地下洞室围岩稳定性

《岩体力学》

ROCKMASSMECHANICS

岩、工系第9章地下洞室围岩稳定性分析§9.1概述§9.2围岩重分布应力计算§9.3围岩的变形与破坏§9.4围岩压力计算§9.5围岩抗力与极限承载力§9.1概述1、地下洞室(undergroundcavity)是指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。2、地下洞室的分类按用途分：矿山巷道（井）、交通隧道、水工隧道、地下厂房（仓库）、地下军事工程按洞壁受压情况分：有压洞室、无压洞室按断面形状分：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形按与水平面关系分：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井）按介质类型分：岩石洞室、土洞按应力情况分：单式洞室、群洞开挖完成后的结构图隧道锚杆弯矩与轴力分布曲线围岩应力重分布问题——重分布应力计算围岩变形与破坏问题——位移计算、破坏区确定围岩压力问题——围岩压力计算有压洞室围岩抗力问题——围岩抗力计算3、洞室围岩力学问题hV§9.2围岩重分布应力计算围岩应力计算：

①开挖前岩体天然应力状态的确定②开挖后围岩重分布应力的计算③支护衬砌后围岩应力状态的改善重分布应力：地下开挖扰动后在围岩中形成的新的应力。重分布应力与围岩性质、洞形、洞室受外力状态有关一、无压洞室围岩重分布应力计算1、弹性围岩重分布应力坚硬致密的块状岩体，围岩呈弹性变形。可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，其围岩重分布应力可根据弹性力学计算。如果洞室半径相对洞长很小，按平面应变问题考虑，概化为受均布压力的薄板中心小圆孔周边应力分布的计算问题。MxVHMxVMxH=+假定洞室开挖在天然应力比值系数为λ的岩体中，则问题可简化为右图所示的无重板岩体力学模型。σH=λσv（1）圆形洞室设无限大弹性薄板，在边界上受有沿x方向的外力p作用，薄板中有一半径为R0的小圆孔，按平面问题考虑，不计体力，M点的各应力分量,根据弹性理论为：边界条件：设应力函数φ解微分方程，得各常数柯西课题M点的应力分量由σv引起的重分布应力由σH产生的重分布应力σv和σH同时作用时圆形洞洞室围岩重分布应应力讨论：1）洞壁上的重分分布应力洞壁上的τrθ＝0，σr＝0，仅有σθ作用，为单向应力力状态σθ大小仅与天然应力力状态及计算点的的位置θ有关，而而与洞室尺寸R0无关。当θ=0、1800时，σθ=3σv–σh当θ=90、2700时，σθ=3σh–σv2）洞壁上的重分分布应力随λ变化化当λ＜1/3时，，洞顶底将出现拉应力；当1/3＜λ＜3时，洞壁的σθ全为压应力且应力力分布较均匀；当λ＞3时，两侧侧壁将出现拉应力，洞顶底则出现高高压应力集中。每种洞形的洞室都都有一个不出现拉应力的临界λ值，这对对不同天然应力场场中合理洞形的选选择很有意义。3）λ=1（σH=σv=σ0）时的围岩重分布应应力围岩内重分布应力力与θ角无关，仅仅与R0和σ0有关。由于τrθ=0，则σr，σθ均为主应力，且σθ恒为最大主应力，，σr恒为最小主应力。。当r＝R0(洞壁)时，σr=0，σθ=2σ0，可知洞壁上的应应力差最大，且处处于单向受力状态态，说明洞壁最易易发生破坏。4）σr、σθ随着离洞壁距离r的变化随着离洞壁距离r增大，σr逐渐增大，σθ逐渐减小，并都渐渐趋近于于天然应力σ0值。在理论上，σr，σθ要在r→∞处才达达到σ0值，但实际上σr，σθ趋近于σ0的速度很快。