地下洞室围岩稳定性的工程地质

地下洞室围岩稳定性的工程地质分析1.基本概念及研究意义为各种目的修建征地层之内的中空通道或中空洞宣统称为地下洞室，包括矿山坑道、铁路隧道、水工隧洞、地下发电站厂房、地下铁道及地下停车场、地下储油库、地下弹道导弹发射井、以及地下飞机库等。虽然它们规模不等，但都有一个共同的特点，就是都要在岩体内开挖出具有一定横断面积和尺寸、并有较大廷伸长度的洞子。所以周围岩层的稳定性就决定着地下建筑的安全和正常使用条件。地下洞室开挖之前，岩体处于一定的应力平衡状态，开挖使洞室周围岩体发生卸荷回弹和应力重新分布。如果围岩足够强固，不会因卸荷回弹和应力状态的变化而发生显著的变形和破坏，那么，开挖出的地下洞室就不需要采取任何加固措施而能保持稳定。但是，有时或因洞室周围岩体应力状态的变化大，或因岩体强度低，以致围岩适应不了回弹应力和重分布应力的作用而丧失其稳定性。此时，如果不加固或加固而末保证质量，都会引起破坏事故，对地下建筑的施工和运营造成危害。1.2地下开挖后围岩应力的重分布1.2.1围岩应力重分布的一般特点如前所述，任何岩体在天然条件下均处于一定初始应力状态，岩体内任何一点的初始应力状态(常称为原岩应力)通常可以垂直正应力(通常为主应力)通常以垂直正应力和水平正应力来表示：σv=σv0+γhσh=Nσv式中：σv0值可以是零，也可以是常数由上式可知，岩体内的初始应力随深度而变化，因而对于具有一定尺寸的地下洞室来说，其垂直剖面上各点的原岩应力大小是不等的，即地下洞室在岩体内将是处在一种非均匀的初始应力场中。但是按照森维南原理，由开挖洞室引起的应力状态的重大变化局限在洞周一定范围之内。通常此范围等于地下洞室横剖面中最大尺寸的3—5倍[如图1一2(a)]，习惯上将此范围内的岩体称为“围岩”。如果此范围不超出地表，为简化图岩应力的计算，就可没有严重误差地假定，在洞室的整个影响带内岩体的初始应力状态与洞中心处是一样的，这样，就可按图1一2(b)所示的均匀应力场来处理围岩应力的计算。实际上，岩石力学中围岩应力的近似计算都是根据这种假定进行的。围岩应力重分布的主要特征是：径向应力随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁处变为零。切向应力在一些部位愈接近自由表面切向应力愈大，并于洞壁达最高值，即产生所谓压应力集中(如图1一3中的X轴方位)，在另一些部分，愈接近自由表面切向应力愈低，有时甚至于洞壁附近出现够应力，即产生所谓拉应力集中(如图1一3中z轴方位)。这样，地下洞宝的开挖就将于围岩内引起强烈的主应力分异现象，使围岩内的应力差愈接近自由表面愈增大，至洞室周边达最大值。1.2．2圆一椭圆形洞室周边压力集中的一般规律对于圆形一椭圆形洞室，周边上可能的最大拉应力集中和最大压应力集中分别发生于岩体内初始最大主应力轴和最小主应力轴与周边垂直相交的A、B两点，而两点之间的应力则介于上述两个极值之间，呈逐渐过渡状态(如图1一4、1一5)。可见这两点是判定围岩是否稳定的关键部位只要了解这两点的应力情况，就能掌握这类洞室周边应力集中的一般规律。根据弹性理论，圆—椭圆形地下洞室周边A、B两点的切向应力可根据下式求得：σθ＝σv(α+βN）(1—1)拿式中稠：书结(嚷α家+恶β尸N说）称为应台力集中系栏数持（家=腔滴σ扫θ教/迫姜σ杏v索东）。雷极A三点和胜B料点号的禁α孤和爆β帆值列于下天表凶(凝表渠1赵—塞1状)纹，符号见切图仿1纯一绕4山。朋图链1-6多洞室周边颠应力集中旺系数烧1.2.类2.1混偷拉应力产丛生的条件筐从酒图扯1赤一陵6莫中可以看甚出，讲瞒(菜1搅)拿当货N宗＝贵1夺，任何轴求比校(酬b叛／古a虽)梦的洞室，扮周边上均愿不产生拉宴应力，弱(2不)梢当复N永＝搜0妨时，周边晴上最大拉元应力总是你产生在最燃大主应力销轴与洞室番周边垂直角相交司的坐A桐点，且其幕应力集中喘系数与洞慢形无关，烛轴粱比盟(负b己／叶a隔)温为任何值线时烤，远拥σ载h捐θ剂／荡σ霸v衔鹅均等于愈一逃1勤，旦(3裳)洒当好0说¹N掀¹僵1国时，特定优洞形有特推定的产生盖拉应力的校临庸界闭N砌值。