围岩、支护作用
围岩、支护作用一、引言岩石地下工程结构设计理论与方法的发展至今已有百余年的历史，与岩石力学的发展有着密切的关系。
众多学者(1-13)进行了大量的研究工作，为岩石地下工程的理论研究、设计与施工做出了重要的贡献。
但工程中的支护设计仍然采用以经验为主的工程类比设计法，再辅之以现场监控和理论分析设计法的原则。
20世纪50～60年代，由弹塑性力学方法导出的围岩一支护相互作用理论曾经一度在岩石力学界占据主导地位。
其基本思路和理论基础(1-7)是：将卡斯特纳方程代入轴对称圆巷周边的弹塑性位移计算公式，得到围岩特性曲线；再与支护结构的支护特性曲线相交求得交点的坐标即为围岩与支护结构达到平衡时需要满足的条件。
我对卡斯特纳方程和基于弹塑性变形的围岩一支护相互作用机制的缺陷和错误作了初步讨论与分析，但认识的深度和广度尚待提高，个别认识尚存在瑕疵。
深入的分析与研究表明：(1)卡斯特纳方程求解中，对支护反力Pl的力学简化处理存在缺陷，不具有工程实际意义；(2)基于弹塑性变形的围岩特性曲线在工程实践中并不存在，因此也不存在其与支护特性曲线相交的可能性。
分析认为，造成岩石地下工程结构现场支护不理想甚至失效的根本原因是设计理论、设计方法落后，不能满足工程实际情况的需要。
其核心问题是，对围岩一支护作用机制的认识，在有些方面概念混乱、不清，甚至是错误的。
本文详细地分析卡斯特纳方程和围岩一支护相互作用机制认识上存在的缺陷和错误，建立基于流变变形的围岩一支护相互作用机制的概念模型，并据该模型得出一些很重要的结论。
二、围岩一支护作用机制评述2．1卡斯特纳方程中的支护反力不具有工程意义卡斯特纳方程（1-7）为Rp=Ro Po+c cotφ1−sinφP1+c cotφ1−sinφ2sinφ（1）式中：肆为塑性区半径；R为巷道半径；Po为原岩应力；P。
为衬砌的支护反力；c，缈分别为围岩的黏聚力和内摩擦角。
为了避免产生误解和歧义，以下对相关问题的讨论在诸如范围、假定条件等方面均与卡斯特纳方程求解模型的条件完全相同。
分析认为，在卡氏方程求解的力学模型中，对支护力n进行的力学处理存在缺陷：(1)模型视支护力Pl与原岩应力‰是同时作用的，即开挖体被取出后立即有P，作用到巷道周边上，P1与Po。
是同步加载的，这与工程实际不符。
求解过程中忽视了岩石地下工程问题的根本特点，即“先受力(原岩应力)，后挖洞，再支护”。
现场中的Po与P1。
非同步加载，即Po先加载，P1需要滞后于Po一段时间才可能加载上去。
模型对支护力P1，进行的力学处理不能描述围岩一支护相互作用的真实状况。
因为，围岩开挖之后的变形中除了包含有弹性变形以外还有塑性变形。
众所周知，塑性变形是不可逆的，是与加载路径、加载历史等相关的。
因此，当围岩存在塑性区时，对Pl的力学处理不考虑加载路径和加载历史在力学和工程实践意义上均是错误的。
(2)模型视支护力P1，为主动支护力、一次性加载，与工程实际不符。
事实上，地下工程中的支护力P1，是一个时变值，是随着围岩向巷道内发生流变变形的增大而增大的被动反力，且是分次或者逐渐加载上去的。
要使围岩一支护系统达到新的平衡，支护结构的被动支护反力是由零逐渐增大到围岩与支护结构平衡时的P?的，这一过程决定于围岩不断地向洞室内发生流变变形的性质和大小以及支护结构的变形性质和刚度等。
(3)主动支护力与被动支护反力的区别是显著的，区分两者在物理和力学意义上的不同之处非常重要。
首先，两种力的来源和产生机制不同。
主动支护力来源于围岩之外，独立于围岩且与围岩的状况无关，是支护结构主动施加于围岩上的力，其大小和作用时机与围岩是否发生收敛变形无关。
被动支护反力与围岩有关，且依赖于围岩状况的改变的，是围岩的收敛流变变形对支护结构挤压进而使支护结构对围岩产生被动的支护反力，其大小和作用时机与围岩的收敛流变变形有关。
其次，两种力的作用效果不同。
主动支护力使巷道周边围岩产生指向围岩深处的“扩张”变形，力的作用效果使巷道断面尺寸变大。
被动支护反力使围岩产生指向巷道内部的收敛流变变形，力的作用效果使巷道断面尺寸变小。
