。

地质。

石油。

地下工程。

海洋工程等众多的与岩石力学相关的工程领域。

关键词:岩石力学、现状、应用、On The Present State and engineering application of Rock mechanics inChinaAbstract:Modern rock mechanics is a rising and edge discipline, is a highly applied and practical application of basic science. Itis widely used in mining、civil engineering、railways、roads、geology、petroleum、underground engineering、marineengineering and many other related engineering fields. Keywords:rock mechanics、current situation、Applications、1、前言岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科和边缘学科,是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。

他的应用范围设计采矿。

土木工程。

水里工程。

铁道。

公路。

地质。

石油。

地下工程。

海洋工程等众多的与岩石力学相关的工程领域。

中国的岩石力学与工程有着长时期的发展历史。

在当时,先辈们凭借丰富的实践经验设计施工,还没有建立岩土力学的概念。

近几十年,各项经济建设事业取得了极大的发展,同时,也遇到了许多与工程地质及岩土力学密切相关的技术难题。

交通、能源、水利水电与采矿工业各个经济领域的需要对岩石力学与工程学科在中国的发展起到了有力的促进作用。

岩石力学课程论文

岩石力学课程论文

岩石力学课程论文题目:地应力测量方法(这是一篇很优秀的课程论文)适合于岩石力学课程论文。

姓名:学号: 3131611151班级:土木135日期: 2016年6月27日地应力测量方法一绪论1选题的背景与意义岩体介质有许多区别于其他介质的重要特性,由于岩体的自重和历史上地壳构造运动引起并残留至今的构造应力等因素导致岩体具有初始地应力(或简称地应力)是其最有特色的性质之一。

其成因有两种解释:一是地壳运动或是岩石本身的重量发生变化,由此保留下来的构造应力;二是岩体发生了某些化学物理反应,或受到岩浆等多种因素作用,又称为绝对应力,即岩体初始应力。

随着我国建设事业的蓬勃发展,在道路、水电、采矿等行业中出现了很多深部岩体工程,如长大深埋隧道、深采矿巷道等,高地应力已经成为广大工程技术人员所关注的问题。

天然应力能影响人们的基础设施建设,比如开挖隧洞、兴修水利、修建铁路、山体爆破、采矿作业等。

就岩体工程而言,若不考虑岩体地应力这一因素,就难以进行合理正确的分析和提出符合实际的结论,也就无法做到经济合理耐久安全。

举个例子,地下空间的开挖必然使围岩应力场和变形场重新分布并引起围岩损伤,严重时导致失稳、坍塌和破坏,原因就是岩体中具有初始地应力,因为这种开挖荷载通常是地下工程问题中的重要荷载。

因此,在岩体工程建设中,为了合理利用岩体中地应力状态的有利方面、克服其不利方面,合理地确定地下洞室轴线、坝轴线及人工边坡走向,较准确地预测岩体中应力重分布应力和岩体的变形,使设计更合理,施工更科学,常常需要进行天然地应力实测工作。

由此可见,如何测定和评估岩体的地应力,是岩石力学与工程中不可回避的重要问题。

2岩体中的地应力2.1地应力的成因地应力的产生原因非常复杂,人们虽然对地应力做了长时间的深入研究,但仍未研究出地应力产生的真实原因。

但多年来的实测和理论分析表明,地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关。

其中构造应力场和自重应力场为现今地应力场的重要组成部分。

高等岩体力学课程论文

高等岩体力学课程论文

一.引言地下洞室围岩稳定性的研究是岩体力学的重要应用课题之一。

由于该课题是一个较为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。

而且影响洞室稳定的因素很多,要建立一种能适应各种条件的理论,随时得到定量的解答,几乎是不可能的。

因而,使其到目前为止还缺乏比较成熟的理论和方法。

但是,近年来,随着岩体力学理论和测试技术的发展,电子计算机和有限元的推广与应用,以及广大的科研工作者的不懈努力,不断涌现出新的研究方法,在研究岩体的构造和力学特性、地下工程围岩失稳机理和支护结构的受力机理、探讨新的设计理论和方法等方面取得了许多成果【1】,为围岩稳定性评价方法提供更多的选择和改进。

