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1、目 录第一章 绪论11.1近几年来我国隧道施工安全的形势11.2课题的重要性及意义2第二章 岩石地质的裂隙、断层、岩体的基础知识与研究进展32.1裂隙32.1.1裂隙的基本知识32.1.2裂隙的研究进展32.2断层62.2.1断层的基本知识62.2.2断层的研究进展72.3岩体92.3.1岩石的性质92.3.2岩石的成因及其特征102.3.3岩石物理的研究进展11第三章 岩石坍塌的机理原因、类型分类123.1坍塌原因分析及分类123.2地层岩性123.3地质构造123.4地下水12第四章 预防岩石坍塌的管理措施与技术措施144.1管理措施144.2技术措施14第五章 175.1175.217谢
2、辞18参考文献19第一章 绪论1.1近几年来我国隧道施工安全的形势我国是一个多山的国家75%左右的国土是山地或重丘。近年来随着我国社会经济快速发展，地面交通增长十分迅速，而修建水平满足不了发展的需要，造成各种交通设施超负荷运转，交通事故、交通阻塞和交通公害等成为一大社会问题，阻碍了国家和地区经济发展。据统计资料汽车翻越山岭平均时速不足30km不到经济时速的一半，汽车的机械损坏和轮胎磨损极为严重低等级道路的汽油耗量比高等级公路多20%50%而且劈山筑路会造成许多高边坡，在南方雨量充沛地区它严重破坏自然景观造成塌方滑坡和水土流失。因此，为了根除道路病害保护自然环境并且针对交通需求的高涨，解决好路面
3、交通的规划和修建，在山区高等级公路建设中必须重视隧道方案并努力提高公路隧道工程科学技术水平。我国的隧道施工安全形势并不乐观。据最近一份调研报告表明，全国公路隧道设计与施工按新奥法实施者不到70%，隧道易发生渗水等事故。新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初
4、次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。隧道既是道路构造物又是地下工程。它涉及结构、岩土、地下水、空气、动力、光学、消防、交通工程、自动控制和工程机械等多种学科，其技术属复合技术。目前隧道存在的主要工程技术问题有：设计中，由于荷载不明且围岩参数不清，喷锚支护和二次衬砌设计参数采取工程类比或套用规范。对于每一座隧道来讲，这样做具有很大的主观性，与实际山体情况不符合。防排水技术落后。对地下水探测手段差，隧道渗漏水严重。施工中围岩动态信息反馈技术差，预报准确率低，喷射混凝土回弹率高（严重时达65%）。营运通风、照明、防灾等设施工程设
5、计水平较低，缺乏综合性考虑。长度4000m以上的公路隧道通风中尚有亟待解决的问题，有待研制静电吸尘装置，为今后修建特长隧道作技术准备。隧道内交通监测与控制水平落后，目前几座隧道的交通监控设备均为进口，这方面影响了我国公路隧道的发展。1.2研究内容及目的隧道安全问题长期以来一直是一个比较严峻的问题。由于隧道建设经常处于的地理位置是在岩体内部，所以隧道施工安全密切相关与岩石的性质、地质构造等因素。研究此课题的主要目的在于通过对岩石坍塌原因分析来提出相应的对策措施，用于实际建设项目中。第二章 岩石地质的裂隙、断层、岩体的基础知识与研究进展岩体断裂后两侧岩块相对位移的情况，将其分为裂隙和断层两类。下面
6、分别介绍裂隙和断层的基础知识与研究进展。2.1裂隙2.1.1裂隙的基本知识裂隙裂隙，也称为节理，是存在于岩体中的裂缝，一般用裂隙率(岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分比)表示。构造裂隙它在空间分布上具有一定的规律性。可将构造裂隙分为张性裂隙和扭(剪)性裂隙。有时两组裂隙在不同的方向上同时出现，交叉成“X”形，将岩体切割成菱形块体。张性裂隙主要发育在背斜和向斜的轴部，裂隙张开较宽，断裂面粗糙，一般很少有擦痕，裂隙间距较大且分布不匀，沿走向和倾向都延伸不远；扭(剪)性裂隙，一般多是平直闭合的裂隙，分布较密、走向稳定，延伸较深、较远，裂隙面光滑，常有擦痕，一般出现在褶曲的翼部和断层附近。扭性裂隙常沿