这两者在力学机制上的区别有点类似于土力学中的主动土压力和被动土压力的区别。
对Pl的理解一直概念混乱，在建立力学模型时，往往认为P，是支护结构主动施加于围岩的主动支护力，主动施力者是支护结构，这是错误的。
事实上，P，是围岩发生流变变形时对支护结构产生的挤压作用力，主动施力者是围岩。
支护结构为了阻止围岩的收敛流变变形而对围岩产生反作用力，大小是P，，方向相反。
在岩石地下工程中，除预应力锚杆给围岩的支护力可以勉强简化为主动支护力以外，其余均仅能简化为被动支护反力。
而卡氏方程求解的力学模型中错误地将P．简化为支护结构对围岩的主动支护力，因此是不符合工程实际的。
(4)从弹塑性变形经历的时间历程上看，因为巷道围岩弹塑性变形是立即发生并完成的，支护根本赶不上围岩弹塑性变形，因此，在围岩的弹塑性求解中不应考虑支护力Pl的作用。
基于以上的分析，卡斯特纳方程求解的力学模型对支护反力P。
进行的简化处理没有真实地反映岩石地下工程中被动支护反力的物理意义，虽然从纯粹的数学和力学意义上看是正确的，但从工程实际角度看却存在严重错误。
因此，不具有工程实践意义。
2．2卡氏方程求解之相关公式的讨论2．2．1弹性区应力的讨论卡氏方程求解的弹性区应力(1-7)为σθeσr e=P°±c cotφ+P°sinφP°+c cotφ1−sinφp1+c cosφ1−sinφ2sinφR0r2（2）式中：σθe、σr e分别为围岩弹性区的切向应力和径向应力；r为围岩任意一点的半径。
令P。
=P。
并代入式(2)得σθe σr e =P0±c cosφ+P0sinφ1−sinφ1−sinφRr2（3）根据基本的力学概念，当主动支护力P ．等于原岩应力时，相当于被开挖体没有被取出，此时“围岩”的应力场没有被开挖扰动，应该还是原岩应力场，因此，“围岩”不存在弹性区。
但式(3)表明围岩此时还存在着弹性区，这显然是一个谬误的结论。
2．2．2塑性区应力的讨论卡氏方程求解的塑性区应力（1-7）为σr P = P 1+c cot φ r R 0 2sin φ1−sin φ−c cot φ (4)σθP P1+c cot φ 1+sin φ1−sin φ r R 0 2sin φ−c cot φ (5) 式中：σθP 、σr P 分别为围岩塑性区的切向应力和径向应力。
令，r=Ro ，P 。
=0并代入式(4)，(5)得σr P =0 （6a ）σθP =2c cos φ 1−sin φ =σc （6b ）巷道周边的径向应力σr P 为0，切向应力恰好等于岩石的单轴抗压强度，并且σθP 、σr P 与P 。
无关，另取决于强度准则。
由式(6)可得出，巷道周边上的应力状实际上是二向应力状态，即一个是巷道周边的切向应力，大小等于σc ；另一个是巷道轴向的应力σz ，因为卡氏方程没有对进行σz 求解，根据工程实践及基本的力学判断，不妨近似地取σz = P 。
如果巷道处于高地应力区或深部岩体区，而岩石的单轴抗压强度相对较小，即P 。
远远大于σc 时，可将此时的应力状态简化为单向应力状态，由此，将得出巷道沿着其轴向方向在巷道周边处首先被压坏的结论，这一结论显然也是有悖于力学基本原理和现场实际的。
分析认为，产生上述谬误的原因是，卡斯特纳方程求解中忽略了以下问题：(1)塑性区应力求解，没有使用到假设的理想弹塑性材料的塑性本构关系这一条件。
求解中，虽然使用了库仑屈服准则，但没有与假设条件即塑性区应力σs 建立联系。
(2)塑性区应力求解，没有考虑沿巷道轴向方向的应力σz 的影响。
事实上，因为求解中没有使用塑性本构关系，也无法对塑性区的σz 进行求解。
(3)没有求解围岩开始屈服时的原岩应力。
2．3基于弹塑性变形的围岩特性曲线不具有工程实践意义巷道周边的弹塑性位移计算公式为u0=sinφ2GR0P0+c cotφR P2（7）式中：u0为巷道周边的弹塑性位移；G为剪切模量，且G=E/2（1+v）。
将式(1)代入式(7)，得到经典的基于弹塑性变形的围岩特性曲线，即u0=sinφ2G R0P0+c cotφ（P0+c cosφ）1−sinφP1+c cosφ1−sinφ（8）围岩一支护相互作用理论的核心内容自诞生起就一直占据岩石力学的主导地位，至今仍被作为岩石地下工程支护结构设计的基本原理（1-13）。