同时乏，拉应力饮仍产生在淋最大主应总力轴与洞坟周垂直相印交的部位湿．亦即恰当阅N救克＜隙l蚁时，最大疤拉应力出慰现轧在逆A席点，徐且趟N刺值愈低于琴临界值，惊所产生的扫拉应力将卖愈大；凑当轨N横失＞素1进时．最大没拉应力产叶生度在隆B祝点，炸且真N分值愈高于钥临界值，五该处所产住生的拉应初力将愈大橡。否1.2.挽2.2故为最大压应泥力集中的榆规律欺图白1画一辅6稍表明，帖当疑b锐／门a货＝古N闻时，周边龙上不产生款拉应力，书且各点的役压应力集呼中系数均嘴相等，为青该特斤定答N悉值条件下舟，不同轴雾比洞室周茧边上所可纽能产生的仇最大压应匠力集中系傍数中的最轧小值，故桑稳定条件鞋最好，承当智b聋／怀a冒＞鹅N材时，最大谋压应力集倚中产生加于俩B捷点，且其仿应力集中将系数随两自者差值的程增大而增狗大。硬当丹b微／琴a遣符＜星N金时，最大筒压应力集狡中产生仅于矛A垦点，且两裳者的差值狮愈大，其引应力集中杏系数愈高气。荐不同条件估下洞室周项边上最大损压应力集译中系数，搜可据弯式证(示1瑞一堤1秀)额或赠图扰1答一茫6嫁求得。局1.2.罪3滚其它形状康洞室周边辣应力集中花的一般规进律鬼1.2.理2.1纤勺方形一矩劝形洞室驴图触1煮一显7舍及刻图乡I乎o译一病8巨表明，方调形一矩形哲洞室周边殊上最大压拳应力集中侄均产生于凳角点上，浸而且这些犁角点上的克最大压应牧力集中系筒数随洞室刻宽高直比纪(柿B令／省H尊的不同而训变化，在家不同的应誉力场括中投(污N认值不同戴时侄)刑，大体上询都是方形该或近似于凡方形的洞吓室上的最暖大压应力嫌集中系数寄为最低，松随着宽高削比的增大缘或减小，珠洞室角点长上的最大廊压皮力集训中系数则扶线性或近底似干线性侮地增大。鞋不同条件敢下方形一隙矩形洞室俗角点上的奥最大压应城力集中系头数值，可挺根狠据漂1-肃7截图未1便一滴8壁及狐表番1挎一替3奉的资料概轮略确定。付这类洞室文周边上最镇大拉应力摔集中仍产嘉生于初始端最大主应费力与周边危垂直相交窗的赖A压点，不同吧条件下这险类洞室周蝇边上的最畅大拉内力狭集中系数呈可据蓄表期1柱一壳2耀的资料概链路确定。识从表列资贫料中可以骑看出，这俘类洞室周唇边上拉应嫌力产生的鞋条件，与灭圆一椭圆炼形洞室十惧分相似。诱1.2.跟3.2依彼长圆廊形敲(龙圆拱直墙红式越)冰洞室疲根据光弹夕试验的资真料，狮图厘1军一鬼9食所示断面绘上各特征馆点的切向归应力仍可梢按巷式商1鹅一天1鄙求得。图揉中各特征羞点的应力套集中系数沸中牺α艰和砖β眼值，列于字表竞1-若4冒中都.厌根据上述东资料可以毒看出，在掘一般情况扶下，这类书洞室周边老上的最大泉压应力集亭中产生在沙边墙脚处匙的容E融点顷，但勿当割N锐值大其于炼7非以后，周弓边上的最利大压应力悲集中则出凶现在洞室嫩的顶秧拱芝A疼点处。最描大拉应力纱集中仍产崖生在最大应主应力与设洞壁垂直蔽相交的边述上，故桐在奇N松＜宅1般的应力场牛中。随侮着半N露值的降低轨，拉应力孙首先出现括在洞底的妖中煌点染F板处，其产剖生拉应力微的剃N交值条件削为害N棋£艺0.3育9掘，随件着于N候值的进一沙步降低裕，蓝F宜点处的拉海应力逐渐撞增大，侨当吐N薯降至小衫于罩0.2迅5脚时，洞室草顶拱的中阔点毅A亡点处也开筝始产生拉跑应力；掩在膊N嚼＞托1凤的应力场茂中，最大覆拉应力集洒中产生在偷园拱与直哗墙的交界伤点斤c遭处，其出械现拉应力普的草N毅值条件伙为柄N扣＞救2.折1役。但1.2.鼓4太洞室周边馒应力与其氧形状间的枪近似定量近关系么根据森维惧南原理可巩知．洞室笛周边的应缺力状态，钉只要其表炊面是光滑击的，主要哀受其局部交几何紫形态的控弦制。在如换图剃1察一臂1活所示的特很例条件下总，洞室周蓄边特定句点据A哪、隙B形处的应力他与其形态针间有如下普定量关系亦：蛾上述关系冲式表明，婚洞室周边游应力与其银曲率半径号呈负相关琴，而与其桶宽或高呈违正相关关妈系。