为了正确的指导实践,有必要对目前地下洞室稳定分析方法进行总结,了解其优点和不足。

迄今对该问题的评判方法主要可以总结为以下几类:力学分析方法(弹性力学理论、塑性力学理论等)、围岩分类方法(RQD、R MR分类等) 、数值计算方法(限差分法、有限元法、离散元法等)、块体平衡理论法等。

为了使问题的解答更精确,现阶段比较合理方法是将问题分类解决。

每种特征不同的课题,突出主要矛盾,将问题适当简化,使之得到近似的解答。

在不能严格定量的情况下,至少得到定性或半定量的结果,特别是对工程设计能提出科学的指导原则。

二.影响洞室围岩稳定性因素影响洞室围岩稳定性因素比较多,这里着重阐述其中主要几中。

(1)岩石性质及岩体地质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,粘土质岩石、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩,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) 。

岩体工程地质力学研究论文

岩体工程地质力学研究论文

岩体工程地质力学研究论文随着经济和社会的发展,岩体工程地质力学越来越成为一个重要的学科,它关乎着各种工程的安全,这也使得关于岩体工程地质力学研究论文的不断增加。

在本文中,我们将介绍岩体工程地质力学研究论文的相关内容。

岩体工程地质力学在工程建设中有着极其重要的作用。

岩石是一种具有高强度和刚性的材料,因此经常用于各种工程项目中,例如道路、桥梁、水坝、隧道、地铁、煤矿和油田等。

在进行这些工程项目构建前,必须对岩体本身的力学性质进行深入的研究。

如果我们不充分了解岩石的工程力学性质,很容易导致建筑物的倒塌或不受损害的限制。

在岩体工程地质力学方面的研究主要包括岩体力学、岩体破坏的机理、岩体应力分布、基础工程以及边坡稳定性分析等多个研究方向。

其中,岩体破坏机理的研究旨在揭示岩石在受到外力后破裂的机理和规律,从而预测岩石的崩裂点,以便避免工程事故的发生。

岩体应力分布的研究可以为岩石力学的确知分析提供基础;基础工程则是指在工程中如何保证建筑物的稳定性,并且如何使其与地面保持连接,因此,基础工程的研究是极为重要的。

最后,边坡稳定性分析是指研究在施工过程中,应如何理解和判断岩石体的稳定性,从而避免山体滑坡等因重大事故造成的结果。

对于岩体工程地质力学研究论文的撰写,需要注意以下几点。

首先,选题应具有现实意义并可读、可行、具有实用价值。

其次,论文应该在研究方向领域中立足并具有独立发扬,要求对该领域进行深入探索和分析,并注重当前与未来的实际应用。

这样不仅可以提高研究领域的学术水平,而且可以为工程实践提供宝贵的科学依据。

此外,论文的撰写应具备清晰的逻辑结构和简介的语言,以方便理解和阅读。

最后,研究论文应注重创新与实用,兼具理论和实际应用,并注重科学模拟和数值仿真等实验手段及其结果的分析和应用。

在总结上述所述,岩体工程地质力学是岩石工程工程建设中不可缺少的一环。

对于该学科的调研和研究有助于更好地理解和把握岩石的力学特性,并在实际应用中降低工程风险和实现工程建设的更好效果。

岩土试验力学课程论文

岩土试验力学课程论文

岩土试验力学课程论文第一篇:岩土试验力学课程论文岩土试验力学课程论文题目:岩土试验力学发展现状和前景专业:岩土工程一、岩土力学试验1.岩土力学试验概况要很好的解决岩土工程问题、防灾、治灾,必须首先进行勘察与测试、试验与分析,并利用土力学、岩石力学、基础工程、工程地质学等的理论与方法,对各类工程进行系统研究。

因此,岩土力学试验是岩土工程规划设计、防灾的前期工程,也是地基与基础设计,治理地质灾害的不可缺少的重要环节。

2.岩土力学试验目的(1)了解岩石本身的物理和力学性质;(2)岩体质量分级、工程地质条件与问题评价;(3)边坡、地基和隧道围岩变形及稳定性分析,地质灾害防治工程方案论证等;(4)为岩土工程设计与施工提供参数和依据;(5)揭示岩土的变形规律和强度特征及破裂机理,建立其数学力学模型,进行岩土工程结构的力学分析。