但是，支护实践却表明，该理论其实还远远达不到能用来进行支护设计的程度。
应用该理论设计的地下工程，理论上设计的支护力足够，但有时仍会发生破坏，且找不到原因，通常将其归结为基于连续介质的小变形弹塑性理论，在解决岩石强度峰值后的性态问题上至今还非常乏力。
这一解释或许可能是其不能应用于支护实践的诸多原因之～，但是，有些围岩的应力并未达到岩石的强度峰值，该理论仍然不能准确地对其进行支护设计，围岩与支护结构经过长期的变形仍然会发生破坏。
本文认为，这一理论不能指导支护设计的最要原因是，在分析、应用围岩一支护相互作用机制时存在缺陷，即忽视、混淆了岩石地下工程的围岩弹塑性变形和流变变形之间的区别以及这两种变形发生的时间与作用过程的不同。
事实上，围岩弹塑性变形是在岩石地下工程被开挖后的瞬间即完成的，而流变变形是在岩石地下工程被开挖后的相当长的一段时间内随着时间不断发生、变化的。
当对围岩进行支护之后，才会发生围岩一支护的相互作用问题。
显然，对围岩进行支护时，围岩已经处于流变变形阶段，围岩一支护的相互作用机制在讨论围岩特性曲线时应该采用流变变形阶段的特性曲线。
遗憾的是，围岩流变变形阶段的特性曲线目前还没有得到。
分析认为，基于弹塑性变形的围岩特性曲线在工程中根本就不存在：（1）岩石地下工程的弹塑性变形在其开挖之后的瞬间即发生并完成了，是与时间无关的变形，这也是弹塑性力学认识材料(包括岩石类材料)的变形特性的基本观点（15-20）。
当然，也有学者认为塑性变形也是有变形时间的。
但本文分析认为，塑性变形既使有变形时间，其量级可能也很小，以致于塑性力学至今还没有研究清楚塑性变形与时间的关系，而且有关塑性力学的专著、文献基本都不涉及材料的塑性变形与时间的关系研究（15-20）。
目前的弹、塑性力学理论尽管认识到塑性变形与温度、时间有关，但其最新进展中对材料所做的假设条件之一仍然是时间因素对材料塑性变形性质的影响可以不考虑。
在卡斯特纳方程和现有的围岩一支护相互作用机制的推导过程中所涉及的弹、塑性力学的内容(理论、基本概念、模型等)并没有超出现有的弹、塑性力学的最新进展（15-20）。
也就是说，卡斯特纳方程和现有的围岩一支护相互作用机制的推导过程中所涉及的弹、塑性力学的变形都是与时间无关的，即都是瞬时完成的。
岩石力学主要知识点
1、岩石力学定义:研究岩石的力学性状（behaviour）的一门理论科学，同时也是应用科学；是力学的一个分支；研究岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应。
初期阶段（地应力）：海姆静水压力假说，朗金假说，金尼克假说：经验理论阶段：普世理论，太沙基理论。
2、地下工程的特点:1).岩石在组构和力学性质上与其他材料不同，如岩石具有节理和塑性段的扩容(剪胀)现象等；2).地下工程是先受力(原岩应力)，后挖洞(开巷)；3).深埋巷道属于无限城问题，影响圈内自重可以忽略；4).大部分较长巷道可作为平面应变问题处理；5).围岩与支护相互作用，共同决定着围岩的变形及支护所受的荷载与位移；6).地下工程结构容许超负荷时具有可缩性；7).地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力；8).几何不稳定结构在地下可以是稳定的.3、影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素：1).矿物：地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物;2).结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及相互结合的情况；3).构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系。
4、岩石力学是固体力学的一个分支。