起实际上，牢利用上述临关系式可劲近似地计剪算任一形拢状洞室周销边与主应福力垂直相侄交两点义(宵即怨A奴、任B世点授)叛处的周边拐应力。例喊如，在图怖1泽一鼠11雁所示的情婶况下，只闷要先求出撒A样、朴B沿两点处的笛曲率半径心，即可按乏前述公式驳求得该两祖点的周边腾应力。筹A驰点的曲率降半径可直澡接从图中名求出预B令点的曲率方半径可近冬似地按其电内切椭圆份的曲率半老径计算。欧按上述方德法求得的托周边应力践分别为循：渠σ疯A婆＝研3庄．娘96P痒，斜σ选B哈＝露-0.1限7奴P添，与据边娘界无法求更得的数逃据少σ锄A拘＝贞3室．豪0P伐到，熟经σ女B谈＝归-0.1乘7P)沿,尖可见，这众种简易的雄近似计算鞠完全能满葵足工程设废计的精度酸要求。宴1.2.迫5身图岩特性排及不连续后面对围岩驳应力的影拆响饶图运1粘一停1纷2泽表示圆形超洞室围岩割不是理想畏弹性体时增的应力分河布情况，叶它表明，慢当围岩的宪应力壳—形应变关系晨具有非线述性特征，浆或围岩具精有较大螺郑变特性时极，洞室周薯边附近的挺切向应力架要小于理包想弹性岩买层时的应抚力；但当规远离洞壁俩一定医离忧后，岩层镜内的切向红应力则要邻大干理想拆弹性岩层盾时的应力雨，其变化仍情况如肢图遇1驻一猛1筝2亲中的虚线溪所示。边图惭1藏一焰1犯3茫表示地下送洞室附近室断层等不肌连续面的颜存在对围亚岩应力分翠布的影响倦，它表明因，当洞室袜附近有一君个断层平炸行于洞壁欺通过时，挪任何一个粒位于断层始带内的岩测层单元体视都要承受槐径向应力确和切向应谎力的作用肚[钢如图邻1尤—使13(b紫)萌]苗，从而使缎断层面上价产生剪应痒力膊[峰如斧图伴1吩一龟13(c狭)酱]净。如果这增种剪应力赠的数值大案于断层泥哗或断层角惊砾岩所能典承受的应腥力值，则妨这一单元麻就会发生躺位移，从撇而使得传偶过断层面续的应力较常之没有断滑层时减小殖了一些，辈由于这种挡原因，在胃洞室和断王层之间的刺狭窄地带载往往产生巩很高的应抬力集中，落使该区围这岩的稳定页条件大为枕恶化．此乏外，应力华集中程度贷的增加还取会因岩层框的各向异屋性而引起查。已被某宁些测量所冻验证过的以理论计算尝结果指出缎，各向异筑性岩层中互的应力集滚中远大于颠各向同性看岩层。拒1.2.得6霞相邻洞室处的存在对笑围岩应力券的影响长由于围岩株内某一点底的总应力赏等于两个拣或多个洞肃室在该点网引起的应浩力之和，洲故相邻洞催室的存在批通常使围炭岩应力赖(获主要是压驻应力碌)菌的集中程性度增高针(昼图驶1妥—庭14下)您，对洞室驼图岩稳定跨不利。因匆此，不同直的业务部姑门规定了挺不同的最看小安全洞另室间距，锅例如水电裂部门规定非，无压隧扬洞相邻洞太室的最小话间距谅为跟1.0-踏1.烫3堡倍洞跨，稼高压隧洞脱之间的最蒜小间距浅为读0.1婆5患一辅0.竿6奏倍水头。育铁道部善门规定，瘦两相邻单施线隧道的循最小间距族按下仪表车(特表访1-5眼)争确定。>5.0B（3.5—5.0）B（2.5—3.0）B（2.0—2.5）B（1.5—2.0）B最小间距IIIIIIV—>5.0B（3.5—5.0）B（2.5—3.0）B（2.0—2.5）B（1.5—2.0）B最小间距IIIIIIV—IVVI围岩类型坡2.B美为隧道的服跨度。谱1.3远榴地下洞室每围岩的变析形破坏及上山岩压力宗问题骡1.3.捧1腹围岩变形怒破坏的一言般过程和晌特点数地下洞室棋开挖常能矩使围岩的锁性状发生吹很大变化健，促使围击岩性状发安生变化的艺因素，除撒上述的卸劫荷回弹和机应力重分丰布之外，棍还有水分爹的重分布斩。一殷说盗来，洞室染开挖后，委如果围岩做岩体承受稀不了回弹童应力或重毛分布的应彩力的作用浙，围岩即压将发生塑滴性变形成画破坏。氧这种变形诞或破坏通必常是从洞谜室周边，断特别是那矛些最大压脱或拉应力牧集中的部妄位开始，鹅而后逐步叼向围岩，缠内部底发烘展的。其陷结果常可贷在洞室周骑围形成松句动带或松辞动圈。围敌岩内的应叙力状态也爹将因松动须圈内的应羊力被释放兼而重新调鹿整，通常跃在围岩的徐表部形成帆应力降低弱区，而高笋应力集中柜区则向岩剃体内部转研移，结果愧就在围岩爽内形成一挺定的应力螺分带，如报图塞1府—有1默5旱所示的水偿静应力场飞中荡(疯N荒＝兴1净)希圆形隧洞鸦周围的三点个应力带幅就是围岩挪塑性变形式或破坏的陡发展所造淋成的。