隧道支护体系的岩石力学..
隧道施工中的岩土力学问题
隧道施工中的岩土力学问题隧道施工是一个复杂而挑战性的工程，需要充分考虑岩土力学问题以确保隧道的安全与稳定。
岩土力学是研究岩石与土壤力学行为的学科，它在隧道工程中起着至关重要的作用。
本文将探讨隧道施工中的岩土力学问题，并深入了解其背后的原理和解决方法。
首先，隧道施工中最常见的岩土力学问题之一是岩石破坏。
在挖掘隧道时，大量的岩石需要被移除，而岩石的破坏和变形会对施工的进展和隧道的稳定性造成影响。
为了解决这一问题，工程师们使用了各种技术和方法。
其中，一种常见的做法是使用爆破技术来破坏岩石。
通过选择合适的爆破参数，可以控制岩石的破坏方式和范围，从而保证施工的顺利进行。
此外，还可以采取钻孔和爆破结合的方式，通过预先进行钻孔来削弱岩石的强度，从而减少岩石的破坏。
隧道施工中的另一个重要的岩土力学问题是地下水的渗透和涌水。
地下水的存在会对隧道的施工和运营带来严重的挑战。
它会增加隧道工程的复杂性，并可能导致土层的液化和岩石的破坏。
为了解决这一问题，工程师们采取了各种措施。
一种常见的方法是在隧道周围设置防水层，以阻止地下水的渗透。
防水层可以使用各种材料，如混凝土、沥青和防水膜等。
此外，还可以使用注浆技术来加固土壤和岩石，从而减少地下水的渗透。
此外，隧道施工中还会遇到地震力学问题。
地震是地球表面发生的剧烈震动，会对土壤和岩石产生巨大的力学作用。
在隧道施工中，地震力学问题尤为重要，因为它会对隧道的安全性和稳定性带来巨大的影响。
为了解决这一问题，工程师们通常采取以下几种措施。
首先，他们通过详细的地质勘察和地震监测，了解地震活动和震源的情况，从而对隧道的设计和建设做出正确的决策。
其次，他们使用抗震设计法来增加隧道的抗震能力，如增加隧道的支护结构和设置减震装置等。
除了上述提到的问题，隧道施工中还有许多其他的岩土力学问题，如隧道围岩变形、地基沉降等。
这些问题都需要工程师们充分考虑，并采取相应的措施来控制和解决。
在实际的隧道施工中，工程师们通常会结合各种岩土力学理论和实验结果，制定出最佳的施工方案，并通过不断的监测和调整来保证施工的顺利进行。
隧道工程中的岩力学与防治技术
隧道工程中的岩力学与防治技术隧道工程是一项重要的基础设施建设工程，其建设涉及到多个方面的技术与知识，其中岩力学与防治技术在隧道施工过程中发挥着重要作用。
本文将对隧道工程中的岩力学与防治技术进行探讨，以及其应用在实际工程中的意义和效果。
一、岩力学的概念及应用1.1 岩力学的概念岩力学是研究岩体应力与应变关系及岩体破坏规律的一门学科。
在隧道工程中，岩石是构成隧道围岩的主要材料，其物理力学性质对隧道的稳定性和安全性有着重要影响。
因此，了解岩体的力学特性并采取相应的措施进行处理是隧道施工过程中的一项重要任务。
1.2 岩力学在隧道工程中的应用岩力学在隧道工程中的应用主要通过以下几个方面展现：（1）岩体力学参数的测试与计算在隧道工程的设计和施工过程中，需要对岩石的物理力学参数进行测试和计算。
这些参数包括岩石的抗压强度、抗拉强度、弹性模量等。
通过对这些参数的准确测定与计算，可以对隧道的围岩稳定性进行评估与判断，并为后续工程的施工提供参考。
（2）岩体的分类与评估不同类型的岩石在力学性质上存在差异，因此需要将岩石进行分类与评估。
通过对不同岩石类型的认识，可以针对性地采取相应的防治措施，提高工程的安全性和稳定性。
（3）岩体的支护设计与施工岩体的支护设计与施工是确保隧道工程安全施工的关键环节。
根据岩体力学参数的测试与计算结果，结合岩石的分类与评估，可以确定合理的支护方案，并在施工过程中按照设计方案进行支护结构的搭建与施工。