在固体力学的基本方程中，平衡方程和几何方程都与材料性质无关，而本构方程（物理方程/物性方程）和强度准则因材料而异。
岩石的基本力学性质主要包括2大类，即岩石的变形性质和岩石的强度性质。
5、研究岩石变形性质的目的，是建立岩石自身特有的本构关系或本构方程(constitutive law or equation)，并确定相关参数。
研究岩石强度性质的目的，是建立适应岩石特点的强度准则，并确定相关参数。
6、岩石强度：岩石介质破坏时所能承受的极限应力；单轴抗压强度、单轴抗拉强度、多轴强度、抗剪强度。
7、研究岩石强度的意义：1）.岩石分类、分级中的重要数量指标；2).作为强度准则判别：当前计算点处于全应力应变曲线哪个区；3).计算处或测定处的岩土工程是否稳定；4).在简单地下工程条件下，可作为极限平衡条件(塑性条件)，求解弹塑性问题的塑性区范围，以及弹性区和塑性区的应力与位移.8、岩石的破坏形式:1).拉伸破坏: (a)为直接拉伸，(b)为劈裂破坏2).剪切破坏3)塑性流动4).拉剪组合9、岩石单轴强度定义:岩石试件在无侧限和单轴压力作用下抵抗破坏的极限能力；公式: σc=P/A 式中，σc——单轴抗压强度，MPa，也称无侧限强度；P——无侧限条件下岩石试件的轴向破坏荷载; A ——试件的截面面积。
煤矿井下巷道支护技术类型分析和选择
煤矿井下巷道支护技术类型分析和选择矿井中巷道支护是矿井生产和建设的重点，本文主要通过介绍巷道支护类型，根据围岩稳定情况、顶板软岩情况和回采巷道步骤进行分析，重点介绍锚杆支护、支护材料和特殊地质条件下支护技术等，并根据特殊地质条件下的环境例如软岩巷道与深部空留巷等进行分析。
目前，随着不断加大的开采深度，巷道支护越来越重要，煤矿选择安全高效的锚网支护为首选支护方式，本文主要介绍支护方式对推进采煤工作面安全生产和高效生产提供意见。
标签：煤矿；支护方式；巷道支护；围岩0 引言煤炭作为我国国民经济的传统能源，在现代矿井建设中有举足轻重的地位，随着我国开采深度和强度的不断增加，我国煤矿井下开采需要通过大量的巷道完成，地质条件的不断复杂化、高地应力使得巷道逐渐变得松软和脆弱，特别是大断面的巷道越来越严重，这就对巷道支护技术提出了更高的要求，在漫长的应用研究历程中，锚杆和锚网支护方式成为保障安全生产、降低劳动强度、快速高产的关键技术。
1 地质情況分析随着开采的不断深入和强度的增加，在井下采煤后，出现顶板暴露的情况，当顶板出现抗压能力较小时需要及时进行支护，以避免顶板下向弯曲，当拉力超过岩石承受能力时会出现岩石崩裂和脱落，对人员安全造成很大的威胁，及时做好巷道支护可以防止顶板受高地压力而变形崩落，又可以防止巷道生产中对人员安全的威胁，为安全生产提供可靠保障。
2 巷道支护类型根据巷道用途，巷道可以分为开拓、采准和回采三种巷道类型，不同巷道需要选择不同的支护方式，目前较为常用的支护方式主要有棚式支架、注浆加固、砌碴支护、复合支护和锚网支护。
支护作用主要用于改善巷道围岩稳定性和控制围岩变化，选择正确的支护方式是决定围岩稳定程度的关键，下面主要重点分析几种不同类型的支护方式。
2.1 棚式支护方式这种支护方式是多用于大断面巷道的一种支护方式，历史悠久，方式操作简单，此种支护方式可以在各种地压条件下使用，大部分使用材料为木质、钢筋或金属支架，表面切面多为拱形、圆形或梯形，这种支护方式对支架质量有严格要求，支架与巷道难以密切切合，控制变形能力差，从而导致在复杂地质条件下难以达到预期支护效果。
浅谈隧道围岩变化特性和锚喷支护作用
给使用功 能留有余地 。３构 造物要采用整 ） 振密 、 挤密 法的原理是采用一定 的手段 ， 过振动 ， 通 挤压使地 涵洞孔径 可适 当加 大 ，
基土体孔隙减小 ， 强度提高 ， 到地基处 理的 目的。如 ： 达 要求 低的钢筋混凝土箱形结 法、 强夯 法、 振冲挤密法等等 。
渐 消散 ， 土的有效应力增大 ， 基土的强度逐步增长 。 地 抗剪强度 ， 从而提高地基承载力 的稳定性 。
排水 固结 法是 由排水 系统和加压 系统 两部 分组合而成 的 ， 排 塑料排水板等 ）以及利用 天然地基 土层 本身的透水性 。 ，