围摩岩表部低王应力区的扩形成往往信又会促使休岩体内部乌的水分由赔高应力区管向围岩的骗表部转移会，这不仅共能进一步掠恶化围岩延的稳定条岭件而且能齿使某些存申在于围岩驱表部易于轧吸水膨胀徒的岩层发康生强烈的狐膨胀变形虚，造成很够大的山压渗。围岩岩涛体的变形粪和破坏的祥形式和特划点，除与相岩体内的驴初始应力上状态和洞猴形有关外朴，主要取吃决于围岩栗的岩性和乱结构。为贵了更清楚挠地说明这乌个问题，酬现将围岩荣的变形、泡破坏的类迁型及其与困围岩的岩她性和结构慨之间的关严系列于竭表钱1箩一孕6故。贝表指1惯—陵6向女围岩的变叫形破坏形灭式及其围腾岩岩性及攀结构的关夏系重力作用下的坍塌重力坍塌松散饱水岩体的悬浮塑流塑流涌出压应力作用下的塑流重力作用下的坍塌重力坍塌松散饱水岩体的悬浮塑流塑流涌出压应力作用下的塑流塑性挤出散体结构水分重分布造成的吸水膨胀膨胀内鼓压应力集中作用下的塑性流动塑性挤出层状结构塑性围岩压应力集中造成的剪切松动破碎松动碎裂结构卸荷回弹或压应力集中造成的弯曲拉裂弯折内鼓中薄层结构压应力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破坏岩爆压应力集中造成的剪切破坏及滑移拉裂剪切滑移及剪切破碎压应力集中造成的压制拉裂劈裂剥落拉应力集中造成的张性破坏张裂塌落块体状结构及厚层状结构脆性围岩产生机制变形破坏形式岩体结构围岩类型笋脆性图岩聚包括各种戏块体状结蜓构或层状鸭结构的坚龄硬或半坚国硬的脆性遥岩体。这监类因岩的萝变形境和破坏，岩主要是在斧回弹应力重和重分布醉的应力作仆用下发生烫的，水分减的重分布辅对其变形只和破坏的肢影响较为尚微弱。这齐类围岩变钟形破坏的安形式和特推点．除与妥由岩体初出始应力状研态及洞形茂所决定的涛围岩的应树力状态有蚁关外，主船要取决于坟围岩结构敲，一般有秀弯折内鼓更、张裂塌属落、劈裂锡剥落、剪规切滑移以迎及岩爆等诞不同类享型华(炸见秤表乐1熊一粗6湿)布，现分述既如下。届1.3.付2.1孔瞎弯折内鼓捏这类变形麻破坏是层镇状、特别诱是薄层状矛围岩变形刺破坏的主欲要形式。雕从力学机坝制来看，挨它的产生奴可能有两次种情况：杏一是卸荷像回弹的结巧果；二是坝应力集中娘使洞壁处枕的切向压貌应力超过痛范层状岩曾层的抗弯床折强度所侵造成的。哪由卸荷回驳弹所造成瓜的变形破傻坏主要发巴生蒜在荡届初始应力赌较高的岩匪体进内查(择或者洞室蔬埋深较大昏，或者水聪平地应力属较练高卡)晚，而且总博是在与岩厚体内初始室最大主应嫩力垂直相秩交的洞壁腥上表现得端最强烈．霞故当薄层壳状岩层与钟此洞壁平菌行或近于巩平行时，亏洞室开挖浇后．薄层星状围岩就辰会在回弹元应力的作荡用下发生被回弹应力扣的作用下维发生如舌图纱I秤o艺一练1商6近所示的弯弟曲、技裂昏和折断，史最终挤入剂洞内而坍谜阁。羞例如白龙大江碧口电蹈站在导流胶洞一号支圆洞的下又州洞、引水踢洞叉管段魄以及排沙巩洞等的施言工过程中忆，均发生野过这类变领形破坏。愿这些水工纷隧洞部是技修建在千思枚岩层中坟，当洞径仪大悄于触6既m背的洞体平物行或近于垃平怜行松(尘交角小脚于司2起0马。提)粪陡倾的岩挤层走向时勺，在平行近于层面的匠洞壁上经骑常发生弯领折内鼓型航破坏，而殖且一般部滩是在开挖停后不久即塞迅速发生敢。例如右究岸导流洞咐一号支洞狡，在桩号晌。酷十牌13碑5愉航段的施极工过程中仪，随着开义挖的进行别，岩层的搭弯沂变形垂越来越严截重，一星框期后已用敏锚杆加固支了的变形嚷岩体突然墨塌风几乎砖造成伤亡习事故。又应如排沙洞释，在筐o废+牛36踪0顺—场o资十响470俯m们段的施工棋过程中。串值得注意鸽的是，在拴该区地表达溢洪道的捞施工过程磨中，当送杠洪道平行缎于陡顾的彩岩层走向港时，新开业挖出的边洞披岩体经遗常在掀3巩—慕5客天之内即买发生强烈美的倾倒破隙坏。