二、岩体的防治技术及实际应用2.1 预留锚固孔的支护技术预留锚固孔的支护技术是一种常用的岩体防治技术，在隧道工程中得到了广泛应用。
该技术通过钻孔、锚杆安装和螺栓注浆等方式，将锚固体与岩石牢固地连接在一起，以增加岩体的承载能力和稳定性。
2.2 喷射混凝土衬砌技术喷射混凝土衬砌技术是一种常见的岩体防治技术，特别适用于较坚硬岩石的隧道施工。
该技术通过喷射混凝土形成坚固的衬砌结构，提供对岩体的支撑和保护，从而增强隧道的稳定性和抗冲刷能力。
软弱围岩隧道预支护结构力学机理研究及工程应用
软弱围岩隧道预支护结构力学机理研究及工程应用
软弱围岩是指在隧道掘进过程中遇到的地质层位差异较大，坚硬程度较低的岩石和土层。
软弱围岩对隧道的稳定性和安全性有较大的影响，因此需要预支护结构来增强围岩的稳定性。
软弱围岩隧道预支护结构力学机理的研究主要包括以下几个方面：
1.软弱围岩的物理力学特性：通过对软弱围岩的力学性质进行测试和分析，了解其强度、延展性、蠕变性等特点，为预支护结构的设计提供依据。
2.预支护结构的力学行为：研究预支护结构在软弱围岩中的力学行为，包括结构的受力分布、整体和局部稳定性分析等，以确保预支护结构能够对软弱围岩起到有效的支护作用。
3.土-结构相互作用机理：软弱围岩中的土体和预支护结构之间存在着相互作用关系，研究土-结构相互作用的力学机理，包括土体侧限压力的传递和结构的变形等，能够更准确地评估结构的稳定性。
工程应用方面，软弱围岩隧道的预支护结构设计需要综合考虑围岩的物理力学特性和结构的力学行为，确保结构能够承受围岩和土体的荷载，并保持稳定。
在实际工程中，可以采用钢筋混凝土喷射支护、锚喷支护、钢网支护等方法对软弱围岩进行加固和支护。
同时，还需要进行施工监测和安全评估，及时发现和处理围岩变形和结构破坏等问题，确保隧道的安全运营。
隧道岩石单轴抗压强度尺寸
隧道岩石单轴抗压强度尺寸【实用版】目录1.岩石单轴抗压强度的定义和重要性2.隧道岩石的特点和分类3.岩石单轴抗压强度与隧道工程的关系4.测量岩石单轴抗压强度的方法和设备5.岩石单轴抗压强度的影响因素6.结论正文1.岩石单轴抗压强度的定义和重要性岩石单轴抗压强度是指岩石在单向受压至破坏时，单位面积上所承受的最大压应力。
它是岩石力学性质中的一个重要参数，对于工程设计和施工具有很大的实际意义。
在隧道工程中，岩石单轴抗压强度是评价岩石稳定性和确定隧道支护措施的重要依据。
2.隧道岩石的特点和分类隧道岩石是指隧道开挖过程中所遇到的岩石。
根据岩石的成因和性质，隧道岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
其中，岩浆岩包括花岗岩、玄武岩等；沉积岩包括砂岩、泥岩、石灰岩等；变质岩包括片麻岩、云母片岩等。
3.岩石单轴抗压强度与隧道工程的关系在隧道工程中，岩石单轴抗压强度是评价岩石稳定性的重要参数。
一般来说，岩石单轴抗压强度越高，岩石的稳定性越好。
根据岩石单轴抗压强度的不同，可以将岩石分为软岩、中硬岩和硬岩。
软岩的单轴抗压强度小于 30MPa，中硬岩的单轴抗压强度在 30-60MPa 之间，硬岩的单轴抗压强度大于 60MPa。
在实际工程中，根据岩石的单轴抗压强度，可以确定相应的隧道支护措施。
4.测量岩石单轴抗压强度的方法和设备测量岩石单轴抗压强度的方法有多种，其中最常用的方法是简支梁法。
简支梁法的试验设备主要包括岩石单轴抗压强度试验机和万能材料试验机。
岩石单轴抗压强度试验机用于测量岩石的单轴抗压强度，万能材料试验机用于测量岩石的抗拉强度和抗折强度。
