土木工程地质第六章-第三节 硐室变形及破坏规律
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井下硐室变形破坏特点及设计施工方案优化
围岩 裂 隙涌水 等造成 支护体 破坏 。这类 支护 中 ，喷 射混 凝土质 量 不合格 和锚杆 失效造 成承 载圈外 缘破 坏或 承载 圈 整体 破 坏 ，在 破坏 部位 出现应 力 集 中 ， 造成 支护体 挤压 、开 裂 、坍塌 。
１２３ 不 适宜 的支护 方案 ＿． 硐 室施 工前如 果存 在没有 进行现 场详勘 ，造 成
绑一 喷循环 作业 ，达 到 了每 月进尺 ２ ０ｍ。
２３ 结 论 ．
部 分水 。 随着 一 ５ ９０ ｍ东翼 大巷 的继续施 工 ，分 析确定 ，
一
２３１ 硐 室设计应 有合理 的工程量 和断面 ．．
９ ０ｍ东 翼 大 巷 的地 质 总 涌 水 量 不 再 增 加 。 而 ５ ９ ０ｍ 西 翼 虽未 施 工 ，但 依 据 东翼 施 工 的经 验 ， ５
标 准设 计粗 糙 ，施 工方 案 、支 护方法 没有 经过详 细
优 化 ，施 工 流程控 制不 利 ，施 工人员 对远程运 作认
识 不足等 ，就 会造 成硐 室变形破 坏现 象 。如 本应该 采 用锚 网喷 的 ，而 采用 了锚喷 ，本应该 喷层厚 度达
到 １０ｍｍ，只 达 到 了 ７ １，本应 该 加 密 锚 杆 网 ０ ０ＩＴ ＢＩ
多 年 ，井 下硐 室长 时 间使 用 ，出现 了严 重 的变形 破
坏 现象 。
１ 大 中 断面 硐 室变 形 破 坏 情 况
１１ 硐 室变形 破坏分 析 ．
吕家坨 矿 业 分 公 司 …４ ５ ２
８ ０ｍ 水 平 部 分 ０
大 中 断 面硐 室包 括 一４ ５ｍ 中央 泵 房 （ 碹 ） ２ 砌 、一
ＺＨＡＯ ａ － ｕ Ｇｕ ｎｇ ｆ
吕家坨 矿 业分公 司是 开滦 集 团 的一 个 大型生 产
１２３ 不 适宜 的支护 方案 ＿． 硐 室施 工前如 果存 在没有 进行现 场详勘 ，造 成
绑一 喷循环 作业 ，达 到 了每 月进尺 ２ ０ｍ。
２３ 结 论 ．
部 分水 。 随着 一 ５ ９０ ｍ东翼 大巷 的继续施 工 ，分 析确定 ，
一
２３１ 硐 室设计应 有合理 的工程量 和断面 ．．
９ ０ｍ东 翼 大 巷 的地 质 总 涌 水 量 不 再 增 加 。 而 ５ ９ ０ｍ 西 翼 虽未 施 工 ，但 依 据 东翼 施 工 的经 验 ， ５
标 准设 计粗 糙 ，施 工方 案 、支 护方法 没有 经过详 细
优 化 ，施 工 流程控 制不 利 ，施 工人员 对远程运 作认
识 不足等 ，就 会造 成硐 室变形破 坏现 象 。如 本应该 采 用锚 网喷 的 ，而 采用 了锚喷 ，本应该 喷层厚 度达
到 １０ｍｍ，只 达 到 了 ７ １，本应 该 加 密 锚 杆 网 ０ ０ＩＴ ＢＩ
多 年 ，井 下硐 室长 时 间使 用 ，出现 了严 重 的变形 破
坏 现象 。
１ 大 中 断面 硐 室变 形 破 坏 情 况
１１ 硐 室变形 破坏分 析 ．
吕家坨 矿 业 分 公 司 …４ ５ ２
８ ０ｍ 水 平 部 分 ０
大 中 断 面硐 室包 括 一４ ５ｍ 中央 泵 房 （ 碹 ） ２ 砌 、一
ＺＨＡＯ ａ － ｕ Ｇｕ ｎｇ ｆ
吕家坨 矿 业分公 司是 开滦 集 团 的一 个 大型生 产
地质第六章.doc
第六章地质灾害——指由于地质作用对人类生存和发展造成的危害。
自然地质灾害——自然地质作用引起的灾害。
人为地质灾害——由于人类工程活动使周围地质环境发生恶化而诱发的地质灾害。
地震——地壳发生的颤动或振动，是由地球内动力作用引起的。
海啸——海底发生的地震。
地震的类型1．地震按成因可分为：(1)构造地震(2)火山地震(3)陷落地震(4)人工诱发地震2．按震源深度的不同可分为：(1)浅源地震＜70km；(2)中源地震70～300km；(3)深源地震＞300km3．按地震震级大小可分为：(1)微震＜2～2.5级；(2)有感地震2～4级；(3)破坏性地震5～6级；(4)强烈地震或大地震≥7级震源——在地壳内部振动的发源地。
震中——震源在地面上的垂直投影，可看作是地面上震动的中心。