由此平可见，在铃该区所发两生酌上述介两类变形订破肤坏强(本即地宏边号坡岩体的牌倾倒和地粥下隧洞洞取壁的弯折灵内全鼓毙)野同是卸荷逢回弹与应赶力释放的她结果。蚂由压应力忧集中所造归成的变形蛮破坏主要剂发生在洞会室周边上患有较大的烘压应力集虏中的部位潜，通常是珠洞室的角鼠点或与岩孩体内初始绵最大主应携力平行或樱近于平行再的洞壁，短故当薄层泊状岩体的悦层面与这圆类应力高浮度集中部迹位平行或茫近于平行屠时，切向搂压应力往樱往超过薄园层状围岩述的抗弯折管强度，从鸣而使围岩吃发生弯折社内鼓破坏缺。如严图够1足一赵1逗6师所示的弯新曲、技裂日和折断，田最终挤入吧洞内而坍界阁。例如哨白龙江碧躁口电站在南导流洞一匠号支洞的祖下又洞、区引水洞叉蛙管段以及攻排沙洞等容的施工过胳程中，均略发生过这刃类变形破拦坏。这些岔水工隧洞藏部是修建纳在千枚岩罢层中，当掉洞径大奏于抛6仅m拜的洞体平退行或近于扮平燥行贷(优交角小铅于舰20°顶)束陡倾的岩帜层走向时浑，在平行董于层面的支洞壁上经婚常发生弯伶折内鼓型编破坏，而井且一般部帖是在开挖莫后不久即讲迅速发生惠。例如右伏岸导流洞拼一号支洞偿，在桩渠号晕0阳十塔13攻5肝航段的施挤工过程中硬，随着开利挖的进行脆，岩层的敢弯沂变形笛越来越严擦重，一星顽期后已用狐锚杆加固彼了的变形沾岩体突然挪塌风几乎确造成伤亡迁事故。又族如排沙洞古，在龄0闯十卡36艇0醋—锤o千十灵470式m妙段的施工瘦过程中。器洞体两侧末壁发生严屋重的弯折繁内鼓，开屯挖中曾用喜锚杆与工云字钢联合庭封锁支护岛，半月之嫂后，变形慈岩体连锚谱杆与工字松钢突然坍恳落，方量嘴达呆500m哥3缸，不得不谨停工处理砍。一些局舍部构造条械件，有时锐也有利于则这类变形汗破坏的产践生。如图瞧1证—艘1幻7汇所示情况类，平行于戚洞室测壁方的断层，浪使洞壁和室断层之间衰的薄层岩糊体内的应煎力集中有贤所增高，岗因此洞壁洋附近的切细向应力特蛾高于正常天情况下的乖平均值，歇而薄板的锋抗弯矩又吨比较低，疏往往造成本弯折内鼓炒破坏。偶从这类变果形、破坏哀的发生机迷制和发育乏特点中可钞以看出，踪在现代地僵应力或构门造剩余应定力较高的椅薄层状岩将层内修建值这类地下驼洞室，围映岩的稳定投性与洞室锹轴向相对束于区域最宣大主应力化方位有密抬切关系。但通常．轴膝向垂直于渠最大主应友力方向的秆洞室，其丧稳定性远灾低于平行格于最大主争应力方向芳者。这是侦因为：在膊洞轴垂直依于水平最棵大主应力洽的条件下黄，当洞体都平行或近狗于平行地真通过陡倾泡岩层时强心烈的卸荷牵回弹会使愚垂直于最初大主应力纸方向的洞葱壁发生严痒重的弯折更内鼓，而姓当洞体通姐过平缓岩毫层时，高扎度的应力强集中又会志使平行于盾最大主应遥力的洞室弄顶底板，市特别是顶项拱，因弯甘折内鼓的钓发展而严丰重坍塌。律1.3.涛2.2榴隔张裂塌落阿张裂塌落典通常发生衣于厚层状陡或块体状纸岩体内的前洞室顶拱乎。当那里衡产生拉应孟力集中，回且其值超时过围岩的吨抗拉强度袍时，顶拱词围岩就将拘发生张裂落破坏，尤四其是当那宫里发育有贿近垂直的坊构造裂隙仪时、即使萄产生的拉办应力很小追也可使岩失体拉开产乖生垂直的评张性裂缝凶。被垂直跟裂缝切割腥的岩体在挣自重作用辱下变得很更不稳定，锅特别是当胞有近水平材方向的软极弱结构面形发育，岩升体在垂直洞方向的抗依拉强度较剧低时，往馅往造成顶遥供的塌落地。但是咱在恨N牺¹0芹的情况下侵，顶拱坍拆塌引起的摸洞室宽高杯比的减小健全使顶拱价处的拉应税力集中也唇随之而减怕小，甚至婚变为压应叔力办(竖如烛图伟1片一垂18象)寿。当项拱叠处的拉应陡力减小至冶小于岩体泻的抗拉强京度时．顶谱拱因岩韶裙趋于稳定帐。决1.3.舱2.3细河劈裂剥落渔、剪切滑胀移及碎裂旺松动竹这两种破荷坏形式都气发生于压粪应力、特臭别是最大京压应力集肌中的部位责。寺1贷.算劈裂剥落侵过大的切且向压应力蹄使围岩表脱部发生平灰行于洞室瓶周边的破苍裂。一些搭平行的破灵裂将图岩面切割成厚岸度由儿厘击米到几十拐厘米的薄裙板，它们递往往沿壁机面剥尿落蒜[召如诱图芳l欲0熟一出19(b郊)净]找。破裂的瓜范围一般革不超过洞脚室的半跨练。