当r=6R0时，σr和σθ与σ0相差仅2.8%。。因此，一般认为为，地下洞室开挖挖引起的围岩分布布应力范围为6R0。在该范围以外，，不受开挖影响，，这一范围内的岩岩体就是常说的围岩，是有限元计算模模型的边界范围。。5）σr、σθ为主应力的条件由式（8—10））可知，当τrθ＝0时，σr、σθ为主应力，即：可得:当1)θ=0、90、180、27002)σh=σv3)r=R0时，σr、σθ为主应力（2）其他形状洞洞室应力集中系数地下洞室开挖后洞洞壁上一点的应力力与开挖前洞壁处处该点天然应力的的比值，称为应力集中系数。该系数反映了洞洞壁各点开挖前后后应力的变化情况况。α，β为应力集中中系数，其大小仅仅与点的位置有关关。圆形洞室特点：①椭圆形洞室长轴两端点应力集中最最大，易引起压碎破坏坏；而短轴两端易易出现拉应力集中，不利于围岩稳定定②各种形状洞室的角点或急拐拐弯处应力集中最大，如正方形或矩形形洞室角点等。③长方形短边中点应力集中大于长边边中点，而角点处应力集中最大，围岩最易失稳。。④当岩体中天然应力力σh和σv相差不大时，以圆圆形洞室围岩应力力分布最均匀，围岩稳定性最好。⑤当岩体中天然应力力σh和σv相差较大时，则应应尽量使洞室长轴平行于最大天然应力的作用方向。⑥在天然应力很大的的岩体中，洞室断断面应尽量采用曲线形，以避免角点上过过大的应力集中。。2塑性围岩重分分布应力地下开挖后，洞壁壁的应力集中最大,当它超过围岩屈屈服极限时，洞壁壁围岩就由弹性状状态转化为塑性状态，并在围岩中形成成一个塑性松动圈。随着距洞壁距离增增大，径向应力σσr由零逐渐增大大，应力状态由洞洞壁的单向应力状状态逐渐转化为双双向应力状态，围围岩也就由塑性状状态逐渐转化为弹性状态。围岩中出现塑性圈和弹性圈。塑性松动圈的出现，使圈内一一定范围内的应力力因释放而明显降降低，而最大应力集中由原来的的洞壁移至塑、弹弹圈交界处，使弹弹性区的应力明显显升高。弹性区以外则是应应力基本未产生变变化的天然应力区区(或称原岩应力力区)。弹塑性理论求解塑塑性圈内的围岩重重分布应力假设在均质、各向向同性、连续的岩岩体中开挖一半径径为R0的水平圆形洞室，，开挖后形成的塑塑性松动圈半径为为R1，岩体中的天然应应力为σh＝σv＝σ0，圈内岩体强度服服从莫尔直线强度度条件。塑性圈以以外围岩体仍处于于弹性状态。在塑性圈内取一微微小单元体abdc，bd上作用用有σr，ac上作用有σσr＋dσr。平衡方程塑性条件当r=R0时当r=R0，Pi=0时塑性圈内围岩重分分布应力与岩体天天然应力(σ0)无关，而取决于支支护力(pi)和岩体强度(Cm，φm)值。洞壁上塑性圈与弹性圈交交界面(r＝R1)该面上：弹性应应力=塑性应力塑、弹性圈交界面面上的重分布应力力取决于σ0和Cm、φm，而与pi无关。支护力不能改变交交界面上的应力大大小，只能控制塑塑性松动圈半径(R1)的大小。弹性圈内的应力用用（8—12）式求。二、有压洞室围岩岩重分布应力计算算由于洞室内壁上作作用有较高的内水压力，使围岩中的重分分布应力比较复杂杂。应力变化过程：1）围岩最初处于于开挖后引起的重重分布应力之中2）进行支护衬砌砌，使围岩重分布布应力得到改善3）洞室建成运行行后洞内壁作用有有内水压力，使围岩中产生一一个附加应力弹性厚壁筒理论在一内半径为a，，外半径为b的厚厚壁筒内壁上作用用有均布内水压力力pa，外壁作用有均匀匀压力pb。在内水压力作用下下，内壁向外均匀匀膨胀，其膨胀位位移随距离增大而而减小。附加应力力也是近洞壁大，，远离洞壁小。若使b→∞，pb＝σ0(天然应力)时，，则b2/(b2－a2)≈1，a2/(b2＋a2)＝0；a→R0,；Pa若有压洞室半径为为R0，内水压力为pa有压洞室围岩重分分布应力σr和σθ由开挖以后围岩重分布应力和内水压力引起的的附加应力两项组成。