震源深度——震中到震源的距离。
震中距——地面上任何地方到震中的距离。
地震波——地震发生时，震源处产生剧烈振动，以弹性波方式向四周传播，此弹性波称为地震波。
地震震级是一次地震本身大小的等级，它是用来衡量地震能量大小的量度。
地震烈度是指某地区地表面和建筑物受地震影响和破坏的程度。
烈度的大小除与地震震级、震中距、震源深浅有关外，还与当地地质构造、地形、岩土性质等因素有关。
我国将地震烈度分为十二度。
根据使用特点的需要，将地震烈度划分为：基本烈度、建筑场地烈度及设计烈度三种。
基本烈度是指该地区在一百年内能普遍遭受的最大地震烈度。
建筑场地烈度是指在建筑场地范围内，由于地质条件、地形地貌条件及水文地质条件不同而引起对基本烈度的提高或降低。
设计烈度是指抗震设计中实际采用的烈度。
它是根据建筑物的重要性，永久性、抗震性及经济性等的需要对基本烈度的调整。
震级与烈度的关系地震震级与地震烈度既有区别，又有联系。
一次地震中，震级是唯一的，而地震烈度却在不同地区有不同烈度。
一般认为：当环境条件相同时，震级愈高，震源愈浅，震中距愈小，地震烈度愈高。
地表破坏造成的影响地面断裂、斜坡破坏、地基效应斜坡破坏：地震使斜坡失去稳定，发生崩塌、滑坡等各种变形和破坏，引起在斜坡上或坡脚附近建筑物位移或破坏地基效应：地震使建筑物地基的岩土体产生振动压密、下沉、振动液化及疏松地层发生塑性变形，从而导致地基失效、建筑物破坏。
工程地质第六章分析
工程地质第六章分析
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第六章 不良地质现象的工程地质问题
6.2 河流地质作用
（2）流水对河岸的掏蚀
河岸掏蚀与破坏起因是河床的冲刷。河床在平面图上常呈蛇曲形，在 河曲地段范围内河流的水流主要由弯道离心力和地球自转引起横向环流。
河谷表层和底层水流
(a)平直河床对工称程环地质流第六(b章)分不析对称环流
工程地质第六章分析
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第六章 不良地质现象的工程地质问题
6.1 风化作用
水化作用：水分和某种矿物质的结合，改变原有矿物的分 子式，引起体积膨胀、岩石破坏。如硬石膏。 氧化作用：常与水化作用相伴。 水解作用：矿物与水的成分起化学作用形成新的化合物。 如：二氧化碳与围岩矿物相互作用形成碳酸化合物。 溶解作用：水直接溶解岩石矿物，使岩石遭到破坏，溶解 作用的活跃程度与侵蚀性气体CO2含量、温度及压力有关。
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第六章 不良地质现象的工程地质问题
河流中的流水具有一定的流速，即动能。
河流动能主要消耗在以下几方面： （1）水的粘滞性、紊流、环流、波浪及涡流等； （2）侵蚀作用； （3）搬运作用。
河流地质作用包括两个方面： （1）侵蚀，切割地面和冲刷河岸； （2）堆积，形成各种沉积物和流水沉积地貌，如河
流阶地、冲积平原等。
工程地质第六章分析
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第六章 不良地质现象的工程地质问题
工程地质第六章分析
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第六章 不良地质现象的工程地质问题
6.2 河流地质作用
（1）流水对河床的冲刷 冲刷：河床的土石颗粒在流水作用下逐渐松动，最后随水 流共同运动。
泥砂被冲刷的临界水 流速度：
cr A d
其中：A取为0.2
d—泥砂粒径，mm cr —m/s
土木地质 第6章[]
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第六章 边坡工程地质问题
基本概念
边坡：自然因素或人力因素在地表形成的坡
状地形（临空的坡状地形）
自然边坡：自然因素造成的边坡。如山坡、 河岸、陡壁 人工边坡：人工开挖或填筑形成的边坡。如 路堤、路堑、矿坑、基坑
1
第六章 边坡工程地质问题
第一节 应力分布
边坡应力分布特征
中 直线坡：坡脚剪应力集 力集中 上陡下缓：变坡点张应 折线坡 集中、变坡点张应力集 中 下陡上缓：坡脚剪应力 台阶坡：坡脚剪应力集 中，平台前缘张应力集 中
