地下结构工程－教学七

4.4地下结构稳定分析主要方法1、地质分析法2、工程类比法3、岩体结构分析法4、数值分析法5、地质力学模型试验法1、地质分析法通过地质勘测手段，了解与围岩稳定有关的岩石、岩体特性，区域与局部地质构造、岩体地应力场、地下水等等几个主要因素的特点，通过区域综合分析，确定洞室稳定性。这往往是地质人员使用的主要方法2、工程类比法根据拟建的工程区域的地质条件、岩体特性和工程特征，通过与类似条件下已经建成的、成功或失败的地下工程实例的对比，进行验算和综合分析，从而判断拟建的地下结构工程的围岩稳定性。3、岩体结构分析法了解岩体结构和弱面强度性质，以及地应力分布情况后，可根据地下结构设计和施工方案确定所谓“工程力”，即由施工开挖、建造引起的卸载或加载力。再借助赤平极射投影、实体比例投影、或块体坐标投影法等进行图解分析，初步从几何关系和运动学角度判断岩块的稳定。在上述步骤的基础上，再采用极限平衡理论，对由“弱面”和凌空面组成的“可能的布稳定块体”进行稳定性校核计算，求出块体上的抗滑力和滑动力之间的比值，即得到块体的稳定安全系数。这种方法实际上也形成了数值方法中的块体分析理论的基础。4、数值分析法(1)数值分析方法的类型伴随电子计算机的应用而发展起来的现代计算力学数值分析方法，现在已经成为地下洞室围岩稳定分析的最重要的手段之一，在近三十年的时间里，发展速度之快、应用范围之广都是惊人的。用于连续介质的有：有限单元法（FEM）、边界单元法(BEM)、拉格郎日元法(FLAC，FastLagrangionAnalysisforContinua,2Dand3D)；用于非连续介质的有：关键块体理论（KBT,KeyBlockTheory）、离散元法(DEM,DiscreteElementMethod)、不连续变形分析法(DDA,DiscontinuedDeformationAnalysis)；可同时用于连续介质和非连续介质的数值流形法(MEM,NumericalManifoldMethod)等等。上述渣各种湾方法曲之间接的耦秃合方虾法(Co服up病li糖ng哗)，基于庆逆向省思维哄而提炒出的撞上述他各种栋方法与的反棉演分括析(In注ve往rs胁e辽An倘al派ys抹is晋)方法捡，以岗及与名优化躲理论标相结顺合的攀反馈耕分析城(Fe豪ed隐ba轻ck悼A找na累ly羡si茶s棚)方法陈，目乓前也盼在地赌下洞麦室稳玻定分没析中塔得到虑广泛梅的应睛用。旱但是压，应繁用最液广、棒最可搏靠、氧结果屑最稳虚定的洋还当杂属有啦限元索方法摸。(2派)贯应用宜有限离元法面进行软洞室阴稳定点分析溜的注鲁意点(a)二维雁分析尺时，盆首先宅应根齿据厂轨区的修地质攻资料旗做好佩厂房私横剖姥面的圆选定罪工作孩，要布注意飘寻找铁最危湿险的方地质重横剖颗面，娇尤其乒应注谈意那晴些不个利的忙地质蹲构造韵面的旧位置考。(b)根据召地质蛋资料宁，确鉴定岩速体及害构造截面的搂力学天参数愚，及酸可能规的变敬动范洽围。(c)地应驰力的霜确定抹，可交根据跳有限买的地桐应力搏实测疑资料问对厂身区的尸地应回力场崭作回品归分绑析，博结果妻正确麻与否馒，在虏于对妹试验行洞或欺初期涌开挖成阶段盏实测醒位移首的拟追合情遥况。(d)由于球岩体彻类型株的差套异，费其变肉形及疼强度孤性质僻干变途万化呢，相院应的墙本构非模型讲也种困类繁淡多。鹅所用灵有限飞元程遮序的酷本构预模型汪和破址坏准拳则应够能模夕拟岩斗体的烂实际屠情况梦。理召想的驶模拟瞎比较妻困难清，但滋应使粘模型咬和岩烈体实竖测资与料在沾大部即分岩吓体的森工作郑范围谱内可洪较好盾地拟钉合。数值纸方法币研究丛的最骄新进隔展不注但体图现在庭对较敏为成承熟的阶数值四方法允，如荡有限更元、谋边界栏元、知离散垄元法痒等的果不断钓更新结和发拥展，潮对现俩有大经型商拥业程宜序的谜二次吃开发些，同挡时也厌体现因在不晴断有糊新的河算法别和程华序的旨出现对。如霜对三嗓维离智散元门和三颜维DD僵A程序艰成功抹开发井，以您及刚蚕体有喘限元伯法、桨广义番有限捷元法恳、运宰动单铜元法娱、界耀面元棍法、敢无单汉元法亚的提辱出等来等。折用于嚷系统经优化芹和人昆工智帅能方垦法的速遗传怎算法查、蚁蒸群算吩法、晴细胞多发生洽器算惰法和荒模拟衰退火独算法歉等等妄。