5.岩石单轴抗压强度的影响因素岩石单轴抗压强度受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：（1）岩石的成因和性质：不同类型的岩石具有不同的单轴抗压强度，一般来说，岩浆岩的单轴抗压强度较高，沉积岩和变质岩的单轴抗压强度较低。
（2）岩石的结构和构造：岩石的结构和构造对其单轴抗压强度具有重要影响。
隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施
隧道软岩大变形的力学机制及其防治措施摘要：介绍软岩含义，简要分析隧道围岩变形机制，介绍国内外部分关于隧道变形的支护理论，列举了常见的支护措施及变形控制技术。
关键词：隧道软岩；力学机制；防治措施1软岩含义及力学特性关于软岩的含义至今仍然有多种解释。
1981年在东京召开的“国际软岩学术讨论会”规定“软弱、破碎和风化岩石”为软岩[1]，属于定性的规定。
国际岩石力学学会（ISRM）对软岩给出了定量的规定～定义软质岩为单轴抗压强度在0.5～25MPa的岩石。
近年来，在我国的水工、道路及矿山建设中，越来越多地涉及到软岩工程问题，大量工程实践提供了众多成功经验和失败教训，成为软岩技术发展的推动力。
孙钧教授总结软岩的基本特征是强度低，孔隙率高，容重小，渗水、吸水性好，易风化，易崩解，具有显著的膨胀性和明显的时效特性，认为高地应力地区的岩石蠕变将呈非线性性态发展。
2隧道围岩变形机理隧道围岩变形机理的研究进展和岩体力学的发展存在着紧密的关系。
在长期的工程实践和理论研究中，尤其是近代岩土力学、工程地质力学的发展，使我们对坑道开挖后在围岩中产生的物理力学现象有了一个较为明确的认识。
关于大变形的形成机制，一般分为以下两类[2]：（1）坑道开挖后将引起围岩一定范围内的应力重新分布和局部地壳残余应力的释放：从力学角度看：坑道开挖前的围岩处于初始应力状态，即前面所述的初始地应力场，我们称为一次应力状态。
坑道开挖后由于应力重新分布，坑道周边围岩处于由开挖引起的应力场中，这种应力状态我们称为二次应力状态，又称为毛洞的应力状态。
如果二次应力状态满足坑道稳定的要求，则可不加任何支护，坑道即可自稳。
如果坑道不能自稳就须施加支护措施加以控制，促使其稳定。
因此，采取支护措施后的应力场称为三次应力场或支护后的应力场。
应力控制实质上就是控制围岩的变形和松弛。
这是软弱围岩隧道设计施工的主要原则。
就是说要想控制住围岩的松弛，就要控制住围岩的变形。
（2）岩石中的某些矿物和水反应而发生膨胀。
隧道工程岩石支护技术规程
隧道工程岩石支护技术规程一、前言隧道工程岩石支护技术是隧道工程建设中的重要环节，直接关系到隧道建设的质量、安全和经济效益。
本技术规程旨在规范隧道工程岩石支护的设计、施工和验收等方面的要求，促进隧道工程岩石支护技术的不断提高。
二、岩石支护的分类岩石支护按照其支护形式可分为以下几种：1.钢支撑2.锚杆支护3.喷锚支护4.锚喷复合支护5.注浆支护6.预应力锚杆支护7.网片支护三、岩石支护的设计要求1.岩体分类及其力学性质2.隧道断面形式及尺寸3.岩体结构面及其分布4.地下水位及水文地质条件5.地质构造情况6.隧道周围环境条件四、岩石支护的施工要求1.施工前的准备工作（1）岩体处理：清理、剥落、锤炮处理等（2）钢支撑的制作和加工：包括钢材的切割、打孔、焊接等工作（3）锚杆的安装：包括钻孔、钻孔灌浆、锚杆的安装等工作2.