外围挖沟槽以阻断地表水流向坡体 坡体上修筑排水沟 平整坡面以免坑洼地积水
整治滑 坡的重 要手段
Surface Drainage on a slope on the road into Runswick Bay, a coastal village in Yorkshire, England
修筑地下排水廊道
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第六章 边坡工程地质问题
第三节 影响因素及防治
一、影响边坡稳定性的因素
⑴ 地貌、坡形条件 ⑵ 地层和岩性条件
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一、影响边坡稳定性的因素
顺向坡 坡体中有一 逆向坡 组结构面时 横向坡 ⑶ 地质构造和 斜交坡 岩体结构条件
坡体中有多 两 组 组结构面时 两组以上
软化或溶蚀岩石 产生静水压力 ⑷ 地下水的活动 产生动水压力 增大岩体重量 促进风化作用
8.柔性支护 ⑷ 导石棚系统基本原理与棚洞相同，但该系统采用的是高强
热镀锌钢丝绳网、导向装置和防停积装置等，可将路堑边坡上 的落石安全有效的引导到指定区域。由于该系统安装简易且工 期短，是已建成通车的公路或铁路边坡防治扩离-落石灾害的有 效方法。
9.生态护坡
（注意：应在采取工程措施之后实施 ）
基本概念
边坡：自然因素或人力因素在地表形成的坡
状地形（临空的坡状地形）
自然边坡：自然因素造成的边坡。如山坡、 河岸、陡壁 人工边坡：人工开挖或填筑形成的边坡。如 路堤、路堑、矿坑、基坑
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第六章 边坡工程地质问题
第一节 应力分布
边坡应力分布特征
中 直线坡：坡脚剪应力集 力集中 上陡下缓：变坡点张应 折线坡 集中、变坡点张应力集 中 下陡上缓：坡脚剪应力 台阶坡：坡脚剪应力集 中，平台前缘张应力集 中
外围挖沟槽以阻断地表水流向坡体 坡体上修筑排水沟 平整坡面以免坑洼地积水
整治滑 坡的重 要手段
Surface Drainage on a slope on the road into Runswick Bay, a coastal village in Yorkshire, England
修筑地下排水廊道
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第六章 边坡工程地质问题
第三节 影响因素及防治
一、影响边坡稳定性的因素
⑴ 地貌、坡形条件 ⑵ 地层和岩性条件
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一、影响边坡稳定性的因素
顺向坡 坡体中有一 逆向坡 组结构面时 横向坡 ⑶ 地质构造和 斜交坡 岩体结构条件
坡体中有多 两 组 组结构面时 两组以上
软化或溶蚀岩石 产生静水压力 ⑷ 地下水的活动 产生动水压力 增大岩体重量 促进风化作用
8.柔性支护 ⑷ 导石棚系统基本原理与棚洞相同，但该系统采用的是高强
热镀锌钢丝绳网、导向装置和防停积装置等，可将路堑边坡上 的落石安全有效的引导到指定区域。由于该系统安装简易且工 期短，是已建成通车的公路或铁路边坡防治扩离-落石灾害的有 效方法。
9.生态护坡
（注意：应在采取工程措施之后实施 ）
6--软岩硐室围岩作用关系分析解析
第四节 软岩巷道中锚杆支护失效的机理
—、应力变化对全长粘结锚杆 粘结强度的影响
图6-10 支护体变形破坏特征 (a)锚杆构造；
(b)锚杆杆体力学特性； (c)锚固剂强度准则；
(d)锚固剂剪力与位移的关系
第四节 软岩巷道中锚杆支护失效的机理
二、软岩巷道锚杆支护失效的缘由分析
图6-1l 锚杆拉拔试验模型及结果 (a)模型；(b)模拟结果
其次节 硐室围岩间接触关系反分析
一、硐室围岩间空隙裂隙分布
泵房锚注加固，浅孔注浆注了4590kg水泥，深孔注浆注了55330kg水泥。断面 面积为21．5m2、长仅40m的泵房共注了59920kg水泥。
这么多的水泥如何进入围岩， 即它在围岩中如何分布?