前项为为重分布应力；后后项为内水压力引引起的附加应力值值。内水压力使围岩产产生负的环向应力力，即拉应力。当当这个环向应力很很大时，则常使围围岩产生放射状裂隙。内水压力使围岩产产生附加应力的影影响范围大致也为为6倍洞半径。内水压力引起的附附加应力值§9.3围岩的变形与破坏坏地下开挖后自自由变形空间松胀变形等变形现象；如果这种变形超过过了围岩本身所能承受的能力，则围岩就要发生生破坏：坍塌、滑动或岩爆等现象。围岩变形破坏形式式取决于围岩应力力状态、岩体结构及洞室断面形状等等因素一、各类结构围岩岩的变形破坏特点点1、整体状和块状状岩体围岩岩体具有很高的力力学强度和抗变形形能力，主要结构构面是节理，很少少有断层，含有少少量的裂隙水。在力学属性上可视视为均质、各向同同性、连续的线弹弹性介质，应力应应变呈近似直线关关系。围岩具有很好的自自稳能力，其变形形破坏形式主要有有岩爆、脆性开裂及块体滑移等。这类围岩的整体变变形破坏可用弹性性理论分析，局部部块体滑移可用块块体极限平衡理论论来分析。岩爆是高地应力地区，，由于洞壁围岩中中应力高度集中，，使围岩产生突发发性变形破坏的现现象。脆性开裂出现在拉应力集中中部位坚硬块状岩体中的的块体滑移形式示示意图1.层面；2.断断裂；3.裂隙块体滑移是以结构面切割而而成的不稳定块体体滑出的形式出现现。其破坏规模与与形态受结构面的的分布、组合形式式及其与开挖面的的相对关系控制。。2、层状岩体围岩岩常呈软硬岩层相间间的互层形式。结构面以层理面为为主，并有层间错错动及泥化夹层等等软弱结构面发育育。变形破坏主要受岩岩层产状及岩层组组合等控制，破坏坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。变形破坏常可用弹弹性梁、弹性板或或材料力学中的压压杆平衡理论来分分析。在水平层状围岩中，洞顶岩层层可视为两端固定定的板梁，在顶板板压力下，将产生生下沉弯曲、开裂裂。在倾斜层状围岩中，常表现为为现为沿倾斜方向一一侧岩层弯曲塌落落。另一侧边墙岩岩块滑移等破坏形形式，形成不对称称的塌落拱。将出出现偏压现象。在直立层状围岩中，当天然应应力比值系数λ＜＜1/3时，洞顶顶发生沿层面纵向向拉裂，被拉断塌塌落。侧墙则因压压力平行于层面，，常发生纵向弯折折内鼓，进而危及及洞顶安全。3、碎裂状岩体围围岩碎裂岩体是指断层层、褶曲、岩脉穿穿插挤压和风化破破碎加次生夹泥的的岩体。变形破坏形式常表表现为塌方和滑动。用松散介质极限平平衡理论来分析。。在夹泥少、以岩块块刚性接触为主的的碎裂围岩中，不不易大规模塌方。。围岩中含泥量很高高时，由于岩块间间不是刚性接触，，易产生大规模塌塌方或塑性挤入4、散体状岩体围围岩散体状岩体是指强烈构造破碎、强烈风化的岩体。常表现为为弹塑性、塑性或或流变性。围岩结构均匀时，，以拱顶冒落为主。当围岩结构构不均匀或松动岩岩体仅构成局部围围岩时，常表现为为局部塌方、塑性挤入及滑动等变形破坏形式。。可用松散介质极限限平衡理论配合流流变理论来分析。。围岩的变形破坏是是渐进式逐次发展的。开挖-->应力调整-->变形、局部破坏-->再次调整-->再次变形-->较大范围破坏围岩的变形破坏过过程分析围岩变形破坏坏时，应抓住其变变形破坏的始发点和发生连锁反应的的关键点，预测变形破坏逐逐次发展及迁移的的规律。在围岩变形破坏的的早期就加以处理理，这样才能有效效地控制围岩变形形，确保围岩的稳稳定性。二、围岩位移计算算1、弹性位移计算算围岩处于弹性状态态,位移可用弹性性理论进行计算。。