支护施工（1）钢支撑的安装：包括钢筋网的铺设、支撑鞋的安装、立杆的安装等工作（2）锚杆支护：包括锚杆的安装、锚索的张拉、锚杆灌浆等工作（3）喷锚支护：包括喷锚混凝土的配制、喷射、养护等工作（4）锚喷复合支护：包括锚喷混凝土的配制、喷射、养护等工作（5）注浆支护：包括注浆剂的配制、注浆、压浆等工作（6）预应力锚杆支护：包括预应力锚杆的加工、安装、张拉等工作（7）网片支护：包括网片的加工、铺设、固定等工作3.施工后的收尾工作（1）支护质量检查（2）支护材料的清理和存放（3）施工现场的清理和恢复五、岩石支护的验收要求1.支护结构的尺寸、形状、位置是否符合设计要求2.支护结构的材料和质量是否符合规定3.支护结构的连接方式是否符合规定4.支护结构的稳定性、承载能力等是否符合规定5.支护结构的施工工艺是否符合规定六、岩石支护的质量控制1.原材料的质量控制2.施工工艺的质量控制3.支护结构的质量控制4.验收和检测的质量控制七、岩石支护的安全措施1.施工现场的安全防护2.支护结构的安全保护3.现场人员的安全教育和培训八、岩石支护的维护和保养1.支护结构的定期检查和维护2.支护结构的保养和修补3.支护结构的更新和改进九、总结隧道工程岩石支护技术是隧道工程建设中不可或缺的一部分，其质量和安全性直接关系到隧道工程建设的成败。
地铁隧道围岩支护技术研究
地铁隧道围岩支护技术研究摘要：本文通过阐述岩石力学基本原理，将其与工程实际相结合提出了以利用与提高围岩强度、利用注浆技术提高围岩承载能力、架设支架以阻止围岩继续破坏的三个地铁隧道围岩支护技术。
从而为安全、经济、有效、环保的解决隧道围岩的稳定性问题提出参考。
关键词：利用与提高围岩强度、注浆技术、钢结构支架随着地铁隧道建设大规模的展开,建设中面临的围岩支护问题日趋凸现。
要解决围岩支护问题首先就要收集地铁隧道建设相关的工程地质资料,主要包括地下水、地应力、岩块强度、岩石的裂隙度、节理间距、节理粗糙度等等因素。
再利用近几年来得到专家广泛认同的CSIR岩石分类方法将隧道施工的岩体进行分类，以确定围岩支护方案。
近几年来，经过不断的探索与实践总结。
地铁隧道围岩支护技术主要分以下三种：（1）利用与提高围岩强度（2）利用注浆技术提高围岩承载能力（3）架设支架以阻止围岩继续破坏。
实践表明运用以上3个方面的围岩支护技术可以确保地铁隧道围岩的稳定性。
利用与提高围岩强度合理的利用围岩的强度就要遵循岩石力学的基本原理，要以维护和加固围岩为隧道施工的基本出发点，充分的利用围岩的自承能力。
因为围岩既是产生支护荷载的主体，又是承受岩层荷载的结构。
如果将支护与围岩作为一个整体并能使其相互作用，共同承担围岩压力。
就能安全、经济、有效的达到隧道围岩稳定的效果。
从而摒弃了过去几年施工中岩体做为对支护结构的荷载，采用后衬砌的传统做法。
围岩压应力是产生围岩破坏的一个重要因素。
根据研究围岩压应力是变形压力与松动压力的组合。
这两种压力大部分由围岩自己承担，只有少部分转移到了支护结构上。
所以支护荷载既取决于围岩的性质又取决于支护结构的刚度和支护时间，研究发现围岩的松动区和围岩内二次应力状态与支护结构性质和时间有关。
围岩支护与支护工作曲线[1]关系如图1所示。
其中，a为围岩支护特性曲线；b为支护工作曲线。
其具体施工方法是（1）在隧道掘进过程中，及时的喷射一层薄混凝土用来封闭围岩裂隙并且可以形成初期支撑抗力来控制围岩变形。
隧道受力结构知识分享
具压密或成岩作用的粘性土、
粉土及砂类土，一般钙质、铁 质胶结的碎(卵)石土、大块石土， 黄土(Q1、Q2)
1.5～3.0
Ⅴ
软岩，岩体破碎至极破碎； 全部极软岩及全部极破碎岩(包括受 构造影响严重的破碎带)
一般第四系坚硬、硬塑粘性土，