3.岩土力学试验内容(1)岩石物理性质试验含水率、颗粒密度、块体密度;(2)岩石水理性质试验吸水性、渗透性、膨胀性、耐崩解性和冻融性。

(3)岩石力学性质试验单轴压缩强度和变形试验、三轴压缩强度和变形试验、抗拉强度试验、直剪强度试验和点荷载强度。

二、岩土试验力学概况岩土试验力学是土木工程岩土专业的一个分支,它是一门十分重要的技术基础课。

它主要包括学习岩土实验力学的基本理论,知道岩土的物理力学性质、强度变形计算、稳定性分析、挡土墙及基坑围护的设计与计算、地基承载力等岩土力学基本理论与方法。

结合有关交通土建、建筑工程、土木工程的理论和施工知识,分析和解决岩体工程及地基基础问题。

三、岩土试验力学的发展现状1.计算方面由于岩土材料比较特殊,那么在研究岩土试验力学方面就会比较复杂。

岩土体本身就是一个复杂的系统,具有不确定性,不规则性和不明确性。

目前,我国的岩土试验力学工作者倾向于采用理想数学模型和力学模型建立和描述岩土的各类特性,结果往往不是很理想,甚至出现很大的偏差。

那么,为解决这一现状,为突破创新,新的方法和技术是必不可少的。

岩石力学论文

岩石力学论文
(2) 采场矿压显现剧烈 随着采深的增加引起的覆岩自重压力的增大和构造应力的增强,表现为围岩发生剧烈变形、巷道和采场失稳、并易发生破坏性的冲击地压,给顶板管理带来许多困难。
(3) 突水事故趋于严重 自1984年6月2日开滦矿务局范各庄矿发生井下岩溶陷落柱特大突水灾害以来,先后在淮北杨庄矿、义马新安矿、峰峰梧桐矿、皖北任楼矿、徐州张集矿又相继发生特大型奥灰岩岩溶突水淹井事故,初步估计,经济损失超过27亿元,同时产生了若干地质环境负效应。
(1) 岩爆频率和强度均明显增加 有关统计资料表明,岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩(煤)层中,主要影响因素包括煤层顶底板条件、原岩应力、埋深、煤层物理力学特性、厚度及倾角等。目前的统计资料显示,尽管在极浅的硬煤层中(深度小于100 m,有即随着开采深度的增加,岩爆的发生次数、强度和规模也会随之上升。
(5) 地温升高、作业环境恶化 深部开采条件下,岩层温度将达到摄氏几十度的高温,如俄罗斯千米平均地温为30 ℃~40 ℃,个别达52 ℃,南非某金矿3 000 m时地温达70 ℃。地温升高造成井下工人注意力分散、劳动率减低,甚至无法工作。
参考文献:
[1]何满潮,钱七虎.深部岩体力学基础.北京:科学出版社,2010年
岩石力学读书报告
学 院:土木工程学院
专业班级:道桥10-03班
姓 名:方昆
学 号:************
岩石力学研究新进展
————深部岩体力学问题
方昆
道桥2010-3班
摘要:随着浅部资源的逐渐减少和枯竭,地下开采的深度越来越大,目前我国已有大批矿井进入千米以下开采深度。开采深度增加,地质环境趋于复杂,高地应力、高地温、高瓦斯、高水压等引起的突发性工程灾害和重大恶性事故增加、作业环境恶化和生产成本急剧增加等一系列问题,对深部资源开采提出了严峻挑战。地下空间开发不断走向深部——逾千米至数千米的矿山,水电工程埋深逾千米的引水隧道,核废料的深层处置,深层地下防护工程等。伴随着深部岩体工程发生了一系列新的岩体力学问题,这与浅部岩体工程相比具有较大的差异,而用传统的连续介质力学理论无法圆满解决,引起来全世界岩石力学工程领域专家学者的极大关注,成为了当前研究的热点。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