当切向筛压应力大晃于劈裂岩滴板的抗弯剂强度时，肢这些劈裂拐板还可能倡按压摄弯、折断复并造成塌激方，转化尘为类似于舌弯折内鼓润类型的破匠坏。劈裂蒸剥落多发渴生于厚层商状或块体服状结构的辆岩体内，拆视围岩应洲力条件的尺不同，可趋发生于顶醋拱，也可源发生于边耍墙之上，补前者造成转顶供的片繁状冒落，至后者则造抚成通常所缠谓的片帮荣。助2舟.义剪切滑移请这种形式薄的破坏多草发生于厚锈层状或块唯体状结构罗的岩体内赚。随围岩纳应力条件洲的不同，秧可发生在旦边鹏上，惜也可发生储于顶拱。迎在水平应客力大于垂贤直应力的佣应力场扛中阿(可N道＞柔1许)皮，这类破瘦坏多发生痕在顶拱压求应力集中金程度较高玩，且有斜笔向断裂发呈育的部位独，为图聋1驰一幅20(a舅)晴就表示了各这种情况踢。位于断练层带内的捞岩层单元杀体通常具邪有如雅图狸1夜一增20(b矿)椒所示的应泊力状态。师由于切向身应赏力摄σ雹θ斯很大，而杰径向应晕力稠σ坦r果很小，故跟沿断层面睁作用的剪寇应力，比督较高，而所正应力却址比较小，志所以，沿舅断层面作达用的剪应谅力往往会低超过其抗匪剪强度，赖引起沿断推层的剪切姑滑移。这摩种滑移又荒会引起次染生的拉应倾力姥[盗大体上垂军直于抽因蹲1命一经20(a聚)驾中的虚勒线专]厚，从而使帮断层与虚差线间的三初角形岩体吼因滑移拉顿裂而冒落穴。寄3着．碎裂松网动浸碎裂松动唯是碎裂结艳构岩体变埋形、破坏箩的主要形袜式，洞体单开挖后，乌如果围岩乓应力超过绘了围岩的真屈服强度矮，这类围战岩就会因坟沿多组已费有断裂结苗构面发生继剪切错动廉而松驰，抛并围绕洞宰体形成一耳定的碎裂专松动带或鉴松动屈。相这类松动丈带本身是且不稳定的脆，特别是细当有地下附水的活动罩参与时，馒极易导致何顶拱的坍洗塌和边墙浊的失稳。火由于松动消带的厚度忠会随时间竟的推移而氧逐步增大播，因此为预了防止这救类围岩变宾形、破坏梨的过度发稼展，必须临及时采取辉加固指施滤。姥上述二类坊破坏所引妥起的洞室售宽高比的肠变化，一域方面会使敌洞形急剧切变化部分给的因岩表鸡部的切向牢压应力的产集中程度退随之急剧岩增大，另内外还会在坐与最大主技应力相垂禽直的洞壁铃上引起拉浑应力，从蚀而进一步坛恶化围岩漆的稳定条服件．引起蚂围岩累进疯性破坏。袋如业图视I祸o蕉一劳2煤1河所示，就价是一个宠逃高比渔为瑞6知的矩形坑伤道，在川触＝驶3肉的应力场僵中，顶拱尤挤压破坏针所引起的盘洞形变化季与围岩应桑力变化之烟间的关系刊。从图中渣可以看出立，当破坏犬所造成的丑崩落向上笨发展时，脱顶板中央义的压应力捎迅速随冒病落高度增裕高而增大律，在这种耐场合下，甜如不及时肠采取措施拍，顶拱的绍崩落作用狂必将累进毫性的加速铲发展，造榨成严重后迎果。矮1.3.睛2.4过涝岩爆酒1眠．有关岩杆屈的基本驱概念暴在地下开透挖或开采存过程中突属然地以爆边炸的形式盯表现出来瘦爆。围岩怖的破坏有晴时会这就谋是所谓的惊岩当岩爆暂发生时，申岩石或煤脖等突然从机围岩中被秃抛出或弹孕出，抛出候的岩体大冶小不等，浙大者可达沾几十吨，奋小者长仅患几厘米。帮大型岩爆水通常伴有滩剧烈的气漏浪和巨响竟．甚至还沾伴有周围楚岩体的振烫动。岩爆笛对于地下扛采掘或地婚下工程建吵筑常能造见成很大的牵危害．大肺者能破坏寻支护、堵剖塞坑道，漂造成重大第的伤亡事蒜故。小者遗也能威胁省工人的安虹全。因此效，研究这客类破坏的除发生、发昆展与防治歌，对于地察下开挖工木作的安全唐与经济有搅着重要意红义。闷2纱．岩爆的姿类型和特之点付按发生的日部位及所政释放的能章量类啊型筝,聪岩爆有不忆同的类型肠(1损)咐围岩表部汽岩石突然驳破裂引起狠的岩爆好在深埋隧光道或其它甩类型地下抚洞室中所士发生的中冈小型岩爆奶多届这种开类型。这帜类岩爆发际生时发出复如机枪射怎击的劈劈灯拍拍响声延，故被称展为岩石射鞠击。成昆处线官村坝府隧赤道尿(虎最大埋操右达瞎160脂0演贝户)踢开挖过程股中通过震欣且系灰岩借时就曾发困生过这类傅岩爆。它乔一殷发生腥在新开挖惑的工作面辰附近，爆吵破后糖2茅—盲3轿h滨，围岩表坛部岩石常辰发出如上肿所述的爆伟裂声，同歌时有中厚托边薄的不攀规则片状馆岩块自洞吹壁图岩中撤弹射出或殿剥落。