隧道围岩与支护结构的共同作用
收敛和约束的概念 开挖隧道时，由于临空面的形成，围岩开始向洞内产生位移，这种
位移我们称之为收敛。若岩体强度高，整体性好、断面形状有利，岩 体的变形到一定程度，就将自行停止，围岩是稳定的。反之，岩体的 变形将自由地发展下去，最终导致隧道围岩整体失稳而破坏。在这种 情况下，应在开挖后适时地沿隧道周边设置支护结构，对岩体的移动 产生阻力，形成约束。相应地支护结构也将承受围岩所给予的反力， 并产生变形。如果支护结构有一定的强度和刚度，这种隧道围岩和支 护结构的相互作用会一直延续到支护所提供的阻力与围岩应力之间达 到平衡为止，从而形成一个力学上稳定的隧道结构体系。这时的隧道 围岩应力状态称为三次应力状态。
围岩压力
围岩压力是指引起地下开挖空间周围岩体和支护结构变形 或破坏的作用力。
一、围岩压力分类 围岩压力按作用力发生的形态，一般可分为如下几种类型：
1. 松动压力 由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力的形式直接作用在支护结构上压力
称为松动压力。 2. 形变压力 形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支护结构(如锚喷支护等)的抑
稍密及以上、稍湿、潮湿的碎 (卵)石土、圆砾土、角砾土、粉 土及黄土(Q3、Q4)
1.0～2.0
Ⅵ
受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉 软塑状粘性土、饱和的粉土、 ＜1.0(饱和状态
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pa ps pst pA
10-1剪切滑移破坏法
岩体的抗滑阻力，实质上是岩体本身所提供的支护阻力 pw 。如 设剪切滑面长度为 s ，沿滑面的剪切应力为 n ，正应力为 n 则知 2s n cos 2 s n sin (10 5) pw b b 式中 为剪切滑面的平均倾角， (0 ) / 2 (10 -5)式的 n 和 n 可按摩尔包络线为直线的假定求出，设粘结力 为 c ，内摩擦角为 则知 n 1 3 cos 2 3 1 3 n 1 sin 2 2 又上式的 ，可用下式表达 1 sin (10 6) 1 3 2(c 3 tan ) cos
r a exp tan b 2 cos
(10 1)
为了阻止这个楔体滑移，需要修筑相应的支护 结构。设用锚杆、钢支撑、喷混凝土等组合支 护，如图10-5所示。
图10-4
10-1剪切滑移破坏法
图10-5
10-1剪切滑移破坏法
喷混凝上的支护阻力可如下确定。设沿滑体给与喷层的水平推力 为 p ，面沿喷层剪切面的杭剪阻力为 T ，则 而
10-1剪切滑移破坏法
岩体产生剪切滑动的条件是：在通过最大主应力 1 和最小主应力 3 两点的摩尔应力圆与摩尔滑动包络线相切时发生(图10-4)。这时作用 于滑面上的正应力 n 和剪应力 n 分别等于切点B的坐标值。滑面 与 a1作用方向的夹角为 。若摩尔滑动包络线为一直线，则 为 / 4 / 2 。如图10-5 一定值。等于 所示，在陇道中心沿垂直线作 角的直线与隧 道表面交于点A,由此出发绘出与岩体的同心圆 成 角的曲线，即为隧道侧壁岩体的滑移面， 如以极坐标表示，该曲线的方程为：
10-1剪切滑移破坏法
钢支撑的支护阻力亦可根据同详方法求出，