7、剪切面成群平行分布，形成扭裂带，将岩体切割成板状。非构造裂隙具有普遍意义的是风化裂隙，其主要发育在岩体靠近地面的部分，一般很少达到地面下1015m的深度。裂隙分布零乱，没有规律性，使岩石多成碎块，沿裂隙面岩石的结构和矿物成分也有明显变化。岩体中的裂隙，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。当裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，不论岩体的产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在裂隙，还会影响爆破作业的效果。2.1.2裂隙的研究进展连续裂隙研究进展静载作用下石膏、水泥砂浆模拟试验表明，连续节理裂隙断裂随裂隙面倾角不同主要产生两种破
8、坏方式：种是沿原有裂隙面破坏；一种是产生新的破裂面，新破裂面法向与最大主应力方向约成60度夹角。两种破坏方式都夔本遵从Mohr-Coulomb准则；而断续节理裂隙断裂的扩展则要复杂得多。断续节理裂隙岩体中岩桥的存在使得岩体破坏机制不同于普通节理裂隙岩体，其强度规律亦因此而独具特色。断续裂隙研究进展断续节理裂隙岩体中岩桥的贯通破坏模式及其变形和强度特性在很大程度上受断续节理面的规模、密度和空间分布特征的控制，岩桥的倾角和长度将直接影响其变形和破坏机制。然而，自从人们将Criffith提出的理论性的强度准则运用到裂隙岩体的破坏机制研究中以来。很长一段时间内的研究都集中于对裂隙起裂、传播及相互作用方
9、面，而相对较少的试验对裂隙在岩桥中的搭接方式进行了研究。后来人们逐渐认识到节理裂隙材料的破坏失效，通常是由裂隙间相互的搭接（coalescence）所控制，裂隙搭接机制的研究在对裂隙化材料（如岩体）强度的研究中以及边坡、隧道及地基岩石工程开挖的稳定性分析中更为重要。因此，国内外许多研究者开始采用不同的模型材料对断续裂隙试样中的裂隙在岩桥中的扩展、搭接过程进行试验研究。Lajtai,Savilahti,Stephansson等人（1969，1990）通过直接剪切盒试验又对模型材料和岩石中两条平行狭缝间的破坏模式进行研究。朱维申等人（1993）进行了单排非贯通节理岩体抗剪强度的模型试验，并描述了岩
10、桥的破坏过程。沈婷、李世伟、任伟中等人（1999）对不同节理连通率、节理排列方式石膏模型试样进行直剪试骏，并进行了对比分析、然而，在剪切盒中并不容易观察到整个搭接过程的发展且这些试验重点反映剪切荷载的作用效应，对于裂纹长度、裂纹方向、排列方式，以及裂纹状态（闭合或张开）对压剪断裂及其裂纹尖端应力场的影响没有深人揭示。Horris和Nernat-Nasser对内部有大量小裂隙的树脂材料单轴、双轴压缩加载条件下裂隙间相互作用机制及其最终破坏模式进行了试验研究。在这些试样中，包含着一系列不同长度和方位的裂隙，他们指出，裂隙长度是控制试样破坏方式的参数之一，通常较大裂缝控制单轴压缩条件下轴向劈裂的搭接
11、机制，而较小裂缝处只有很少或无裂隙增长；双轴压缩条件下较大预存裂隙的增长伴随有较小裂隙的增长，并且最终失效是通过较小预存裂隙在剪切区的搭接实现，他们的研究提供了对由于裂隙分布而导致试样宏观破坏的基本的了解然而，该试验对两条裂隙间的裂隙增长及其相互作用并未涉及。国内周维垣等人(1990)为了验证节理岩体损伤力学模型及其演化方程的正确性，用石青硅藻土混合料制成一批倾角下同的裂纹体，对此模拟试件进行了常轴三轴及单轴试验范景伟、何江达饥(1992)；通过单轴和低围压石衡模型试验，着重分析了含定向闭合断续节理脆性岩体的强度特性和破坏机理，发现在所研究的断续节理岩体中破坏机理是由裂隙端部的应力集中而引起的