水工隧洞围岩稳定性浅析摘要:水工隧洞周围的围岩受到开挖影响,引起洞室周围一定范围内的岩体应力重新分布,从而使岩体产生变形、位移,甚至破坏。

因此,对水工洞室围岩的稳定性进行分析是十分必要的。

关键字:岩体结构;引水隧洞;围岩应力;围岩变形、围岩稳定在水利、水电建设中经常遇到一些洞室工程问题,其中最常遇到的作为引水建筑物之一的是水工隧洞。

水工隧洞是指水利工程中穿越山岩建成的封闭式过水通道,按过水时洞身流态区别,水工隧洞可分为无压隧洞及有压隧洞两大类。

无压隧洞初砌所承受的荷载主要是山岩压力、外水压力。

有压隧洞除了承受这些压力之外,特别重要的是承受内水压力。

当围岩受到这种压力之后必然要引起一些力学现象和变形,以及一些稳定性的问题。

洞室周围的岩土体通称围岩。

狭义上,围岩常指洞室周围受到开挖影响,大体相当地下洞室宽度或平均直径3倍左右范围内的岩土体。

由于初始地应力的存在,洞室开挖势必打破原来岩(土)体的自然平衡状态,引起洞室周围一定范围内的岩体应力重新分布,有的围岩的强度能够适应变化后的应力状态,可不采取任何人力措施,便能保持洞室稳定;但有时因围岩强度低,或其中应力状态的变化大,以致围岩不能适应变化后的应使岩体产生变形、位移,甚至破坏,若不加固或加固而未保证质量,都会引起破坏事故,对施工、运营造成危害。