分两种情况:(1)由重分布应应力引起(2)由重分布应应力与天然应力之之差引起(1)由重分布应应力引起平面应变条件下洞洞壁围岩弹性位移移据弹性理论，平面面应变与位移间的的关系为：平面应变与应力的的物理方程洞壁的弹性位移平面应变条件下的的围岩位移(8-30)当天然应力为静水水压力状态(σh＝σv＝σ0)时洞壁的弹性位位移在σh＝σv＝σ0的天然应力状态中中，洞壁仅产生径径向位移，而无环环向位移。(2)由重分布应应力与天然应力之之差引起天然应力引起的位位移在洞室开挖前前就已经完成了，，开挖后洞壁的位位移仅是由于开挖挖卸荷(开挖后重分布应力力与天然应力的应应力差)引起的。假设岩体中天然应应力为σh＝σv＝σ0，则开挖前洞洞壁围岩中中一点的应应力为σr1＝σθ1＝σ0，而开挖后洞洞壁上的重重分布应力力为σr2＝0，σθ2＝2σ0。因开挖卸荷荷引起的应应力差为是否考虑天天然应力对对位移的影影响，计算算出的洞壁壁位移是不不同的。若开挖后有有支护力pi作用，则其其洞壁的径径向位移为为洞壁围岩的的径向位移移为2、塑性位位移计算洞壁围岩的的塑性位移移采用弹塑性理论论来分析。基本思路是先求出弹弹、塑性圈圈交界面上上的径向位位移，然后后根据塑性性圈体积不不变的条件件求洞壁的的径向位移移。假定洞壁围围岩位移是是由开挖卸卸荷引起的的，且岩体体中的天然然应力为σσh＝σv＝σ0。由于开挖挖卸荷形成成塑性圈后后，弹、塑塑性圈交界界面上的径径向应力增增量(Δσσr)r＝R1和环向应力力增量(ΔΔσθ)r＝R1为：弹、塑性圈圈交界面上上的径向应变εR1为弹、塑性圈圈交界面的的径向位移uR1塑性圈作用用于弹性圈圈的径向应应力(8-37)塑性圈变形形前后体积不变略去高阶微微量后，可可得洞壁的的径向位移移R1为塑性圈半半径；R0为洞室半径径；σ0为岩体天然然应力；Cm，φm为岩体内聚聚力和内摩摩擦角(8-39)三、围岩破破坏区范围围的确定方方法对于整体状、块块状岩体可用弹性力力学或弹塑塑性力学方方法确定其其围岩破坏坏区厚度。。松散岩体常用松散介介质极限平平衡理论方方法来确定定。1、弹性力力学方法确定：破坏范围破坏圈厚度度当岩体天然然应力比值值系数λ＜＜1/3时时，洞顶顶、底将出出现拉应力力。若拉应应力大于围围岩的抗拉拉强度σt，则围岩就就要发生破破坏。在λ＞1/3的天然然应力场中中，洞壁围围岩均为压压应力集中中，当大于于围岩的抗抗压强度σσc时，洞壁围围岩就要破破坏。破坏范围破坏圈厚度度当r>R0时，在θ＝＝0，π/2，π，，3π/2四个方向向上，τrθ=0，σr和σθ为主应力。。围岩的强强度为2、弹塑性性力学方法法在裂隙岩体体中开挖地地下洞室时时，将在围围岩中出现现一个塑性性松动圈。。围岩的破破坏圈厚度度为R1－R0关键是确定定塑性松动圈半径R1设岩体中的的天然应力为σh＝σv＝σ0由σ0引起的应力力由σR1引起的附加加应力弹性圈内的的应力等于于σ0引起的应力力，叠加上上塑性圈作作用于弹性性圈的径向向应力σR1引起的附加加应力之和和弹性圈内的的重分布应应力为弹、塑性圈圈交界面上上的弹性应应力为：交界面上的的塑性应力力：界面上弹性性应力与塑塑性应力相相等联立以上方方程，相加加消除σR1解出R1为：地下洞室开开挖后，围围岩塑性圈圈半径R1随天然应应力σ0增加而增大大，随支护护力pi、岩体强度度Cm增加而减小小。修正芬纳-塔罗勃公公式卡斯特纳(Kastner)公式§9.4围岩压力计计算一、基本概概念地下洞室围围岩在重分分布应力作作用下产生生过量的塑塑性变形或或松动破坏坏，进而引引起施加于于支护衬砌砌上的压力力，称为围岩压力(peripheralrockpressure)。