5、承地质棵力学芹模型夸试验试验平研究脾方法乘包括现场款试验画方法宣和室邮内模菠型试到验方法知，也杨是保威证地跃下工盛程正肃确设毁计、备安全凉施工画的必秀不可运少的匆一种斥研究倡方法联。它抹与数创值计忆算方签法相作辅相凳成，爱互相坟验证熄，优施势互丽补。预近年缺来也灶有很桑大进疯展。大型达三轴李刚性浅伺服腾实验倒机已练经较规广泛农地用浅于岩漠石材杂料全角应力群路径嗽参数女测定还。电秃镜扫沙描和CT技术祸已用等于岩丧体材赌料的价微观指或细竭观结滋构研孝究。各种辫地应育力测满量技震术，百如应歪力恢铁复法原、应步力解鼻除法贱、应私变恢唉复法堪、应咳变解巷除法以、水筑压致叮裂法苗、声笼发射奏法、X射线框法、姻重力蹦法等策也广伙泛应陶用于坦地下哑洞室占工程傻。就二欲维和趣三维披物理豆模型仁试验艳来说饲，由挖于模律型是弟真实戴的客姥观物刑理实唤体，吹更能矛真实撇地全墙面地殖反映锦出各孤种结悄构在暂空间拴和时洲间上浪的相袄对关何系，睁以及因它们汇在施厚工或路运行锄过程肯模拟赛中的桑力学犹性征棒，因酱而历姑来在党水利颂水电其工程旬设计润中受健到重经视。仓水力旨学模谜型试屿验、录泥沙柔模型时试验甘、研传究坝键体和戚基础贪共同马作用夺的地粒质力昂学模闯型试施验等能，已纸经有我了较驱为成垮熟的唐试验臣技术意，并相取得猴了丰比富的砍成果犹。地质翼力学榜模型途试验器方法即按量照一拆定的柄相似盲理论荒，采况用适乓当的斜模型岗材料唯，模严拟实粉际的门岩体忘结构悬、材潮料特偿性、军地应游力场孟分布镰和地蔽下结来构工秩程开颂挖及进支护钞方式餐。通咬过接辉触或舰非接痒触测特量手茶段，师了解场地下御结构邀围岩举的变唐形分省布、别应力观分布爽、屈砍服破瓶坏形蕉态和搬破坏毁过程逮，从晚而对迎地下虹结构私稳定允性作罩出评只价和窜预测揭。但是昌地下顷洞室被工程减的模额型试锹验却问由于侦难度碎太大蔽而相落对发刑展较老慢。脸以往镜的地方下工灭程的瓜模型促试验怀规模该很小劲，大基都是农二维复的，例试验遣条件馆也进舞行了投很大湖的简搭化。挠例如组19含85遮年进浆行的格二滩防地下倒厂房狭的二宝维平老面应足变模规型试净验，吼模型千几何你比尺脏为1犯:3确50币，应嗓力场矛是均风匀应涌力场趴，模连型平党面倒仓置在带地面按，不烧考虑田自重尸应力绢等。萝还有咸的模仍型洞视室是缸事先痰制作嗓好的葡，洞与室内江部充拾填刚照性块犯体，老模拟龄开挖尝时，诊将块巩体逐父一抽鸽出。绘这些责当然投都与状工程件实际顷相差眠过大捎。究以其原糊因，眨最主向要的张则是偶模拟绕地下诱洞室抗施工扯过程铁的三廉维模仿型试立验难奴度太想大。贡例如晓三维劣地应虹力场冲的模凝拟原则理和首技术手、洞快室群丝式开挖欣尤其吴是内替部洞伸室隐光蔽开社挖技纳术的偶实现午、内银部物这理量逝量测欣方法络等等拌，因别而几叼十年饺来一岂直没统有显咸著进买展。大型夕地下川洞室砖群三泼维模蒸型试睡验由于教地下夫水电朽站向闭超大罪型、慢多洞嚼室、澡高地血应力酸方向校的发商展，陪进行墓地下刘厂房袭洞室谋群大季型三广维地况质力震学模架型试火验这畅一极源具挑耻战性隐的任弄务，绩提到赏了议朵事日茎程。国家叮电力看公司拼成都孔勘测葬设计心研究隐院和醒清华团大学贷水利名水电凶工程引系在锐这一孤点上葬达成阵共识乡丰，为艳开展增超大验型地惭下洞爆室群沟三维权地质送力学公模型阻试验床研究申工作疤创造扭了条报件。通过非发挥银清华袭大学步综合帽性大焰学的恩优势愈，与脸清华剪大学非机械居学院烦、中子国水边科院种以及僻国际尖研究精机构眯合作扒，采饿用离薯散化拐多主外应力追面三岸维加且载系器统、痰步进抄机械雨臂和槽微型吗掘进岸机技借术、敞微型酿高精芝度位肃移量泪测技班术、糊声波抱测试颂技术烂、光名纤测抹量及针内窥撕摄影萌技术懒等，腿解决吓了地罗下洞移室群剪地质斧力学劣模型忌试验眨中的送复杂慕三维港地应炸力场川仿真省、隐泉蔽开流挖模顺拟及戚内部父量测已等关亮键技层术问皇题，扇取得烘了突萝破性捞重要苦成果今。经验石判断中地下钩洞室聋的稳雅定对于辣中等惩强度齐、结钢构面近不发派育的誓较完旧整岩室体，宁可以邪看作洋均质虽、各陡向同悔性材经料；砍如果捆地应救力以舟自重励应力启为主盲，可拣以作封如下绪经验设判断（设盾岩体矿强度糠为Ro，自重肌应力穿为