工程中将洞室开挖后周围发生应力重新分布的岩体称为围岩。

因此,围岩的变形和稳定性是地下洞室能否在服务年限内正常使用的关键。

一、围岩的应力未开挖的天然地下岩体在自重及地质构造运动后形成的初始应力场状态下维持相对稳定。

当在岩体内开挖洞室后,洞室四周一定范围的围岩相对稳定性的应力场受到破坏,发生应力重分布。

随具体围岩部位、产状等状况的不同,应力重分布的结果既可能仍归于稳定,也可能出现洞顶崩塌等失稳现象。

对此,水工地下洞室设计时必须作出分析,并相应对工程措施作出抉择。

导致围岩变形的根本原因是地应力的存在。

洞室开挖前,岩体处于自然平衡状态,内部储存着大量的弹性能,洞室开挖后,这种自然平衡状态被打破,弹性能释放。

洞室在开挖前,岩体一般处于天然应力平衡状态,称一次应力状态或初始应力状态(包括自重应力和构造应力),是一个三向应力不等的空间应力场。

由于影响天然应力的因素十分复杂,竖向应力与水平应力间的比例系数即使在同一地质环境里也有较大变化。

实测结果,有些地区铅直应力大于水平应力;有的则水平应力大于铅直应力;也有的两者相近,特别是在地壳的相当深处,天然应力比值系数接近于1。

洞室开挖后,便破坏了这种天然应力的平衡状态。

洞室周边围岩失去原有支撑,就要向洞室空间松胀,结果又改变了围岩的相对平衡关系,形成新的应力状态。

作用于洞室围岩上的外荷,一般不是建筑物的重量,而是岩土体所具有的天然应力。

这种由于洞室的开挖,围岩中应力、应变调整而引起原有天然应力大小、方向和性质改变的过程和现象,称为围岩应力重分布。

它直接影响围岩的稳定性。

洞室内若有高压水流作用,对围岩便产生一种附加应力。

它叠加到开挖、衬砌后围岩中的应力上,也是影响围岩稳定性的一种因素。

二、围岩的变形重新分布的围岩应力在未达到或超过其强度以前,围岩以弹性变形为主。

由于围岩应力重新分布,各点的应力状态发生变化,导致围岩产生新的弹性变形。

这种弹性变形是不均匀的,从而导致洞室周边位移的不均匀性。

一般认为,弹性变形速度快、量值小,是随着开挖过程几乎同时完成的。

当应力超过围岩强度时,围岩出现塑性区域,甚至发生破坏,此时围岩变形将以塑性变形为主。

塑性变形延续时间长、变形量大,是围岩变形的主要组成部分。

如果围岩节理、裂隙十分明显或者围岩破坏严重时,节理、裂晾间的相互错位、滑动及裂隙张开或压缩变形将会占据主导地位,而岩块本身的变形成分退居次要地位。

按照岩体结构力学的原理,由于岩体中大小结构面的存在,围岩的变形都会或多或少地存在结构面的变形。

由于岩石的流变效应十分明显,围岩长期处于一种动态变化的高应力作用之中,流变也是围岩变形不可忽略的组成部分。

固体介质在长期静载荷作用下,应力、应变随时间延长而变化的性质,称为流变性。

蠕变和松弛则是流变性的两种宏观表现。

蠕变是在一定温度和应力作用下的固体介质随时间而产生的缓慢、连续的变形;松弛是在一定温度和变形条件下的固体介质随时间而产生缓慢、连续的应力减小。

工程实践证明,岩石具有流变性,某些岩石或受高温高压的岩石,蠕变现象更是多见。

岩体同样也会发生蠕变。

花岗岩一类岩石在低温、低应力下,蠕变量微小,可忽略不计;而粘土岩、泥质页岩和具有充填粘土和泥化结构面的岩体,蠕变量通常很大,必须重视,以便对岩体变形和稳定性作出正确论证。

试验表明,岩体蠕变可以划为三个阶段。

第一阶段称为减速(初始)蠕变阶段。

第二阶段为围岩应力调整期的变形阶段,称为等速蠕变阶段,其变形缓慢平稳,变形速度保持常量。

第三阶段称为加速蠕变阶段,它出现在应力值等于或超过岩体的蠕变极限应力条件下,其变形速度逐渐加快,最终导致岩体破坏。

岩体的三个蠕变阶段,并不是在任何应力值下都可全部出现。

应力值较小,岩体仅出现第一阶段或第一与第二阶段;应力值等于或超过岩体蠕变极限应力,岩体才可能蠕变至破坏。

通常把蠕变破坏的最低应力值,称为长期强度。

研究软弱岩体和岩体沿某些结构面滑动的稳定性问题,应特别注意其长期强度和蠕变特性。

根据原位剪切流变试验资料,软弱岩体和泥化夹层的长期抗剪强度与短期抗剪强度的比值约为0.8左右,大体相当于快剪试验的屈服极限与强度极限的比值。

根据变形与时间和变形与荷载的关系曲线,可以区分岩体的稳定变形和非稳定变形,把将会导致岩体全面破坏的变形与那种虽然延续但不会引起岩体全面破坏的变形区别开来。

恒定荷载作用下,若变形与时间的变化率减小,或者为一很小的常数,则变形稳定。

若变形与时间的变化率增大,则变形不稳定,并将导致岩体发生全面破坏。

荷载不断增加的条件下,若变形与载荷的比率减小,或者为某一个常数,则变形稳定。

若变形与荷载的变化率增加,则变形不稳定,并将导致岩体发生全面破坏。

三、地层与岩性的影响地层与岩性条件的好坏对洞室的稳定性也有直接影响。

对于坚硬岩石,如火成岩中的花岗岩、闪长岩、辉长岩、辉绿岩、灰岩、安山岩、玄武岩、流纹岩;变质岩中的片麻岩、石英岩、硅质大理岩等,这些岩石一般都是比较好的。

但对某些软弱的火成岩及变质岩,如凝灰岩、片岩、千枚岩、泥质板岩等,洞室施工容易造成塌方、变形。

沉积岩总的来说不如火成岩和变质岩,但其中坚硬的石灰岩、胶结良好的砂岩、砾岩等,一般也是比较好的。

值得注意的是软弱沉积岩,如泥质、炭质页岩,泥灰岩,粘土岩,斑脱岩,石膏,盐岩,煤层以及胶结不良的砂砾岩等,这些岩石强度低,易风化或膨胀变形,对洞室稳定性极为不利。