２ ３ ２ 振密 、 ．． 挤密法
２ ４ 涵 洞软基 设计 ． 软土地 区涵洞 的设计 主要 注意 以下几点 ：） １地基必 须与路基
可以 自稳不产生 荷载 。 不稳 定 的岩体 丧失 稳定 有一定 的过 程 ， 如 衬剐刚开始施工 。锚 喷支护 在隧道及 所 有地下工 程 和防护 工程 果在这一 过程中及 时 处理 （ 护 ） 能够使 之得 到稳定 。新 奥法 中得到了普遍的运用 ， 支 则 国内外对锚 喷支护 的原 理和特点都 有不少
的施工主要分为两个工序 ：） 身开挖 ；） 身衬砌 （ １洞 ２洞 初期支 护 ， 的论述 ， 锚喷支护 的技 术规 范也 比较 完善 ， 现从 岩体开 挖后 的变 对锚喷支 护和岩体 的相互关 系进 行探讨。 ． 二次衬砌 ）且这 是新 奥法施 工 的关键 。洞身衬 砌主 要包 括锚喷 化特性出发 ， 。 支护以及衬砌 ， 锚喷支 护在 文 中将近一 步 阐述 ， 二衬 主要起 安全 １ 围岩 开挖后 变化 的特 性 至于采用 何种 方法须根据工程规模 、 施工场地 、 工期 要求 、 路 另 在大 型工程 中常 常将预 制场 设在桥 头 排水 固结 法常用 于解决 软粘土地基 的沉 降和稳定 问题 ， 可使 面结构等合理采取 ， 外 ， 地基 的沉 降在加 载预压期间基本完成或 大部分完成 ， 造物在 填 方位置 ， 使构 既起堆 载预压地基 的作 用 ， 上部 结构制作工场 ， 又作 合 理利用 资源 ， 节约造价 。 使用期 间不致产生 过 大的沉 降和 沉降差 。同时 可增加 地基 土 的
巷道支护与围岩共同承载的规律与支护方式
２ 围岩 自承力与支护的对应关 系
围岩松动圈理论是在研 究巷道周 围岩石介质物理 力学状 态 属性的过程中发展起来 的。按照 围岩松动 圈理论来分析 ， 当巷道 开挖后 ， 打破了围岩原有 的三 向应力平衡状 态 ， 围岩 中应力 重新 分布 。一方面径 向应力下 降为零 ， 围岩 强度 明显下降 ； 另一 方面 环 向应力集 中， 当应力集 中超过 围岩强度后 ， 巷道周边 岩石 首先 破坏 ， 并逐渐向深部扩展 ， 直至在一定深度达到新 的 ３向应 力平 衡状态为止 ， 此时 ， 围岩 中出现了一个 破裂 区—— 围岩松动圈。 该理论是 以松动破裂 发展 中的岩石碎胀变形 或碎胀力 为支 护对象的 ， 适应于巷道顶板 、 底板和巷 帮围岩 的支护设计。 依松动圈大小将 围岩松动圈分为小松动 圈 （ ｐ Ｏ ｍ）中 Ｌ ≤４ 、 ｃ 松动 圈（０ｃ ４ ｍ＜Ｌ ＜１０ｃ 和大松动 圈（ ｐ ５ ｍ） ｐ ５ ｍ） Ｌ ≥１０ｃ 三大类 。 因此围岩 自承力与支护 的对应关系也可分为 以下 ３类 ： 第一类 ： 松动圈围岩 ： 道变形和松动 圈围岩 自重都 比较 小 巷 小， 围岩 自承力完全可以维护 围岩 的完整 ， 不需要支护 ， 利用喷射 混凝土支护防围岩掉落和防 围岩风化即可 。 第二类 ： 中松动圈围岩 ： 中松动条件下 ， 围岩碎胀变形相应增 大， 单一喷层将破裂或破坏 ， 必须再增加支护来控制 围岩变形 ， 以 便尽可能地维持围岩的 自承力。 第三类 ： 大松动圈 围岩 ： 大松动圈 围岩属软岩 范畴。巷 道开 挖后 ， 围岩的 自承力迅速下降为接 近于零 ， 但仍有部分 残余 自承 力， 此时 ， 可利用高强度 的支护来给予松动圈 内破裂 围岩以约束 力 ， 复其原有的部分承载效果 ， 恢 在破裂 围岩 ｌ形 成一 个具有相 ｝ ｌ 当强度和可缩性的组合拱结构体 。
北科大考研初试《岩石力学》问答题
北京科技大学硕士学位研究生入学考试《岩石力学》问答题1.什么是全应力-应变曲线？各个阶段的特征是什么？画图说明。
全应力-应变曲线：能显示岩石在受压破坏过程中的应力、变形特性，特别是破坏后的强度与力学性质的变化规律。
