浅谈水利工程山岩压力与洞室围岩的稳定性.pdf

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在岩体内开挖洞室以后，岩体的压力的大小，探求其变化规律和特
原始平衡状态被破坏，发生应力重分点，对于地下工程、水工隧洞、采
布。随着应力的重分布，围岩不断变矿、交通隧道、战备工程等工程建设
形并向着洞室逐渐位移。一些强度较都具有重要的意义。例如，若设计支
低的岩石由于应力达到强度的极限值护和衬砌时考虑的山岩压力值远远大
而可能破坏，产生裂缝或剪切位移，于实际所产生的数值，则设计出来的
浅破坏了的岩石在重力作用下甚至大量支护或衬砌的尺寸必然过大，这就浪
塌落，造成所谓“冒顶”现象，特别费了国家建设极为宝贵的木材、水泥
是节理、裂隙等软弱结构面发育的岩及钢材，也浪费了人力。反之，所考
谈石更为显著。为了保证围岩的稳定以虑的山岩压力过小，所设计的支护或
及地下洞室结构的安全，常常必须在衬砌的尺寸太小，不能负担实际产生
洞洞室中进行必要的支护与衬砌当的山岩压力，支护或衬砌被破坏，这
。
水然，实践中并不是所有的洞室都要支不仅会使所建造的地下工程不能应
室护与衬砌，有些情况，特别是岩石较用，而且还会造成工伤事故。
好、地质条件简单的情况下可不需进多年来，各国岩石力学工作者对
利行支护与衬砌；而另一些情况是非进于山岩压力的计算进行了一系列的研
围行支护与衬砌不可的。因此，在进行究，建立了各种理论。但尽管如此，
工地下洞室设计和施工时，工程技术人到目前为止这一问题还是没有得到圆
员和地质人员必须进行围岩的稳定分满的解决。这是因为山岩压力不仅与
岩析和计算。由于支护与衬砌的目的是岩石性质和洞室形状有关，而且还与
程防止岩石塌落和变形，所以支护和衬岩体的初始天然应力状态、衬砌或支
砌上必然要受到岩石的压力。在水工护的刚度和施工的快慢有关。确定山
的建设中，把由于洞室围岩变形和破坏岩压力的大小和方向是一个极为复杂
山作用在支护或初砌上的压力，称为山的问题。
岩压力，有的称为“地层压力”、
稳一、山岩压力的形成
“围岩压力”、“地压”、“岩石压
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岩力”。假设围岩没有受到其他洞室的影
定由于山岩压力是作用在支护或衬响，并且开挖爆破过程中没有受到破
张砌上的重要荷载，如果对山岩压力没坏，则洞室周围的山岩压力随着时间
压智有正确的估计，也就不可能合理地设的发展可分为三个阶段：
性勇计支护和衬砌的尺寸。正确决定山岩在第一阶段内，由于岩体的变
力形，在洞室的周界上产生一般的挤
张压，同时，在两侧的岩石因剪切破坏
美而形成了楔形岩块，这两个楔形岩块
与红就有朝着洞室内部移动的趋向。
在第二阶段内，侧向楔形体发生
某种变形以后，岩体内形成了一个椭
圆形的高压力区，在椭圆曲线与洞室
周界线间的岩体发生了松动。
在第三阶段，洞顶和洞底的松动
岩体开始变形，并向着洞内移动，洞
顶松动岩石在重力作用下有掉落的趋
势，山岩压力逐渐增加。
从山岩压力的形成机理可见，山
岩压力的形成是与洞室开挖后岩体的
变形、松动和破坏分不开的。通常将
由于岩体变形而对支护或衬砌给予的
压力称为变形压力；将岩体破坏和松
动对支护或衬砌造成的压力称为松动
压力。变形量的大小以及破坏程度的
强弱就决定着山岩压力的大小。在不

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同性质的岩石中，由于它们的变形和破岩压力一般是与洞室的跨度有关的，用来稳固洞室，比较经济实用。
坏性质不同，所以产生山岩压力的主导它可以随着跨度的增加而增大。目支护的刚度和支护时间的早晚都
因素也就不同。通常有以下三种情况。前，从有些山岩压力公式中就可以看对山岩压力有较大的影响。支护的刚
（一）在整体性良好、裂隙节理出压力是随着跨度成正比增加的。但度愈大，则允许的变形就愈小，山岩
不发育的坚硬岩石中，洞室围岩的应是根据经验，这种正比关系只对跨度压力就愈大；反之则山岩压力愈小。
力一般总是小于岩石强度。因此，岩不大的洞室适用。对于跨度很大的洞洞室开挖后，围岩会产生变形。根据
石只有弹性变形而无塑性变形，岩石室，由于往往容易发生局部坍塌和不研究，在一定的变形范围内，支护上
没有破坏和松动。由于弹性变形在开对称的压力，山岩压力与跨度之间不一的山岩压力是随着支护以前围岩的变
挖过程中就已产生，开挖结束，弹性定成正比关系。根据我国铁路隧道的调形增加而减少的。目前常常采用薄层
变形也就完成，洞室外不会坍落。如查，人为单线隧道与双线隧道的跨度相混凝土支护或具有一定柔性的外部支
果在开挖完成后进行支护或衬砌，则差为80%，而山岩压力与跨度成正比的护。这两种支护都能够充分利用围岩
说明支护上没有山岩压力。在这种岩关系会造成衬砌过厚的浪费现象。的自承能力，以达到减少支护上的山
石中的洞室支护主要用来防止岩石的（二）地质构造。地质构造对于岩压力的目的。
风化以及剥落碎块的掉落。围岩的稳定性及山岩压力的大小有着（四）洞室深度。洞室深度与山
（二）在中等质量的