o＝方h）条件稳定性支护措施

o/Ro0.12~0.15稳定薄层喷砼5～10cm0.12

o/Ro0.3基本稳定喷砼10～15cm0.3

o/Ro0.5临界状态锚杆＋挂网喷砼15cm

o/Ro0.5不稳定封闭式钢筋砼衬砌4.离5滑地下典洞室蜓的支哀护为保弓证施号工的宾安全游和地坝下结泄构的的长期珠稳定由，适怖当的辫支护饱是完东全必篮要的脊。近3底0年贞来，漏对支杰护的折认识偿发生乞了革本命性侦的改画变，诵过去聋盛行祸了5兼0多塞年的际普氏查理论候被新拜奥法燥的新婚概念必所代碎替。渔人们宜认识煌到支善护并或非唯里一的幸保持饱地下地结构凤围岩数稳定皱的手郊段，钱发挥坊围岩吨的自故承能惰力，肿使支赚护与伞围岩犹相互熟作用屠，共狠同形帆成稳烂定的异复合舱承载矩环，亿才是贫最为怀经济卵有效异的支愿护方拔式。但是糕究竟筛采用妖哪一趴种支爱护方百式，园应该街视地费质构嗓造、旨岩体亮强度产、原江始应盾力、来洞室既布置萝的不装同而宿分别蹦考虑。一般刮支护垄型式驼有三盐种：1、卸柔性循支护2、撇刚性加支护3、轿复合横型支怪护1、共柔性百支护如喷占砼、起钢纤真维喷哪砼、厌钢筋纺网喷候砼、参自应切力锚齐杆、各预应炒力锚中杆、稿预应宏力锚吴索等近等，示以及屑它们坡的组秩合2、悦刚性锋支护如现逼浇混动凝土肥衬砌织、钢仅筋混坚凝土飘衬砌狭、预调制钢痛筋混筒凝土糟衬砌附管片尊、钢挪拱架潜配合暮较厚矛的喷泪混凝翻土等沈刚度猫很大邮的支岸护3、太复合籍型支蜓护即采渔用柔桶性支逗护作知为初盖期支希护或闻称为钉一次碍支护武，以生保证由施工艳期的享稳定服和安砌全；祸待围尼岩变焦形趋葱于稳怖定后捕，采盗用刚房诚性支屡护作厕为永批久性肚支护商或称编为二怀次支巩护，讲以保横证运愿行期华的长俩期稳悔定，拔同时钱增加须运行混人员瘦的安悦全感滚。对警过水叼隧洞侨则又闯起到凝减少趁糙率怒的作精用。系统折支护后及随敢机支豪护1、拴系统挽支护悼设计厨是根旗据地百质条渔件、泽岩石薪分类歪和工辅程规织模等戏指标担，不袖作精是确的辜计算杰，采禾用工哑程类藏比法码进行伐设计刃，给笛出喷各砼的貌厚度委、锚银杆的傻长度巧、间央距、糟直径就、布赴置方由式、榴预应齿力值这（一少般给夕张力闻值，者以吨抽为单乳位）垃等。2、乒随机尊支护饱则是豪在施宵工过彻程中锣根据鬼新揭坐示的旦地质耽现象鸟、岩验体材扛料性糕质以避及施盼工监