分为四个阶段（1）孔隙裂隙压密阶段：在此阶段时间横向膨胀较小，试件体积随荷载增大而减小；（2）弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段：该阶段的应力-应变曲线成近似直线型；（3）非稳定破裂发展阶段：进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏，试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率增大。
（4）破裂后阶段：裂隙快速发展，交叉且相互联合，形成宏观断面。
此后，岩块变形主要表现为沿宏观裂面的块体滑移。
试件承载力随变形增大迅速下降，但不降到零。
2.为什么普通材料试验机得不出全应力-应变曲线？全应力应变曲线有什么用途？由于材料试验机的刚度小，在试件压缩时，其支柱上存在很大的变形和变形能，在试件快要破坏时，该变形能突然释放，加速试件破坏，从而得不出极限压力后的应力-应变关系曲线。
全应力-应变曲线的用途：（1）揭示试件破裂后仍有一定承载力（2）预测蠕变的破坏（3）预测岩爆（4）预测循环加载下的岩石破坏第二蠕变阶段：如曲线中bc段，应变速率保持不变，故又称为等速蠕变阶段。
第三蠕变阶段：如曲线中cd段，应变速率迅速增加直到岩石破坏，故又称为加速蠕变阶段。
4.简述维护岩石地下工程稳定的基本原则(新奥法)。
（1）合理利用和充分发挥岩体强度A．避免岩石强度的损坏B．充分发挥岩体的承载能力C．加固岩体（2）改善围岩的应力条件A.选择合理的隧道断面形状和尺寸B.选择合理的位置和方向C.采用卸压方法（3）合理支护（4）强调检测和信息反馈（5）注重涌水处理：堵水、输水。
5.围岩-支护作用的共同原理是什么？它对围岩支护有什么指导意义？A．围岩周边位移和支护反力成反变关系；B．支架的支护力与支架变形成正变关系；C．围岩特性曲线与支架特性曲线的交点是围岩与支架的工作点，构成共同作用关系，二者共同承载；D．在一定变形范围内，围岩变形越大所需支护力越小。
围岩名词解释
围岩名词解释名词解释：1。
岩石圈构造岩石圈是地球的外层部分，它包括地壳和地幔。
在固体地球中占据大部分体积。
它一般呈层状或块状，厚度较大，是物质较为均匀的连续体。
2。
变形岩石受到外力作用(风化、剥蚀、搬运等)后，不仅原有的形态和结构遭到破坏，而且常发生新的变形，成为具有多种结构和特性的新岩石。
3。
岩石类型围岩(boulder)是在进行巷道掘进和支护时所遇到的岩体。
这些岩体被称为围岩，其中主要是在巷道掘进中的围岩，其成因有三：即软弱夹层，原生节理面及破碎带。
原生节理，即构造节理，可能沿着矿脉或贯穿整个矿床。
此外，还有因断裂破坏而形成的断裂破碎带，如深大断裂或水平断裂。
变形围岩是由于应力集中产生的，多数情况下有位移，如区域应力场，地震波引起的振动荷载以及水与气候变化引起的压缩和膨胀。
4。
围岩特性本质上，围岩是地表下第四纪沉积物覆盖的地层(岩体)，它们经过了长期复杂的物理、化学和生物作用，改造了岩石的内部结构，即使在自然条件下的变形也比较缓慢，有的还具有天然节理和构造。
因此，当岩体一旦暴露在空气中，就会受到各种外力的作用，包括风化、水、温度、冰川以及地震、爆炸等等，这些外力都会破坏原来的构造和组成成分。
在这个过程中，岩石发生了强度损失和破坏。
实际上，即使在稳定的岩体中也存在围岩，但是它们对矿山建设和生产的影响比岩石要小得多。
岩石开采技术人员利用岩石开采机械设备进行岩石开采的工艺，称为岩石开采技术。
它包括以下步骤：①选择合适的钻孔机具；②配制开采用药剂并注入岩体；③采出岩石。
围岩(boulder)是指在地下进行井巷开挖工程中所遇到的岩体。
这些岩体主要是在井巷开挖中遇到的，在岩体开采过程中，若这些岩体不能被充分的揭露和破碎，则开挖后的巷道无法维持正常的工作，在某些情况下，甚至还需要局部的回填或加固。
因此，在岩体开采之前必须揭露这些岩体。
为了达到此目的，必须先研究并查明这些岩体的物理、力学和其他性质，以便确定最有效的凿岩方法和开采方式。
隧道支护结构体系及其协同作用
隧道支护结构体系及其协同作用摘要隧道支护体系由衬砌支护结构、锚杆支护结构和钢架支护结构组成。
有效控制隧道围岩变形，充分利用不同支护方法的特点，制定经济有效的支护方案，对确保隧道结构的安全运行具有重要意义。