浅孔注浆的统计结果说明，各孔的注浆量差异较大。94个孔中注浆量超过 100kg水泥的只有9个孔，大多数孔都在50kg水泥以下，还有37个孔注不进浆。浅 孔注浆量不大的主要缘由是浆液浓度太大，碹与围岩间较大空隙大局部随着围岩 变形被围岩吸取，碹与围岩间大多数部位不再存在大的空隙。浅孔注浆中仍有少 数孔注浆量很大，最大到达225 kg水泥，说明硐室局部碹与围岩间仍存在大的空 隙。假定225kg冰泥全都充填到碹与围岩间空隙，按浅孔注浆单孔设集中面积 4m2计算，空隙向平均厚度约为55mm。这些空隙的存在使碹体主要承受局部载 荷。固然浅孔汇浆除充填碹与围岩间空隙外，还向围岩裂隙集中。
表6-1 碹体及围岩物理力学参数
黑泥 岩
混凝 土
体积模 量
／MPa
1257
剪切模 量 ／
MPa
550
密度 ／
kg·m
-3
2243
内摩擦 角 /(º)
3l
内聚力 ／MPa
工程地质6第六章
各类原生和构 造裂隙，表生 破裂结构面 岩石的隐微裂 隙
3.结构面形态
结构面的形态(平整性、光滑性)直接影响岩体的力学性 能和水力性质。结构面的起伏程度用起伏角表示；粗糙程 度用粗糙度表示。 平直型：包括大多数层面、片理和剪切破裂面。 结 构 面 的 形 态 特 征 起伏度 波状起伏型：如波痕层面、轻度揉曲的片理 锯齿状型：张扭性结构面 不规则型
2. 岩体结构：
结构面和结构体按力学性能可分为若干类 型，不同类型的岩体结构单元在岩体内组合 、排列的形式即为岩体结构。故岩体结构是 指岩体中结构面和结构体两个要素的组合特 征。包含以下三方面内容：
第一岩体的结构单元或结构要素； 第二结构要素的组合特征（不同类型要素的搭 配）； 第三结构要素的排列特征（是否有序、是否贯 通等）。
层状结构岩体：结构面以层面与不密集的节理为主，结构面多闭合~
微张状、一般风化微弱、结合力一般不强，结构体块度较大且保持着母岩岩 块性质，故这类岩体总体变形模量和承载能力均较高，可作为工程建筑地基， 但应注意结构面结合力不强的情况。
碎裂结构岩体：节理、裂隙发育、常有泥质充填物质，结合力不强，
其中层状岩体常有平行层面的软弱结构面发育，结构体块度不大，岩体完整 性破坏较大，其中镶嵌结构岩体因其结构体为硬质岩石，尚具较高的变形模 量和承载能力，工程地质性能尚好；而层状碎裂结构和碎裂结构岩体则变形 模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。
规范中的相关规定
１、关于岩质边坡的稳定性分析
目前为止，对于岩质边坡的稳定性分析，可以说仍没有一套比较完善 统一的体系，我国的相关规范中建议使用赤平投影的方法进行定性分析 ，说明该方法在定性分析方面是比较成熟的。
２、建筑边坡工程技术规范GB50330-2002
6.1.2 洞室围岩力学问题及其变形与破坏
洞室围岩
洞室围岩
围岩基岩岩基
边坡岩体
本质
相对稳定和平衡
卸荷回弹二次应力洞室围岩应力
一般过程
造成卸荷和应力重分布及其他环境因素变化
塑性屈服和变形破坏
洞室周边最大压或拉应力集中
问题引出
•重新分布后的应力为何会导致围岩失稳？
•洞室顶部的岩石会不会坍落？洞室侧面的岩石会不会倒下？•洞室要不要支护和衬砌？
•如果不进行支护与衬砌，围岩的失稳范围会持续发展吗？•若需要支护和衬砌，则岩石对支护和衬砌的压力有多大？•在进行支护和衬砌中要考虑哪些因素？
地下洞室围岩稳定与否
围岩足够强固释放荷载应力重分布若因洞室周围岩体应力状态变化大或因岩体强度低释放荷载大于岩体强度
地下建筑的施工和运营造成危害
围岩岩性岩体结构变形破坏形式产生机制
脆性围岩块体状结构及厚
层状结构
张裂塌落拉应力集中造成的张裂破坏
劈裂剥落压应力集中造成的压致拉裂
剪切滑移及剪切碎裂压应力集中造成的剪切碎裂及滑移拉裂
岩爆压应力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破坏中薄层状结构弯折内鼓卸荷回弹或压应力集中造成的弯曲拉裂碎裂结构碎裂松动压应力集中造成的剪切松动
塑性围岩层状结构
塑性挤出压应力集中作用下的塑性流动
膨胀内鼓水分重分布造成的吸水膨胀散体结构
塑性挤出压应力作用下的塑流
塑流涌出松散饱水岩体的悬浮塑流
重力坍塌重力作用下的坍塌
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4。
第6章 常见地质灾害《土木工程地质》