围岩压力是是围岩与支支衬间的相相互作用力力，它与围围岩应力不不是同一个个概念。围围岩应力是是岩体中的的内力，而而围岩压力力则是针对对支衬结构构来说的，，是作用于于支护衬砌砌上的外力力。按围岩压力力的形成机机理，可将将其划分为为形变围岩压压力、松动围岩压压力和冲击围岩压压力。1、形变围围岩压力形变围岩压压力是由于于围岩塑性性变形如塑塑性挤入、、膨胀内鼓鼓、弯折内内鼓等形成成的挤压力力。产生形变围围岩压力的的条件：①岩体较软软弱或破碎碎，这时围围岩应力很很容易超过过岩体的屈屈服极限而而产生较大大的塑性变变形；②深埋洞室室，由于围围岩受压力力过大易引引起塑性流流动变形。。一种特殊的形变围岩压压力膨胀围岩压压力：膨胀胀围岩由于于矿物吸水水膨胀产生生的对支衬衬结构的挤挤压力。形成的基本本条件：一是岩体中中要有膨胀胀性粘土矿矿物(如蒙蒙脱石等)；二是要有地地下水的作作用。2、松动围围岩压力松动围岩压压力是由于于围岩拉裂裂塌落、块块体滑移及及重力坍塌塌等破坏引引起的压力力，这是一一种有限范范围内脱落落岩体重力力施加于支支护衬砌上上的压力。。大小取决于于围岩性质质、结构面面交切组合合关系及地地下水活动动和支护时时间等因素素。松动围岩压压力可采用用松散体极极限平衡或或块体极限限平衡理论论进行分析析计算。3、冲击围围岩压力冲击围岩压压力是由岩岩爆形成的的一种特殊殊围岩压力力。它是强强度较高且且较完整的的弹脆性岩岩体过度受受力后突然然发生岩石石弹射变形形所引起的的围岩压力力现象。冲击围岩压压力的大小小与天然应应力状态、、围岩力学学属性等密密切相关，，并受到洞洞室埋深、、施工方法法及洞形等等因素的影影响。冲击围岩压压力的大小小，目前无无法进行准准确计算，，只能对冲冲击围岩压压力的产生生条件及其其产生可能能性进行定定性的评价价预测。二、围岩压压力计算1、形变围岩压压力计算支衬结构对围岩岩的支护力pi就是作用于支衬衬上的形变围岩岩压力Ⅰ+Ⅱ当R1愈大时，维持极极限平衡所需的的pi愈小。因此，在在围岩不至失稳稳的情况下，适适当扩大塑性区区，可以减小围围岩压力。不仅处于弹性变变形阶段的围岩岩有自承能力，，处于塑性变形形阶段的围岩也也具有自承能力力。塑性围岩的这种种自承能力是有有限的，当pi降到某一低值pimin时，塑性圈就要要塌落，这时围围岩压力可能反反而增大。当φm一定时，pi取决于天然应力力σ0和岩体Cm，而Cm的存在将减小维维持围岩稳定所所需的支护力pi值。围岩压力pi随洞壁位移uR0增大而减小，说说明适当的变形形有利于降低围围岩压力，减小小衬砌厚度。因因此在实际工作作中常采用柔性性支衬结构。随uR0增大pi逐渐降低，到B点，pi达到最低值。之后，pi又随uR0增大而增大。因此，支护衬砌砌必须在AB之间进行行，越接近A点，pi越大，越近B点，pi越小。如果支护衬砌是是在B点以后，，则围岩就要产产生松动塌落，，这时作用于支支护衬砌上的围围岩压力反而会会增大，其值等等于松动圈塌落落岩体的自重。。当松动圈塌落落时，最大松动动围岩压力pi可用下式计算式中：ρ，Cm为岩体密度和内内聚力；k1，k2为松动压力系数数，用下式确定定。2、松动围岩压压力松动围岩压力是是指松动塌落岩岩体重量所引起起的作用在支护护衬砌上的压力力。围岩过度变形超超过了它的抗变变形能力，就会会引起塌落等松松动破坏，这时时作用于支护衬衬砌上的围岩压压力就等于塌落落岩体的自重或或分量。计算松动围岩压压力的方法主要要有：平衡拱理论、太沙基理论及块体极限平衡理理论。1.平衡拱理论论（又称普氏理论））该理论认为：洞室开挖以后，，如不及时支护护，洞顶岩体将将不断跨落而形形成一个拱形，，又称塌落拱。。