地铁隧道围岩稳定性影响因素的分析

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材料类似，岩块变形也有弹性变形、塑形变形和流变变形之分，但是由于岩块的繁杂性，从而岩块变形性质也比普遍材料要繁杂得多。

3.1.1单轴压缩条件下岩块变形性质

1）连续加载下的变形性质

（1）在单轴连续加载条件下，对岩块试件举行试验时，可获得各级载荷下的轴应变εL和横向应变εd，且其体积应变εv为：

εv=εL+εd

可将岩块变形过程划分成以下阶段：

①孔隙裂隙压密阶段（图1，OA段）在该阶段，试件中布局面或微裂隙随着载荷的增加而逐步闭合，岩石被压密，逐步形成早期的非线性变形。这个阶段对裂隙性岩石来说对比明显，而对少裂隙的坚硬岩石那么不明显或者不显现。

②弹性变形至微破碎稳定进展阶段（图1，AC）这一阶段的曲线近似呈直线关系，而曲线开头（AB段）根本为直线，随着应力的增加而逐步变为曲线（BC段）。弹性变形阶段（AB段）不仅应变与应力成正比例关系，而且根本表现为可恢复的弹性变形，微破碎稳定进展阶段（BC段）的变形主要是塑性变形，试件内开头逐步展现新的微破碎，并随应力的增加，微破碎逐步进展。随着微破碎的展现，试件体积压缩速率逐步减缓，曲线偏离原来直线而向纵轴方向弯曲。

③非稳定破碎进展阶段（图1，CD段）进入这一阶段后，应力集中效应逐步显著，即使应力保持不变，破碎现象仍会不断地进展，并在其中一些薄弱部位首先发生破坏，应力重分布，其他部位也逐步破坏，直至试件完全破坏。试件由体积压缩转变为扩容。

④破坏后阶段（图1，D点以后阶段）岩块展现宏观断裂面，岩块变形主要表现为沿着这个断裂面举行滑移，试件的承载才能随着变形的增大而急速下降，但是并没有降到零，即破碎的岩石依旧有少片面的承载才能。

（2）峰值前岩块的变形特性

根据米勒曾经对28种岩石的试验成果，将岩块峰值前的应力-轴向应变曲线分为以下6类：

类型Ⅰ：变形特性近似为直线，直到突然发生破坏，更加是坚硬、极坚硬的岩石轻易展现这类变形特性。类型Ⅱ：初始为直线段，至末端那么展现屈服段（即曲线段），更加是较坚硬且少裂隙的岩石轻易展现这类变形特性。类型Ⅲ：初始为上凹曲线，然后逐步变为直线，直到突然发生破坏，更加是坚硬而有裂隙发育的岩石轻易展现这类变形特性。类型IV：中间片面很陡的“S”形曲线，更加是某些坚硬变质岩轻易展现这类变形特性。类型V：中间片面较缓的“S”形曲线，更加是某些压缩性较高的岩石轻易展现这类变形特性。类型VI：初始为一向线段，然后就展现不断增长的塑形变形和蠕变变形，更加是某些蒸发岩和极软岩轻易展现这类变形特性。

2）循环载荷条件下的变形性质

当在同一荷载下对岩块举行加载和卸载时，假设卸载点P的应力小于岩石的弹性极限A，那么卸载曲线将沿加载曲线回到启程点，即弹性恢复（图3）；假设卸载点P的应力大于岩石的弹性极限A，那么卸载曲线将偏离原来的加载曲线，也不再回到启程点，变形除了弹性变形外，还展现了塑性变形（图4）。

在反复加载和卸载的条件下，举行变形试验，得到如图5所示的应力-应变曲线。由图可以得到以下结论：①逐级一次循环加载条件下，其应力-应变曲线的外包线与连续加载条件下的曲线根本一致[图5（a）]，说明加载和卸载过程没有变更岩块变形的根本特性，这种现象也称为岩石记忆；②每次加载和卸载曲线都不重合，并且围成一个环形，称为回滞环；③当应力在弹性极限以上某一个较大值下举行反复加载和卸载时，由图5（b）可见，曲线随着反复的加载和卸载次数的逐步增加而逐步变陡，回滞环的面积逐步变小，剩余变形逐步增加，岩块的总变形等于各次循环产生的剩余变形之和。