挡土墙属于重型支挡工程。采用挡土墙必须计算出滑坡滑动推力、查 明滑动面位置，挡土墙基础必须设置在滑动面以下一定深度的稳定岩 层上，墙后设排水沟，以消除对挡土墙的水压力（图6－9）。
图6－9 挡土墙 第六章 常见地质灾害
第二节 滑坡
抗滑桩（图6－10）是应用最广的抗滑结构。桩材料多为钢筋混凝土， 桩横断面可为方形、矩形或圆形，桩下部深入滑面以下的长度应不小于 全桩长的1/4～1/3，平面上多沿垂直滑动方向成排布置，一般沿滑体前 缘或中下部布置单排或两排。桩的排数、每排根数、每根长度、断面尺 寸等均应视具体滑坡情况而定。已建成的抗滑桩最大桩长约50m，断面 4m×6m。
图6－7 支撑盲沟图 第六章 常见地质灾害
图6－8 截水盲沟
第二节 滑坡
（二）刷方减载
这种措施施工方便、技术简单，在滑坡防治中广泛采用。主要作法是 将滑体上部岩、土体清除，降低下滑力；清除的岩、土体可堆筑在坡 脚，起反压抗滑作用。
（三）修建支挡工程
支挡工程的作用主要是增加抗滑力，直到不再滑坡。常用的支挡工程 有挡土墙、抗滑桩和锚索。
滑坡的形成和发展主要受地形地貌、地层岩性、地质构造、水和人为因 素等影响。
（1）地形地貌 （2）地层岩性 （3）地质构造 （4）地震 （5）水的影响 （6）人类活动
第六章 常见地质灾害
第二节 滑坡
三、滑坡分类
为了更好地研究和治理滑坡，根据滑坡的不同特征和不同工程的要求， 可以有多种滑坡分类方法。现介绍三种常用的分类。
1．按滑坡力学特征分类 牵引式滑坡 推动式滑坡 2．按滑动面与地质构造特征分类
图6－2均质滑坡
图6－3 顺层滑坡第六章源自常见地质灾害图6－4 切层滑坡
第二节 滑坡 四、碎屑坡
图6－9 挡土墙 第六章 常见地质灾害
第二节 滑坡
抗滑桩（图6－10）是应用最广的抗滑结构。桩材料多为钢筋混凝土， 桩横断面可为方形、矩形或圆形，桩下部深入滑面以下的长度应不小于 全桩长的1/4～1/3，平面上多沿垂直滑动方向成排布置，一般沿滑体前 缘或中下部布置单排或两排。桩的排数、每排根数、每根长度、断面尺 寸等均应视具体滑坡情况而定。已建成的抗滑桩最大桩长约50m，断面 4m×6m。
图6－7 支撑盲沟图 第六章 常见地质灾害
图6－8 截水盲沟
第二节 滑坡
（二）刷方减载
这种措施施工方便、技术简单，在滑坡防治中广泛采用。主要作法是 将滑体上部岩、土体清除，降低下滑力；清除的岩、土体可堆筑在坡 脚，起反压抗滑作用。
（三）修建支挡工程
支挡工程的作用主要是增加抗滑力，直到不再滑坡。常用的支挡工程 有挡土墙、抗滑桩和锚索。
滑坡的形成和发展主要受地形地貌、地层岩性、地质构造、水和人为因 素等影响。
（1）地形地貌 （2）地层岩性 （3）地质构造 （4）地震 （5）水的影响 （6）人类活动
第六章 常见地质灾害
第二节 滑坡
三、滑坡分类
为了更好地研究和治理滑坡，根据滑坡的不同特征和不同工程的要求， 可以有多种滑坡分类方法。现介绍三种常用的分类。
1．按滑坡力学特征分类 牵引式滑坡 推动式滑坡 2．按滑动面与地质构造特征分类
图6－2均质滑坡
图6－3 顺层滑坡第六章源自常见地质灾害图6－4 切层滑坡
第二节 滑坡 四、碎屑坡
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发生变化，其改变后重新分布的应力叫二
次应力。又叫重分布应力或围岩应力。
(一) 围岩应力变化规律
1. 圆形洞室：
r r
二次应力在围岩中形成的塑性圈
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
2. 直墙圆拱型洞室：
侧压力系数较低 ＝Hv 侧压力系数较高
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
（二）围岩应力引起的变形和破坏类型 1. 张裂塌落：拱顶张应力超过岩石
R、K、J红层及T灰岩等中的含膏地层 泥炭、淤泥、沼泽等地 我国东南沿海有红树林残体的冲积层 我国长江以南的酸性红土 含硫矿床的地下水层 冶炼厂、化工厂、废渣场、堆煤场等地的地下水层
第三节 地下洞室特殊地质问题
T＝T0 (H h)G
0.05 k
（三）地温：
G＝1℃／33m≈ ℃∕m
第三节 地下洞室特殊地质问题
造成地下洞室大量突水的条件是：
①洞室通过溶洞发育的石灰岩地段，尤其是遇到蓄水洞穴或 地下暗河系统时，可能有大量的突水，其突水量可达几百至几千 吨/小时。