12、撕裂破坏，并提出了估算这种岩体强度的准则。但该准则只适用于计算断续节理的起裂强度，而不是峰值强度。刘东燕、朱可善(1994)户别通过含中心斜裂纹（同时考虑了裂纹面的爬坡角）砂浆试件的单轴压缩模型试验，发现初裂强度受裂纹倾角影响明显，当裂纹面法向与加载方向成45夹角时，初裂强度最低；并借助断裂力学理论，建立了表征初裂的新的断裂准则。徐靖南、朱维申(1995)观察众多共线裂纹压剪模型试验现象的基础上，时压剪共线裂纹的破坏机制进行了分析，并由此提出了相应的强度判定方法。朱维申等人(1995,2001)采用砂、重晶石粉和石青混合配制成棋型材料，用云母片来模拟不同倾角的闭合裂纹，对雁型裂纹的扩展模式进行
13、了研究，发现当岩桥倾角在3060时，其剪切破坏的可能性较大；当岩桥倾角在6090之间时，拉剪复合破坏的可能性较大；当岩桥倾角大于90时，冀裂纹扩展引起岩桥贯通的可能性较大。白世伟、任伟中等人(1999)利用激光散斑照相技术及应变片测试试技术所测得的石膏模型试样位移场和应力场，对双轴加载条件下闭合非贯通节理的变形和破坏特征进行了分析，揭示了裂纹的扩展规律和破坏机理。车法星、黎立云等人（2000）对不同倾角多裂纹水泥试件进行了单轴和双轴加载试验，并借助有限元方法得出的试件的全场应力计算出试件中裂纹尖端的应力强度因子对下同裂纹角度对试件破裂强度的影响进行了分析、解释。李宁、陈文玲等人（2001）通过
14、石青模型试验系统分析了循环动荷载作用下单组非贯通裂隙岩体的变形和强度特性，研究了荷载频率、裂隙倾角、裂隙密度对岩体变形和强度性质的影响；发现裂隙倾角为45时裂隙岩体强度最低，随加载频率的逐渐增加，残余强度也呈逐渐增加的趋势。国外近年来的研究主要侧重于两条或三条预制裂隙间的相互搭接过程。Reyes和Einstein(1991)对内部含有两条倾斜裂隙的石青试样进行了单轴压缩加载试验，在这些试验中裂隙通过切缝或预制裂隙的方式进行了模拟，同时，裂隙的搭接过程通过连接到录像机上的显微镜记录了下来他们发现，单轴压缩条件下可能产生翼裂纹和次裂纹，并且由它们最终导致裂纹间的搭接，但是这些裂隙面之间没有考虑表面
15、接触和摩擦。为了考虑裂隙面间摩擦的影响，Shen等人(1993)对包含张开和闭合裂隙的石青试样进行了一系列的单轴压缩试验。他们所观察到的裂隙搭接方式与Reyes和Einstein研究中所报道的相似。同时，他们还对不同岩桥倾角条件下的裂隙搭接模式进行了研究，发现当岩桥倾角在4560时，常发生剪切破坏；当岩桥倾角在7590之间时，常发生拉剪复合破坏；当岩桥倾角大于90时，常发生由冀裂纹扩展引起的拉伸破坏。这一结论与国内朱维申等人试验观察的结果基本一致然而，Shen及其合作者的研究没考虑模型材料的相似条件，裂隙几何位置参数及裂隙面间章擦系数的变化对裂隙间相互搭接的影响也没有充分考虑。基于Reyes和
16、Einstein、Shen等人的试验工作，Wong和Chau(1998)通过选用与砂岩和页岩满足相似条件的模型材料，重新对包含两条预制倾斜的石膏混合料在单轴压缩条件下的裂隙搭接问题进行了大量的试验。根据所得试验结果，他们将裂隙搭接类型归纳为九种方式，二种模式（剪切模式、拉伸剪切棍合模式、拉伸模式），并按照裂隙倾角、岩桥倾角和裂隙面之间的摩擦系数而将裂隙的搭接模式进行了分类。同时，Wong和Chau(2001)还对包含三条预制倾斜的石膏混合料在轴压缩条件下的裂隙搭接问题进行了大量的试验，试验结果的搭接模式也能满足上述三种分类要求。此外，通过比较三条裂隙试样的破坏模式与两条裂隙试样的破坏模式，提出