弹广出者一船暴块度较小瞧，多呈舍几厕c军m析长、宽的驼薄片，个啄别达几赚十都M觉长、宽，锣但爆到声益较大，月半．爆裂与冶弹射几乎扇同时发生符；剥落者轮一殷块度奔较大，可执达纽几劲m办长、宽，析但爆声较融小，且多再在爆裂声备的几分钟昏或更长些甩时间后方忌脱离母岩军而自由坠确下。这类票岩爆多发幅生于友面警平整、有去硬质结核粱或软弱面膝的地方，其且多平行验于岩壁发音生，事前叠无明显的违预兆贼(2贤)饿矿柱或大袭范围围岩仗突然破坏摊引起的岩示爆昌发生于一针些探矿坑撕中的大型拍岩爆多届读这种类型野。这类岩途爆发生时班通常伴有伴剧烈的气锦浪和巨响漂，甚至还妄伴有周围评岩体的强屋烈振动，成破坏力很冶大，对地随下采掘工赤作造成严蒸重的危害后，熟故常被称运之为矿山靠打击或冲费击地压。饶在煤矿个惠，这类岩亭爆多发生情于距坑道庸壁有一定桨距离的区叼域蜜内固[吹如鲜图君1李一虚22(a闸)燥的扔s柏区愁]区，在某些赚因素的作桐用于，那兔里的煤被命突然粉婶留，而这一俘区域与坑狼道房间盯(h忆t魂区低)彻的煤则大竖块地被饱扭到巷道中钢，并伴随锄着巨大的园响声、振苦动和气浪躁，破坏力彼极大。这谎类冲击地超压发生之农前，常可昂觉察到支损护女或煤壶柱中压力焰的增大，拨有时还会示出填现集G尝层声或振报动，但有王时则没有族明显的预卵兆。四川势纳竹天池警煤矿就曾打多次发生狸这类岩爆耐，最大的梳一次芒将挺2没0睬余吨煤抛稀出洗2够0斗多弊m饮远，业(3如)嘉断层错动番引起的岩践爆霉这类岩爆明产生的条传件如鬼图缸I杀o肝一选22(c娱)扔所示，即侄当坑道以节小角度逼唉近一个潜赖在的活动稠断层时，替坑道的开嚷挖使作用英于断层面尿上的正应梳力减小，晌从而使沿苗断层面的颜摩阻力降两低，引起帝断层突然四再活动，傲形成岩爆冰，这类岩睡爆一般发奶生在构造些活动区的粪探矿井中关，破坏性喘很大，且镜影响范围察较广。帝3痒．岩爆的民产生条件名与发生机某制烘本质上，障岩爆乃是径洞室围岩型的一种伴间有突然释栋放大量潜边能的剧烈阳的脆性破出坏。从产心生条件方纺面来看，戏高储能体耽的存在及施其应力接立近于岩体败强度是产蛾生岩爆的镰内在条件环，而某些鞭因素的触爽发效应则雪是岩爆产捏生的外因想。党(1宇)音由原岩应网力状态及质洞形所决氧定的围岩目内的最大马压应力集虑中区。哈(2只)巷围岩友部浴的高变异办应力及残吼余应力分裕布尾区谣(尾如墙图瓶1杀一亚25喇)轧以及由岩队性条件所帅决定的局群部应力集伪中区，如纺夹于软岩滨中的坚硬畏岩体。岗(3怜)风断层、软算弱破碎岩劳墙或岩脉挡等软弱结呈构面附近私，洞体与云这些软弱靠结构面所意形成的应怒力集中局绍部增高都区鲜(纹图哥1慕一社27菜)猾。讨图黑1出一兼2话8狗更清楚地吸说明了这活个问题。歪它是其隧溪洞以锐角洽穿越一破纳碎岩墙时束发生岩爆偶的实际情探况。在开土挖向前推望进的过程帐中，当隧凉洞处于进图剂1内一宏28(a播)渐及泳(c彩)辩的位置时茎，在紧邻莫岩墙的洞扰壁上均发俘生了岩爆受，而当隧求洞远离岩薄墙或在岩市墙之内时文则无岩爆读发生。态(4奖)埋已有洞体膀内，由于钟新开挖影游响而出现匆的高应力臂区茎(焰如蛙图丝1纸一膛29龙)蠢。吐1.3.弹3萌塑性围岩回的变形与杰破坏搏塑性围岩昏包括各种予软弱的层停状结构岩宅体鞋(辟如页岩、冻泥岩和粘毒土岩赛等效)窑和散体结喂构岩体。腾这类围岩册的变形与欲破坏，主教要是在应令力重分布盼和水分重孔分布的作柱用下发生挺的．主要坚有塑性挤外出、膨胀狠内鼓、塑临梳涌出和恩重力坍塌若等不同类值型，现分然述如下：礼1.3.烫3.1忠期塑性挤出尸洞室开挖满后，当围淡岩应力超卡过塑性围册岩的屈服揉强度时，货软弱的塑喂性物质就念会沿最大稳应力梯度闻方向向消域除了阻力季的自由空拦间挤出。拖在一般情阳况下战(1获)评因结程度典较差的泥塞岩、钻土悔岩；易于刘被挤出的域岩体主要康包括：摇(2杂)赢各种富含确泥质的沉杏积或变质丈岩诉层翁(淘如泥岩、毫页岩、板虚岩和千枚撕岩译等肆)产中的挤压原剪闭破碎矿带。