②洞室通过厚层的含水砂砾石层，突水量可达几百吨/小时。 ③遇到富水的断层破碎带，特别是它又与地表水连通时，也 会发生大量的突水，突水量一般也在几十至几百吨/小时。 ④洞室通过节理发育的背斜、向斜轴部，当其富水时。
（二）腐蚀：
1. 腐蚀类型：
芒硝型腐蚀
结晶类腐蚀：石膏型腐蚀
钙矾型腐蚀
此外：还有冰劈作用
分解类腐蚀：一 碳般 酸酸 型型 腐腐 蚀蚀
结晶分解复合类腐蚀
第三节 地下洞室特殊地质问题
2. 腐蚀严重程度：
无腐蚀 弱腐蚀 局部砂浆剥落 3. 腐蚀易中强发等腐生腐地蚀区蚀：局局部部呈骨豆料腐外碴露状，深度达20cm以上
（四）瓦斯：（以甲烷为主的有害气体的总称，主要发生
在含煤地层）
危害条件：瓦斯浓度小于5－6％；能在高温下燃烧
瓦斯浓度为5 ~ 6％－14 ~ 16%；易爆炸。
（特别是含量为8％时）
瓦斯浓度为42 ~ 57％时，易使人窒息。
施工要求： 瓦斯浓度大于1％，不准装药放炮。 瓦斯浓度大于2％，工作人员撤离现场。
7. 膨胀内鼓：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动圈 集中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出 的现象。
隧道变型Байду номын сангаас坏
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
二. 围岩构造控制的变形与破坏 指围岩当结构面上剪应力超过抗剪强度而产生的 沿结构面剪切滑移。
v
v H
H H
v
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
抗拉强度，引起岩石 破裂，导至洞顶塌落 的现象。 2. 劈裂剥落： 切向应力导至洞室 周边岩石形成平行 洞壁的密集破裂， 并产生剥落的现象。
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
3. 碎裂松动：碎裂状岩体开挖后，岩块沿结构面滑移并形 成松动圈的现象。
4. 弯折内鼓：径向应力挤压薄层围岩，使之向洞内弯折 内鼓，甚至坍倒的现象。
② 由于开挖地段涌水量推算：
Q
L L0
Q0
第三节 地下洞室特殊地质问题
（2）水均衡法：
Q 1000 F A
（3）地下水动力学法：
T
① 潜水含水层中的完整型隧道：
② 承压水Q含水B层中K的H完2整型h隧2道： R
[M (2H M ) h2 ] Q BK
R
第三节 地下洞室特殊地质问题
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
5. 岩爆：在高应力地区，洞室开挖后，围岩因弹性应变能 突然释放而发生的岩石弹射或抛出的现象。 岩爆特点：
发生在高应力地区的坚硬岩石中 岩爆时，尚伴有声音 岩爆过程分为启裂阶段，应力调整阶段、岩爆阶段 岩爆发生的临界深度为200m
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
岩爆分级 Ⅰ
fr /i
>14.5
说明 无岩爆发生、也无声发射现象
Ⅱ 14.5～5.5 低岩爆活动，有轻微声发射现象
Ⅲ 5.5～2.3 中等岩爆活动，有较强的爆裂声
Ⅳ
<2.5 高岩爆活动，有很强的爆裂声
注：fr—岩石单轴抗压强度：σ1-地应力的最大主应力。
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
6. 塑性挤出：软弱岩体在洞室开挖后，当围岩应力超过 其屈服强度时，向洞内产生的塑性挤出的 现象。
常温、常压下各种易爆炸气体与空气合成的混合物的爆炸界限值
气体名称 爆炸限度含量 气体名称 爆炸限度含量
甲烷（沼气）
5%～16%
一氧化碳 12.5%～74%
氢气
4.1%～74%
乙烯
3%
乙烷
3.2%～12.5%
苯
1.1%～5.8%
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
隧道掌子面
隧道掌子面开挖
隧道掌子面开挖
隧道盾构施工
隧道盾构施工
隧道锚喷支护
隧道衬砌施工
建好的地下厂房（二滩电站）
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