17、了裂隙发生搭接的两个准则：裂隙搭接总是发生在搭接应力较小的一对裂隙之间；当某两对裂隙间的搭接应力道非常接近（5%以内）时，裂隙搭接常由混合模式和拉伸模式所控制此外，他们还发现，一旦预制裂隙密度超出了某临界值，裂隙化固体的强度并不与预存裂隙数目（裂隙密度）线性相关，而仅与破坏发生时实际涉及的裂隙数目有关。在同一时期，Robet和Einstein(1998,2000)针对单轴和双轴压缩条件下张开和闭合裂隙的搭接方式也进行了研究，他们发现，裂隙搭接方式不仅依赖于预存裂隙的空间位置，而且依赖于应力条件：单轴或低侧限双轴压缩条件下，翼裂纹从裂隙端部起裂，随着侧限压力的增加，翼裂纹产生的位置侈向预制裂隙中
18、部、最后当侧限压力达到某一量值时、翼裂纹完全消同时，当岩桥长度大于三倍裂隙半长度，预制裂隙之间的相互作用很小。2.2断层2.2.断层的基础知识断层了解四个断层名称；三个基本类型；理解2个影响即可。(1)断层要素断层面和破碎带。其产状可以通过断层面的走向、倾向和倾角来表示。规模大的断层，一般不是沿着一个简单的面发生，而往往是沿着一个错动带发生，称之为断层破碎带。断层的规模越大，破碎带也就越宽，越复杂断层线。是断层面与地面的交线，表示断层的延伸方向，其形状决定于断层面的形状和地面的起伏情况。断盘。是断层面两侧相对位移的岩体。当断层面倾斜时，位于断层面上部的称为上盘，位于断层面下部的称为下盘。若断层
19、面直立则无上下盘之分。断距。是断层两盘相对错开的距离。岩层原来相连的两点，沿断层面错开的距离称为总断距，其水平分量称为水平断距，垂直分量称为垂直断距。(2)断层基本类型正断层。是上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。倾角一般较陡，多在5060。逆断层。是上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。根据断层面的倾角大小，可将逆断层分为三种类型：冲断层，其断层面倾角大于45；逆掩断层，其断层面倾角介于2545之间；辗掩断层，其断层面倾角小于25。平推断层。是由于岩体受水平扭应力作用，使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。其倾角一般是近于直立的。(3)断层对工程建设的影响公路工程路线布局，应尽量避
20、开大的断层破碎带。特别在安排河谷路线时，要注意河谷地貌与断层构造的关系。当路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带时，开挖路基容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和公路的正常使用。在断层发育地带修建隧道， 当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层破碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只是个别段落受断 层影响，但因地质及水文地质条件不良，必须预先考虑措施，保证施工安全。特别当岩层 破碎带规模很大，或者穿越断层带时，会使施工十分困难，在确定隧道平面布置时间，应 尽量设法避开。2.2.2断层的研究进展断层转折褶皱作用断层转折褶皱作用的几何学与运动学特征上盘岩石在下伏断层转折部位发生运动时就会形成断层
21、转折褶皱。上盘岩石以形成膝折带式褶皱来调节沿断层面的滑动。膝折褶皱是自然界常见的褶皱形式。断层转折褶皱作用沿固定在断层转折处的活动轴面发生,当地层在活动轴面处发生褶皱以后,将沿上部断层段发生平移。不活动轴面表示断层滑动刚刚发生时沿活动轴面的质点颗粒的位置。它与活动轴面界定的膝折带的宽度与断层滑动量成正比。上凹式断层转折形成向斜型断层转折褶皱,上凸式断层转折形成背斜型断层转折褶皱。假定褶皱过程中地层厚度与层长守恒,则断层形态与褶皱形态之间存在如下的关系:=tan-sin(C-H)sin(2C-H)-sinH / cos(C-H)sin(2C-H)-sinH-sinC =H-+(180-2C)其中