3.1.2三轴压缩条件下岩块变形性质

以往的试验研究说明：在有围压作用的条件下，岩石的变形性质与单轴压缩时有较大的区别。图6和图7为大理岩和花岗岩在不同围压大小条件下的曲线。由图可知：首先，破坏前随着围压的增大，岩块的应变也逐步增大；其次，随着围压的增大，岩块的塑性也逐步增大，并且由脆性逐步转化成延性。如图6所示的大理岩，在围压为零或较低的处境下，岩石呈现脆性状态；当围压增大至50MPa时，岩石表现出由脆性向延性转化的过渡状态；围压增大至68.5MPa时，表现出延性滚动状态；当围压增大到165MPa时，试件承受力随着围压的增大，展现应变硬化现象。这说明围压对岩石力学性质起着关键的作用，通常把岩石由脆性转化为延性的临界围压称为转化压力。图7所示的花岗岩也有近似的特性。

3.2岩块的强度性质

3.2.1单轴抗压强度

1）单轴抗压强度确实定

在单向压缩的处境下，岩块所能够承受的最大压应力即单轴抗压强度，也可以称为抗压强度。抗压强度的测试方法对比简朴，并且与剪切强度和抗拉强度之间存在着确定的比例关系，因此可以借助抗压强度大致估算出其他强度参数。

使用标准试件在单轴压力机上施加轴向载荷，直到试件破坏所获取的强度即为岩块的抗压强度。例如设试件已经被破坏，那么岩块的单轴抗压强度为：

式中，σc为单轴抗压强度，MPa；pc为荷载，N；A为横截面面积，mm2。

2）单轴抗压强度的影响因素

（1）加工精度和试件的几何外形；

（2）加载速率；

（3）端面条件；

（4）湿度和温度；

（5）层理布局。

试验研究显示，岩块的三轴压缩强度的影响因素有围压、空隙压力、岩块本身的性质、温度、湿度、试件的外形大小等。更加是矿物的成分、布局、微布局面发育处境及其相对于最大主应力的方向和围压的影响尤为显著。

3.3岩体的布局特征

岩体的布局特征可以采用岩体的破碎或者岩体的完整性来表示，在确定程度上它反映出了岩体受到地质构造作用的程度。在近代围岩分类标准中，已经把岩体的破碎程度或者岩体的完整性作为分类的根本指标之一。破碎程度在某种程度上面反映出了岩土体在地质构造运动过程中受到的破坏作用的程度，岩土体越破碎那么隧道越不稳定，越轻易发生垮塌等现象。

3.4布局面性质和空间的组合

对于地下洞室来说，围岩中仅仅存在单一的布局面，一般不会影响地下洞室的稳定性。只有当地下洞室轴线与布局面之间的关系不利时，或者展现大于等于两组的布局面时，才可能展现坠落的分开岩体。因此，在围岩分类中，可以用如下的5个方面来研究布局面对地下洞室稳定性影响的大小：

（1）布局面的成因及其进展史；

（2）布局面的平整、光滑程度；

（3）布局面的密度及组数；

（4）布局面的规模及方向；

（5）布局面的充填物质处境。

3.5初始应力状态

自重应力和构造应力构成了岩体的初始应力状态。初始应力往往会影响洞室开挖之后的稳定性。地下工程的岩体失稳主要是开挖过程中引起应力重分布超过围岩自身的强度或者引起围岩的变形过大，而应力重分布是否达成限定值与初始应力场的方向和量值有关。地下洞室轴线的选择通常与水平最大主应力方向平行用来改善地下洞室周边的应力状态，从而提高围岩的稳定性。

3.6地下水

地下水对地下洞室围岩稳定性的不利作用主要表达在以下4个方面：

（1）渗压梯度；

（2）润滑作用；

（3）软化作用；

（4）泥化作用。

3.7特殊地质条件

当地下工程穿越特殊地质条件时，围岩稳定性的维护就更加困难，此时的岩层松散破碎，邻近地带的岩层节理裂隙对比发育，地下水处境往往也对比繁杂，再加上地应力对比大，就会展现猛烈的地压现象。强挤压的断层破碎带、精细褶皱带和较宽的张性断裂带以及几条断层交会的地带，是工程中常见的不良地质地段。

3.8工程施工影响

施工因素主要是指隧道的规模、施工方法、方位、支护形式、施工方法及其他工程活动的影响等等。一般的支护方法有注浆法、超前支护、锚喷支护、锚喷网联合支护等等，选择正确的支护方法和支护参数对于隧道围岩的稳定有着关键性的作用。

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