一. 围岩应力引起的变形与破坏 1. 围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 2. 二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力
三. 松散围岩的变形与破坏： 1. 重力坍塌：固结程度差的散体结构围岩，开挖后在重
力作用下自由坍落。
塑流涌出：当开挖饱水断层破碎带时，松散物质常形 成碎屑流涌出。
第三节 地下洞室特殊地质问题
一. 突水突泥： 突水突泥是指隧道开挖过程中，突然产生大量的水或泥涌入隧 道的现象。地下洞室中，地下水影响可归纳为以下几个方面： 1．以静水压力的形式作用于同室衬砌。 2．使岩石和结构面软化，使其强度降低。 3．促使围岩中的软弱夹层泥化，减少层间阻力，造成岩体易于 滑动。 4．石膏、岩盐及某些以蒙脱石为主的粘土岩类，在地下水的作 用下将易发生剧烈的溶解或膨胀。随着膨胀的产生，将会出 现附加的山岩压力。 5．含水层由于大量地下水的流出，在动水压力作用下，将出现 流砂及渗透变形。 6．如地下水的化学成分中含有害化合物(硫酸、侵蚀性二氧化 碳、硫化氢、亚硫酸)时。对衬砌将产生侵蚀作用。 7．最为不利的影响是发生突然的大量突水突泥。这种突然突水
从已有资料来看，造成突水的多是有丰富的地表水，沿着溶 洞、暗河或断层破碎带以及节理发育的背斜、向斜轴部等良好通 道进入地下洞室通过部位，形成局部富水区，当洞室开挖时便突 然产生大量突水。
第三节 地下洞室特殊地质问题
涌水量预测方法：
（1）相似比拟法： ① 由实测导坑涌水量推算：
Q
F F0
S S0
Q0
次应力。又叫重分布应力或围岩应力。
(一) 围岩应力变化规律
1. 圆形洞室：
r r
二次应力在围岩中形成的塑性圈
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
2. 直墙圆拱型洞室：
侧压力系数较低 ＝Hv 侧压力系数较高
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
（二）围岩应力引起的变形和破坏类型 1. 张裂塌落：拱顶张应力超过岩石
R、K、J红层及T灰岩等中的含膏地层 泥炭、淤泥、沼泽等地 我国东南沿海有红树林残体的冲积层 我国长江以南的酸性红土 含硫矿床的地下水层 冶炼厂、化工厂、废渣场、堆煤场等地的地下水层
第三节 地下洞室特殊地质问题
T＝T0 (H h)G
0.05 k
（三）地温：
G＝1℃／33m≈ ℃∕m
第三节 地下洞室特殊地质问题
造成地下洞室大量突水的条件是：
①洞室通过溶洞发育的石灰岩地段，尤其是遇到蓄水洞穴或 地下暗河系统时，可能有大量的突水，其突水量可达几百至几千 吨/小时。
②洞室通过厚层的含水砂砾石层，突水量可达几百吨/小时。 ③遇到富水的断层破碎带，特别是它又与地表水连通时，也 会发生大量的突水，突水量一般也在几十至几百吨/小时。 ④洞室通过节理发育的背斜、向斜轴部，当其富水时。
（二）腐蚀：
1. 腐蚀类型：
芒硝型腐蚀
结晶类腐蚀：石膏型腐蚀
钙矾型腐蚀
此外：还有冰劈作用
分解类腐蚀：一 碳般 酸酸 型型 腐腐 蚀蚀
结晶分解复合类腐蚀
第三节 地下洞室特殊地质问题
2. 腐蚀严重程度：
无腐蚀 弱腐蚀 局部砂浆剥落 3. 腐蚀易中强发等腐生腐地蚀区蚀：局局部部呈骨豆料腐外碴露状，深度达20cm以上
（四）瓦斯：（以甲烷为主的有害气体的总称，主要发生
在含煤地层）
危害条件：瓦斯浓度小于5－6％；能在高温下燃烧
瓦斯浓度为5 ~ 6％－14 ~ 16%；易爆炸。
（特别是含量为8％时）
瓦斯浓度为42 ~ 57％时，易使人窒息。
施工要求： 瓦斯浓度大于1％，不准装药放炮。 瓦斯浓度大于2％，工作人员撤离现场。
7. 膨胀内鼓：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动圈 集中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出 的现象。
隧道变型Байду номын сангаас坏
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
二. 围岩构造控制的变形与破坏 指围岩当结构面上剪应力超过抗剪强度而产生的 沿结构面剪切滑移。