四、围岩应力的弹塑性理论分析试验研究表明,岩体的应力应变关系有明显的非线性,宜用弹塑性理论进行分析。

此理论假设岩体为均匀、连续、各向同性的弹塑性体,当大小主应力差值()小于极限值时岩体为弹性体,当()大于极限值时岩体按塑性体考虑。

极限值由围岩开始发生塑性破坏的应力圆包络线所确定,他满足岩石的塑性判别准则公式。

(一)围岩应力分布当岩体被开挖出圆形洞室后,洞周产生应力集中,如果围岩仍处于弹性状态,且,则由前文可知,周界切向应力的极限值。

如果超过弹性极限,洞室附近将出现塑性变形,形成塑性区而出现应力重分布。

这时洞的周界上,,的具体大小由岩体应力圆包络线图决定。

此后,塑性区不断向围岩深部发展,直到()等于所允许的最大极限值时塑性区停止发展,塑性区外仍保持弹性状态。

塑性区外缘应力与弹性区边缘应力相容。

根据上述分析,可列出塑性区平衡微分方程,按照塑性判别准则以及弹性区与塑性区相交边界上应力相等条件,解得塑性区范围的半径为:塑性区内任一半径为的点的应力计算公式为(二)围岩稳定性判别出现塑性变形区并不意味着围岩一定失稳,因为变形过程中,岩块有可能重新组合称支承拱,以承担荷载。

故在得知塑性区范围及其中应力分布情况后,还应对围岩稳定性进行判断。

假设围岩出现塑性区后沿半径为的塑性区弧线与弹性区分离,并在洞顶形成承载拱环。

根据承载拱环中微元体在自重及、作用下平衡的微分方程,可求得环内径向正应力公式为:由式可见,当时,因为原本假定塑性区与弹性区是分离的。

为判别洞顶稳定性,则可以代入考查,如则洞顶处于极限平衡状态;如,则洞顶稳定;如则洞顶不稳定,必须衬砌。

这里所论述围岩稳定性判别法只能用于的圆洞情况如或非圆洞,只得先按弹性理论分析围岩应力,再把所求得得应力超过弹性极限部分当作塑性区考虑。

五、判别围岩稳定性的经验法关于地下洞室围岩稳定性的判别虽然有前述各种理论方法,但由于地质条件的复杂性,实际上各方法的准确应用仍很困难,工程上为此还经常依赖经验判别。

下面介绍国内外两种经验判别法。

(一)围岩分类法根据国内外经验,按照围岩工程地质特征和地下水状态所决定的围岩稳定程度,我国将水工地下洞室的围岩分为以下五类。

(1)Ⅰ类为稳定围岩,包括呈整体结构或大块状结构的坚硬岩体以及层间结合良好,且层面与洞轴线正交的厚层层状岩体,岩性新鲜或微风化;地质构造影响轻微,节理裂隙不发育,其间距大于1m;没有或仅遇有软弱结构面,宽度小于0.1m;洞壁干燥或潮湿或仅有微弱渗水。

这种洞室围岩无塌落块,能长期稳定,但埋深特大时可能有岩爆。

(2)Ⅱ类为基本稳定围岩,又分为两小类。

Ⅱ1类为块状结构的新鲜或微风化的坚硬岩体;受地质构造影响一般,节理裂隙较发育,其间距为0.5~1m;有少量宽度小于0.5m的小型断层软弱带;地下水活动微弱,沿裂隙渗水、滴水。

Ⅱ2类为层面与洞轴夹角大于70°的中厚层状的硬岩层;受地质构造影响轻微,裂隙不发育,间距大于1m;地下水状态同Ⅱ1类。

这类洞室围岩有超挖掉块现象或个别小型塌落,仍可在较长时间维持稳定。

(3)Ⅲ类为稳定性差的围岩,又再分为三小类。

Ⅲ1类为具有碎裂结构或镶嵌结构的微风化或弱风化的坚硬岩体;受地质构造影响严重,节理裂隙发育,间距0.2~0.5m,多张开并夹泥;结构面平直光滑并有泥充填,还有方形、梯形、尖拱形等不稳定组合;地下水活动显著,有大量滴水、线状流水或喷水,对软弱岩体稳定性影响严重。

Ⅲ2类为块状结构或层状结构的微风化或弱风化的中硬岩;结构面及其组合状态同Ⅲ1类,层面及结构面与洞轴夹角一般大于70°;受地质构造影响一般,裂隙较发育间距0.5~1m,多微张或局部张开并有夹泥;地下水状态与Ⅲ1类同。

Ⅲ3类为微风化的层状结构软岩;受地质构造影响轻微,裂隙不发育;地下水状态与Ⅲ1类同。

Ⅲ1、Ⅲ2类围岩稳定受软弱结构面组合控制,表现为洞顶局部塌落,但一般仍具有自稳能力,短时间内可维持稳定;但Ⅲ3类软岩具有流变特征,对裂隙稍发育段自稳能力差。

相关文档
最新文档