败(3右)线火成岩中俊的官含泥浊质的风化渔破碎夹层疑等，特别构是当这些滚岩体富含混水分处于五塑性状态愉时，就更买易于被挤籍出。未经决构造或风丛化扰传动号i蛮且团结程漫度较高的刃泥质沉积凭岩及变质判岩层则不由易于被挤站出。鬼1久.蚊3.3.幼2苦膨胀内鼓报洞室开挖御后围岩表掘部减压区久的形成往技往促使水涉分由内部夹高应力区抵向图岩表限部转移，巴结果常使巷某些易于茂吸水膨胀伸的岩层发肠生强烈的裂膨胀内鼓突变形。这康类膨胀变姿形显然是瑞由围岩内此部的博水分重分尚布引起的涂，除此之垃外，开挖乎后暴露于识表部的这坏类岩体有符时也会从月空气中吸钞收水分而守使自身膨解胀。径退水后易悦于膨胀的石岩石主要联有两类。绕一类是富冈含粘土矿棒物毒(阀待别是蒙程脱栋石祥)股的塑性岩志石，如泥炸质岩、钻烟土岩、膨贴胀性粘土救等。隧道朴围岩中有渣浸水后体准积增史大叼2绒．耻9悉％的岩石办就会结开再挖造成很挡大困难，创而有些遭惧受热液变茂质的富合拨蒙脱石矿厨物的岩石胳，浸水后除体积可增恭加岩1绵4狗％冻一亡2锋5某％。因此筛，这类岩托层的膨胀舌变形能对狡各类地下鞭建筑物的妈施工和运浮行造成很左大危害。放另一类是河含硬石膏无的地层。膜陨石膏退跨水后就会打发土水化伴而转化为括石膏，体依积随之而盒增大。所帜以穿过这我类地层的客陡道往往参遇到因硬草石膏水化蒸膨胀而产隆生的强大咳山压，给者隧道的施廉工和运行适带来很大溪困难。烤1.3.演3.3暖家塑流涌出按当开挖揭戏穿了饱水圾的断裂带蝴内的松散援破碎物质课时，这些腹物质就会土和水一起佩在压力下杨呈央有大事量碎屑物鹿的泥浆状常突然地涌陕人洞中．贴有时甚至喉可以堵塞血坑道，给艺施工造成轮很大的困万难。煮1.3.杰3.4允跌重力坍塌餐破碎松散席岩体在重当力作用下滥发生的塌重方。宿1.3.游4爸围岩变形乡破坏的发曾展和山岩泉压力问题漆1.3.堤4.1剪佛围岩变形降破坏的累狠进性发展旬大量的实鬼践表明，短地下工程瞧围岩的变腹形破坏通转常是累进启性发展的以。由于围丧岩内应力序分布的不讨均匀性以不及岩体结铸构、强度清的不均一豆性及各向询异性，那葬些应力集勉中程度高终，而结构斧强度又相菠对较低的欧部位往往乔是累进性成破坏的突行破口，在镰大范围围扯岩尚保持脉整体稳定杨性的情况猪下，这些裂应力枣·滚强度关系谊中的最薄财弱部位就久可能发生缩局部破坏缎，并使应牲力向其它屑部位转移浑，引起另挠外一些次桨薄弱部位果的破坏，牛如此逐渐愚发展，连勒锁反应，尤终特导致闪大范围因资岩的矢稳井破坏。暗因此，在酬进行图岩狮稳定性的揉分桥、评养价时，必丙须充分考澡虑图岩累歼进性破坏竹的过程和婆特点，针没对控制围奸岩失稳破源坏的关键晚部位采取桶有效措施筋，以防止套累进性破河坏的发生牢和发展，因这正是支妹护设计的割关键所在轿。前较一般说来蕉，地下工质程围岩变杏形破坏累滚进性发展疼的过程和许特点主要艘取决于三猜方面因素窄，脖：判(1慕)静原岩应力议的方向及划大小纽；匀(2叮)寿地下洞室抽的形状及训尺寸管，部(3亡)贱岩体结构岸及其强度上。所以，宪具体条件冬不同，围旬岩累进性涂破坏的过其程和特点交也迥异，立如感图抄1负一昏3胖2束所示。积1.3.烦4.2圣袄山岩压力赶问题核1倡．基本概极念若设计隧道狂或其它地旗下洞室时滩，如果工锣程地质分垦析与岩体异力学计算炒的结果表腾明，开挖备后围岩是绳不稳定的园，那么就贼必须设计碍相应的支猛衬结构以工支承变形塑或塌落的话围岩，保贝证洞体的床稳定。为罢了达到这倘个目的，姜支衬结构住就必须能单够适应与讽围岩之间忌的相互作使用。这种绞相互作用技的力，对仰于支衬结泳构来说，薯就是所谓归的山岩压毙力搁(抬或简称山怀压照)迷，它是设诸计支付结旗构的主要济依据。可准见，上面辉讨论的围贸岩应力与邀山压是有近原则区别朝的，前者桐是围岩岩盘体中的内筛力，后者恐是围岩作和用于支衬狮结构上的箩外力，前介者转化为佛后者是有农条件的。屠如果围岩轧足够强固蒙，完全能述够承受住妹因岩应力历的作用．姻当然也就随不需进行桐支付。只西有当围岩独因适应丰1.4狡涝地下洞室全围岩稳定净性的分析驶与评价