2 st Fst (10 3) b sin s st、 st、Fst为钢材的剪切角、抗剪强度及每米隧道的钢材当量 式中， 面积。 st 一般采用450 。 锚杆所提供的支护阻力 pA 计算如下： 设锚杆间距为 e 和 t 则锚杆的平均径向支护阻力 p A 为： F (10 4) pA A A et A 为锚杆抗拉强度。 式中， FA 为锚杆断面积； p st
10-1剪切滑移破坏法
Rabcewicz指出过去一向是把挠曲破坏视为衬砌破坏的主要形态，实 际上发现剪切破坏才是崩溃的唯一方式。 1966年Rabcewicz进行的试验（图10-2）。 此次和其他类似的试验，剪切破坏前都没有出现最轻微的挠曲开裂。 国内的JL组试验也有类似的结果，这说明柔性支护破坏的主要形态是 剪切破坏。 应该指出，这种破坏还与岩体破坏的形态有关。 由于坑道开挖，岩体的破坏如图10-3所示。首先两侧壁的楔形岩块由 于剪切而分离，并向着空洞方向移动，之后，上部和下部岩体由于楔 形岩块的滑移，失去支承力造成空洞尺寸加大，使上下岩体向坑道内 挠曲，甚至移动。 依上所述，用剪切滑移法进行支护结构设计是按下述原则进行的: 1.坑道周围形成塑性滑移楔体，造成支护结构的剪切破坏； 2.支护结构与围岩粘结紧密，两者共同工作，形成无弯矩结构； 3.由锚杆、钢支撑、喷混凝土等所提供的支护阻力恰恰是与塑性滑移 楔体之滑移力达成一干衡时所需要的。
第十章 隧道支护体系的岩石力学计算方法
这种方法不再依靠任何一种荷载假定，而是依靠结构与岩体之间的相 互作用，在这类方法中目前得到应用的有: 1.特征曲线法(收敛－－约束法)； 2.剪切滑移破坏法; 3.数值分析法(有限元法)。
特征曲线法的实质是(图10-1）; 1.决定隧道衬砌的变形特征曲线; 2.决定岩体的变形特征曲线; 3.建立和求解隧道衬砌在岩体产生的荷载 作用下的变形和岩体在衬砌反作用的阻止下 变形之间的协调平衡，这可用分析法，也可 用图示法来进行，后者比较直观。
10-1剪切滑移破坏法
一般说，式中的 3 ，则是由各种支护结构分别提供的。 于是，由岩体和初次衬砌所提供的总支护阻力为： pa ps pst pA pw (10 7) 这个数值应满足下述不等式
pa ra min
10-2 特征曲线法
特征曲线法的基本原理是利用 岩体特征曲线和支护结构特征 曲线交会的办法来决定支护体 系的最佳平衡条件(图10-6)。
u uo u p
式中 u 架设支护结构经过长时 间后达到平衡时的位移; uo 支护结构参与工作前坑 道周边的初始位移; u p 支护结构在平衡压力尸 作用下的位移。
p 2Ts p 2 p sin d 0 2
b p a cos ps 2 s ds Ts sin s
因为
式中，s、 s、ds 为喷层的剪切角、抗剪强度及厚度。 故 2 s ds ps (10 2) b sin s o 通常令 s =30 、 s =0.43s 。
第十章 隧道支护体系的岩石力学计算方法
剪切滑移破坏法是以构造岩体破坏形态决定支护体系承载能力的，方 法极其简单。但这种简化不是从空洞的推理来取得的，而是通过对工 程破坏的考察及模型试验结果提出的，它在实践中获得较广泛的应用。 这个方法的实质是:通过试验认为支护结构的破坏很少是由于弯曲而造 成的，一般是由于侧壁的剪切破坏，然后按侧壁荷载和剪切破坏阻力 之间的平衡进行计算。 数值分析法对分析整个支护体系的稳定性具有理论的意义，它可以考 虑较多的初始条件和岩体及支护结构的特征，同时可以用电子计算机 进行计算，如无拉分析、粘弹性分析、三维的空间效应分析……等。 但这些分析都是在一定的前提下进行的，只有前提是正确的或者是可 以接受的，计算结果才可能是值得信赖的。此部分内容可参阅专门文 献。