根据隧道围岩结构的基本特征和支护功能，本文阐明了支护结构系统与围岩、不同支护结构和支护结构组成之间的协同关系，提出了隧道支护结构系统的协同优化设计方法。
关键词：隧道工程；支护结构体系；协同作用；支护结构设计1引言基于对围岩结构和荷载作用的认识，国内外许多学者阐述了支护结构的基本作用，形成了各种隧道设计理论和方法[[1]]。
隧道设计理论与工程实践脱节，超前支护、锚杆支护和初期支护的方案和参数主要由工程经验决定。
因此，研究围岩与支护结构的协同作用是十分必要和迫切的。
2支护结构的作用机理分析2.1隧道支护结构体系使围岩尽快形成新的稳定状态而不发生失稳和破坏，是隧道工程设计的基本问题，应采用超前支护、一次支护、二次衬砌等支护结构。
2.2衬砌支护根据关键块体理论，在自然条件下，根据空间结构面将围岩划分为不同的块体。
隧道开挖卸载后，部分块体首先失去自然平衡，导致围岩失稳甚至局部坍塌。
在此过程中，打破平衡的第一个区块是关键区块，而其他区块分为稳定区块、静态区块和潜在关键区块。
通过对隧道围岩稳定性的分析，确定关键块体的加固位置，控制隧道整个松弛区的位移[[2]]。
2.3锚杆支护经典的锚杆理论经历了三个发展阶段。
1）悬吊理论。
该理论认为，锚杆使隧道壁顶部松动的岩体挤压上部密实的围岩，阻止顶部松动的围岩脱落，从而防止隧道顶部出现离层现象。
2）组合梁理论。
与悬吊理论有相似之处，也认为隧道顶板的围岩是分层岩层，不同点在于，组合梁视隧道侧壁与顶部的交接点为支点，利用岩梁的支承作用承担其上部的岩层载荷。
组合梁内各岩层通过锚杆的联系保持协调变形，提高了抗弯能力，并且挠度也减小[[3]]。
3）加固拱理论。
这个理论认为锚杆对岩体有径向挤压的作用，待顶部岩层内应力稳定后，锚杆两侧会分别形成一个扇形的受压锚固区域，如果相邻锚杆的间距排布合理，单个锚杆的锚固区能相互叠加，松动区内形成厚度均匀的压缩带，改善岩层应力状态，有效控制位移。
围岩松动圈支护理论及在煤层巷道支护中的应用
松动圈客观存在 ， 围岩的碎胀变形远远大于围岩的弹塑 性变形 。 （） ２ 围岩松动 圈分类 方法 。围岩松 动圈 的值 主 要 是 围岩 强度 和围岩应 力 的 函数 ， 它是 一个 含义 丰富 的
隙发育而降低 、 随应力增大而加快的特性 ， 通过测试超 声波在巷道围岩一定深度范围内的传播速度 ， 根据波速 的变化 ， 就可以判定围岩的松动范围 。 ２ ２ 测 试方 法 ． 松动 圈测试 的主 要方 法 为 钻孔 法 。该 方 法分 单 孔 法 和双孔 法 。为 了保 证传 感器 与孔壁 的 良好 接触 ， 要 需 使 用一些 物 质作为 耦合剂 ， 钻孔 法通 常采用 水作 为耦 合 剂 。双孔 法 的测试 方法 是 ， 巷 道 内， 开采 工 作面 不 在 距 同距离 ， 选几个 有代 表性 的巷道 位置 ， 布置若 干组钻 孔 ， 每组 ２ 钻孔 ， 个 两孔 保 持平 行 ， 钻孔 的 深 度要 根据 所 测 地 区 的实 际情 况来 定 （ 深度 必须 大 于松动 圈）对 于巷道 ； 两帮的钻孔一般可 向下倾斜 ２～３， ０ 。以便于注水后使水 能够淹没传感器， 而顶板的钻孔要有注水及封水装置。 ３ 工程 应 用
２ １ 测试 原理 ．
上， 未做任何假设 ， 基于围岩 中存在 的松动破碎带 的客 观情况提 出的 ， 它避开 了地应 力 、 构 面性 质 、 结 围岩 强度 ？ ’定等复杂问题 ， 贝 ９ 但又真实反映出这些复杂因素对围岩 的影 响 ， 是符合地 下工 程客观 实 际的支护 理论 。
称小松 动 圈 ， 锚杆 将起 不 到 作用 ， 只需 进 行 喷 混凝 土支
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２０ 年第 ９ ０７ 期
西部探矿工程
护或裸 体 巷道 。② 中松 动 圈 。当 Ｉ ４ ～ １０ｍ 时 ， 一 Ｏ ５ｃ
北科大考研初试 《岩石力学》名词解释
38.围岩：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，称为围岩。