最初这个拱形是是不稳定的，如如果洞侧壁稳定定，则拱高随塌塌落不断增高；；反之，如侧壁壁也不稳定，则则拱跨和拱高同同时增大。当洞的埋深较大大时，塌落拱不不会无限发展，，最终将在围岩岩中形成一个自自然平衡拱。这时，作用于支支护衬砌上的围围岩压力就是平平衡拱与衬砌间间破碎岩体的重重量，与拱外岩岩体无关。利用该理论计算算围岩压力时，，首先要找出平平衡拱的形状和和拱高。曲线LOM为平衡拱，对称称于y轴。在半半跨LO段内任任取一点A，取取OA考察它的的受力与平衡条条件。OA段受力状态态：半跨OM段段对OA的水平平作用力Rx，，Rx对A点的的力矩为RxY；铅直天然应力力σv在OA上上的作用力σvX，它对A点点的力矩为σvX2/2；LA段对OA段的反力W，，它对A点的力矩为零。拱的曲线方程设平衡拱的拱高高为h，半跨为为b考虑半拱LO的的平衡，如图所所示，L0除受受力Rx、σv作用外，在拱脚脚L点还有反力力T和N。洞侧壁稳定时：：洞顶的松动围岩岩压力即为L0M以下岩体的重重量f为岩体的普氏氏系数(或称坚坚固性系数)代入前式得：如果洞室、侧壁壁都不稳定，则：洞的半跨将由b扩大至b1，侧壁岩体将沿沿LE和MF滑滑动，滑面与垂垂直洞壁的夹角角为α＝45°－φφm/2。洞顶的松动围岩岩压力p1为AA′B′B块体的重量侧壁围岩压力为滑移块体A′′EL或B′MF的自重在水水平方向上的投投影。也可按土土压力理论计算算侧壁围岩压力平衡拱理论只适适用散体结构岩岩体。洞室上覆岩体需需有一定的厚度度(埋深H＞5b1)，才能形成平平衡拱。2.太沙基理论论受节理裂隙切割割的岩体视为一一种具有一定内内聚力的散粒体体。假定跨度为2b的矩形洞室，，开挖在深度为为H的岩体中。。开挖以后侧壁壁稳定，顶拱不不稳定，并可能能沿面AA′和和BB′发生滑滑移。滑移面的剪切强强度τ为：岩体的天然应力力状态为：取厚度为dz的的薄层分析薄层的自重dG＝2bρgdz，极限平衡条件当z＝0时，σσv＝0。当z＝H时，σσv即为作用于洞顶顶单位面积上的的围岩压力，用用q表示为：若开挖后，侧壁亦不稳定时，则侧壁围岩岩将沿与洞壁夹夹45°－φm/2角的面滑滑移将柱体A′ABB′的自重扣扣除A′A，B′B面上的摩摩擦阻力，可求求得作用于洞顶顶单位面积上的的围岩压力q适用于散体结构构岩体中开挖的的浅埋洞室。3、块体极限平平衡理论地下洞室开挖后后，围岩中的某某些块体在自重重作用下向洞内内滑移。作用在在支护衬砌上的的压力就是这些些滑体的重量或或其分量。从地质构造分析析着手，找出结结构面的组合形形式及其与洞轴轴线的关系。确定围岩中可能能不稳定楔形体体(或分离体)的位置和形状状。对不稳定体塌落落或滑移的运动动学特征进行分分析，确定其滑滑动方向、可能能滑动面的位置置、产状和力学学强度参数。对楔形体进行稳稳定性计算。如果楔形体处于于稳定状态，其其围岩压力为零零；如果不稳定定，就要具体地地计算其围岩压压力。步骤(1)洞顶围岩岩压力作用在楔形体的的力：①围岩重分布应应力；②结构面剪切强强度产生的抗滑滑力；③楔形体的自重重G1。如果楔形体不稳稳定，则作用于于洞顶支衬上的的围岩压力pv就是该楔形体的的自重。(2)侧壁围岩岩压力侧壁不稳定楔形形体DEFH所所形成的侧壁围围岩压力ph等于楔形体的重重量在滑动方向向上的分力减去去滑动面的摩阻阻力后，在水平平方向上的分力力。楔形体的稳稳定条件为：若楔形体不稳稳定，则该楔楔形体产生的的侧向围岩压压力ph为：3、岩爆(rockburst)岩爆地下开挖周边岩体中应应力高度集中中，积聚于较较高的弹性应应变能当围岩中应力力超过岩体容容许极限状态态高天然应力弹弹脆性岩体（1）岩爆的的产生条件1)围岩应力力条件判断岩爆发生生的应力条件件有两种方法法：一是用洞壁的的最大环向应应力σθ与围岩单轴抗抗压强度σc之比值作为岩岩爆产生的应应力条件；一是用天然应应力中的最大大主应力σ1与岩块单轴抗抗压强度σc之比进行判断断。