v
v H
H H
v
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
抗拉强度，引起岩石 破裂，导至洞顶塌落 的现象。 2. 劈裂剥落： 切向应力导至洞室 周边岩石形成平行 洞壁的密集破裂， 并产生剥落的现象。
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
3. 碎裂松动：碎裂状岩体开挖后，岩块沿结构面滑移并形 成松动圈的现象。
4. 弯折内鼓：径向应力挤压薄层围岩，使之向洞内弯折 内鼓，甚至坍倒的现象。
② 由于开挖地段涌水量推算：
Q
L L0
Q0
第三节 地下洞室特殊地质问题
（2）水均衡法：
Q 1000 F A
（3）地下水动力学法：
T
① 潜水含水层中的完整型隧道：
② 承压水Q含水B层中K的H完2整型h隧2道： R
[M (2H M ) h2 ] Q BK
R
第三节 地下洞室特殊地质问题
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
5. 岩爆：在高应力地区，洞室开挖后，围岩因弹性应变能 突然释放而发生的岩石弹射或抛出的现象。 岩爆特点：
发生在高应力地区的坚硬岩石中 岩爆时，尚伴有声音 岩爆过程分为启裂阶段，应力调整阶段、岩爆阶段 岩爆发生的临界深度为200m
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
岩爆分级 Ⅰ
fr /i
>14.5
说明 无岩爆发生、也无声发射现象
Ⅱ 14.5～5.5 低岩爆活动，有轻微声发射现象
Ⅲ 5.5～2.3 中等岩爆活动，有较强的爆裂声
Ⅳ
<2.5 高岩爆活动，有很强的爆裂声
注：fr—岩石单轴抗压强度：σ1-地应力的最大主应力。
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
6. 塑性挤出：软弱岩体在洞室开挖后，当围岩应力超过 其屈服强度时，向洞内产生的塑性挤出的 现象。
常温、常压下各种易爆炸气体与空气合成的混合物的爆炸界限值
气体名称 爆炸限度含量 气体名称 爆炸限度含量
甲烷（沼气）
5%～16%
一氧化碳 12.5%～74%
氢气
4.1%～74%
乙烯
3%
乙烷
3.2%～12.5%
苯
1.1%～5.8%
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
隧道掌子面
隧道掌子面开挖
隧道掌子面开挖
隧道盾构施工
隧道盾构施工
隧道锚喷支护
隧道衬砌施工
建好的地下厂房（二滩电站）
第二节 洞室围岩变形及破坏的基本类型
一. 围岩应力引起的变形与破坏 1. 围 岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。 2. 二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力
三. 松散围岩的变形与破坏： 1. 重力坍塌：固结程度差的散体结构围岩，开挖后在重
力作用下自由坍落。
塑流涌出：当开挖饱水断层破碎带时，松散物质常形 成碎屑流涌出。
第三节 地下洞室特殊地质问题
一. 突水突泥： 突水突泥是指隧道开挖过程中，突然产生大量的水或泥涌入隧 道的现象。地下洞室中，地下水影响可归纳为以下几个方面： 1．以静水压力的形式作用于同室衬砌。 2．使岩石和结构面软化，使其强度降低。 3．促使围岩中的软弱夹层泥化，减少层间阻力，造成岩体易于 滑动。 4．石膏、岩盐及某些以蒙脱石为主的粘土岩类，在地下水的作 用下将易发生剧烈的溶解或膨胀。随着膨胀的产生，将会出 现附加的山岩压力。 5．含水层由于大量地下水的流出，在动水压力作用下，将出现 流砂及渗透变形。 6．如地下水的化学成分中含有害化合物(硫酸、侵蚀性二氧化 碳、硫化氢、亚硫酸)时。对衬砌将产生侵蚀作用。 7．最为不利的影响是发生突然的大量突水突泥。这种突然突水
从已有资料来看，造成突水的多是有丰富的地表水，沿着溶 洞、暗河或断层破碎带以及节理发育的背斜、向斜轴部等良好通 道进入地下洞室通过部位，形成局部富水区，当洞室开挖时便突 然产生大量突水。
第三节 地下洞室特殊地质问题
涌水量预测方法：
（1）相似比拟法： ① 由实测导坑涌水量推算：
Q
F F0
S S0
Q0