39.应力重分布：从原始地下应力场变化到新的平衡应力场的过程，称为应力重分布。
40.应力集中系数：
41.围岩-支护共同作用：当岩体内应力达到峰值前，支护已经到位，岩体的进一步变形破碎手支护阻挡，构成围岩与支护的共同体。
33.岩石的单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。
34.弹性：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力（卸载）后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质。
35.塑性：物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质。
36.岩石的变形记忆：对岩石每次卸载后再加载，在荷载超过上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升，好像不曾收到反复加载的影响似的，这种现象称为岩石的变形记忆。
28.岩石的容重：岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积）的重量称为岩石的容重， 。
29.岩石的比重：岩石固体部分的重量和4℃时同体积纯水重量的比值， 。
30.岩石的孔隙率：岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值， 。
31.岩石的吸水率：是指岩石在常温常压下吸入水的质量与其烘干质量的比值， 。
32.岩石的饱水率：岩石在强制状态下（高压或真空、煮沸），岩石吸入水的质量与岩样烘干质量的比值。
23.岩石的饱水系数：是指岩石吸水率与饱水率的比值，以百分率表示， 。
24.岩石的粘性：岩石受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质。
25.岩石的抗冻系数：岩样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度的比值，用百分率表示， 。
第六章 隧道支护结构
1、悬吊作用 在块状结构或裂隙岩体中， 使用锚杆可将松动的岩块固 定在稳定的岩体上，阻止松 动块体的滑移和塌落，或者 把由节理切割成的岩块连接 在一起，，锚杆本身受到松 动块体的拉力作用。这种作 用称为悬吊作用，如图6-2所示。
图6-2 悬吊作用
2．减跨作用
在隧道顶板岩层中插入锚杆，相当于在 顶板中增加了支点，使隧道跨度由L缩短 为L，从而使顶板的围岩应力减小，起到 维护围岩稳定的作用，如图6-3。
6.1.1 喷射混凝土的支护作用
喷射混凝土的支护作用主要有两个方面： 1、加固围岩，提高围岩的强度 隧道开挖后，立即喷射一定厚度的混凝土层，及时封闭围岩表面，由 于喷层与围岩密贴，故能有效地隔绝水和空气对岩体的侵蚀，防止围岩风 化脱落，对围岩的松胀变形起到一定的抑制作用，防止围岩强度的丧失。 同时，混凝土料在高压下可充填于张开的裂隙中，起到胶结加固作用，从 而可提高围岩的强度。 2、改善围岩的应力状态 含有速凝剂的混凝土搅拌料在喷射后数分钟即可凝固，在围岩表面形 成一层硬壳，及时向围岩提供径向支护力Pa，使围岩表面岩体由未支护时 的二向受力状态（在平面问题中为单向受力状态）转变为三向受力状态 （在平面问题中为双向受力状态），提高了围岩的强度和稳定性，如图6-1 所示。
（6-2）
在隧道洞壁上，，则有
σr = 0 σ θ = 2σ 0
喷射混凝土后，喷层对围岩提供支撑力Pa，按照围岩附加应力理论，围岩中距隧道 中心为r的任一点的径向应力σr和切向应力σθ又分别为： （6-3） a2 a2 σ r = σ 0 1 − 2 + pa 2 （6-4）
在洞壁上（
机械式内锚头锚杆（索） 端头锚固式
粘结式内锚头锚杆（索）
楔缝式锚杆 楔头式锚杆 胀壳式锚杆 水泥砂浆内锚头锚杆 快硬水泥卷内锚头锚杆 树脂内锚头锚杆