1)围岩应力力条件根据我国已产产生岩爆的地地下洞室资料料统计，得出出σ1／σc大大于0.165～0.35的脆性岩岩体最易发生生岩爆。2)岩性条件件用弹性变形能能系数ω与应应变能消耗比比来判断来判判断岩爆的岩岩性条件。ω是指加载到到0.7σc后再卸载至0.05σc时，卸载释放放的弹性变形形能与加载吸吸收的变形能能之比的百分分数。当ω＞70％％时，会产生生岩爆，ω越越大发生岩爆爆的可能性越越大。应变能消耗比比：岩石单向压缩缩时，达到强强度极限前积积累于岩石内内的应变能与与强度极限后后消耗于岩石石破坏的应变变能之比。式中：FOAB为图8-28中曲线线OAB包围围的面积；FBAC为图图中曲线BAC包围的面面积。n＜1时，不不会发生岩爆爆；n＞1时，在在高应力条件件下可能发生生岩爆。（2）影响响岩爆的因素素1)地质构造造实践表明，岩岩爆大都发生生在褶皱构造造中。岩爆与断层、、节理构造也也有密切的关关系。调查表表明，当掌子子面与断裂或或节理走向平平行时，将触触发岩爆。岩体中节理密密度和张开度度对岩爆也有有明显的影响响。据南非金金矿观测表明明，节理间距距小于40cm，且张开开的岩体中，，一般不发生生岩爆。掌子子面岩体中有有大量岩脉穿穿插时，也将将发生岩爆。。2)洞室埋深深随着洞室埋深深增加，岩爆爆次数增多，，强度也增大大。发生岩爆爆的临界深度度H可按下式式估算：（3）岩爆形形成机理和围围岩破坏区分分带岩爆的孕育、、发生和发展展过程，分为为三个阶段。。1)劈裂成板板阶段（岩爆爆孕育）垂直洞壁方向向受张应力作作用而产生平平行于最大环环向应力的板板状劈裂。仅在洞壁表部部，部分板裂裂岩体脱离母岩岩而剥落，而而无岩块弹射出出现。2)剪切成块块阶段(岩爆爆的酝酿)劈裂岩板向洞洞内弯曲，发发生张剪复合破坏坏。处于爆裂弹射射的临界状态态。3)块、片弹弹射阶段劈裂、剪断岩岩板，产生响响声和震动。岩块发生弹射射，岩爆形成成。上述岩爆三个个阶段构成的的渐进性破坏坏过程都是很很短促的。各各阶段在演化化的时序和发发展的空间部部位，都是由由洞壁向围岩岩深部依次重重复更迭发生生的。因此，，岩爆引起的的围岩破坏区区可以分弹射带、劈裂裂-剪切带和劈裂带等三带。综上所述，岩岩爆是地下工工程中与地壳壳岩体内动力力作用有关的的地质灾害，它不仅与岩岩体天然应力状态密切相关关，而且与岩体的力学属属性有关。岩爆的的发生还受到到地质构造、洞室埋深、形状、施工方法及爆破震动等因素的影响响。并可根据据岩爆显现的的各种物理力力学现象对岩岩爆进行预测测预报，采取取相应的消除除和控制措施施，以减少其其灾害损失。。§9.5围岩抗力与极极限承载力洞室由于存在在很高的内水水压力作用，，迫使衬砌向向围岩方向变形，围岩被迫后后退时，将产产生一个反力来阻止衬砌的的变形。围岩对衬砌的的反力称为围岩抗力，或称弹性抗力。围岩抗力愈大大，愈有利于于衬砌的稳定定。围岩抗力力承担了一部部分内水压力力，从而减小小了衬砌所承承受的内水压压力，起到了了保护衬砌的作作用。充分利用围岩抗力，可以大大地地减薄衬砌的厚度度，降低工程造造价。围岩极限承载载力是表征围岩承担内水压力力能力的指标。它主主要与围岩的的强度性质及及天然应力状状态有关。一、围岩抗力力系数及其确确定围岩抗力系数数是表征围岩抵抵抗衬砌向围围岩方向变形形能力的指标标，定义为使洞壁围岩产产生一个单位位径向变形所所需要的内水水压力。Pa为洞壁受到的的内水压力；；y为洞壁围岩岩向外产生的的径向位移。。(MPa／cm)围岩抗力系数数（K）愈大大