22、,H是断层转折之前上盘地层的切截角; 是断层转折之后上盘地层的切截角;C是褶皱翼间角的半角; 是断层倾角的变化量(即断层转折角)。该公式首次定量地表述了褶皱形态与断层形态之间的定量关系。据此可以对褶皱与断层的几何形态进行定量计算或预测。剪切断层转折褶皱20年后，JohnSuppe教授提出了剪切断层转折褶皱作用理论。剪切断层转折褶皱在变形时具有较大的非弯滑分量,形成一类特征鲜明的断坡背斜。表现在:背斜后翼倾角较断坡角要小,在很多情况下远远小于断坡角;后翼的生长构造具有翼旋转的特点;背斜前翼短、后翼长,后翼的宽度不等于断层滑动量。剪切断层转折褶皱由于受到了额外的剪切而与前文讨论的传统的断层转折褶皱
23、有别。由于剪切通常集中在一些软弱层(例如页岩或蒸发岩)中,因而表现出层平行简单剪切的特点。剪切断层转折褶皱有两个端员类型。简单剪切型:滑脱层遭受外部施加的层平行简单剪切,无底部断层;纯剪型:滑脱层在底部断层上滑动,在断坡之上发生缩短与加厚,而无外加的层平行单剪。单剪和纯剪断层转折褶皱与传统非剪切断层转折褶皱相比,其特点是后翼倾角小于断坡角。两种剪切端员都与断坡底部具有限厚度的软弱滑脱层(图中用灰色表示)内分布式变形有关。在单剪断层转折褶皱作用中,滑脱层遭受外部施加的层平行单剪,但无底部断层滑动;在纯剪断层转折褶皱作用中,底部层在底部断层上滑动,在断坡上缩短与增厚,而没有遭受外部作用的单剪。生长
24、地层表明剪切断层转折褶皱受到翼旋转及膝折带迁移导致的翼增长的联合作用, 然而,传统的断层转折褶皱只会随膝折带的迁移而发育。单剪断层转折褶皱作用理论的假设条件和传统断层转折褶皱作用相同(层厚守恒,层长不变,有角度的断层转折和褶皱枢纽),但有限厚度的滑脱层遭受外部施加的均一单剪Ae。在这种条件下,后翼倾角Db与断坡角H和剪切角Ae的关系是: cotAe=sinDb2C1sinDbcotH+1-cosDb2-1sinDbcotH+1-cosDb参数C=1/2。对于纯剪断层转折褶皱作用,C=1。纯剪断层转折褶皱作用理论的假设也与传统断层转折褶皱作用相同(层厚不变,层长守恒,有角度的断层转折和褶皱枢纽)
25、,只是有限厚度(h)的滑脱层在断坡之上遭受了层平行纯剪缩短,从而出现了垂直层面方向上的加厚。后翼内滑脱层的纯剪缩短与加厚要求后翼向斜轴面虽然平分上覆地层的向斜,但不平分滑脱层的向斜。滑脱层内的向斜轴面倾角U为：cotU=2CcotH+1sinDb-cotDb-cotH对于纯剪C=1。上述公式可以用图解表示。一般的剪切断层转折褶皱可能是单剪与纯剪的联合作用,C值在1/2与1之间变化。当发生大位移时,前生长地层的褶皱几何形态接近传统的断层转折褶皱的几何形态,后翼倾角接近断坡角。然而即便如此,生长地层的翼旋转特点可以反映剪切断层转折褶皱活动的特点。据生长地层的形态,也可以区分单剪型与纯剪型断层转折褶
26、皱作用。例如单剪型的背斜后翼见地层超覆现象,而纯剪型的背斜后翼见典型的向上变窄的生长地层。生长断层相关褶皱生长地层或同构造沉积是在变形过程中沉积发育的地层。因此,它记录着构造变形的时间。对于逆断层而言,断层上盘的同生长地层减薄;对于正断层而言,断层上盘的同生长地层加厚。就挤压断层相关褶皱而言,生长地层在褶皱翼部厚,而向顶部减薄。这受控于褶皱机制,也与沉积与隆升的相对速率有关;反过来,地震剖面或露头上生长地层的形态就反映出这两个因素的作用。它能确定构造活动的时间,也给出了构造恢复的限定条件。在沉积速率大于隆升速率时,随着断层相关褶皱的发育,在生长地层中发育由活动轴面与不活动轴面(即生长轴面)限定
27、的三角形区,也称为生长三角。它在褶皱的前翼、后翼不一样,不同的褶皱机制下,其形态也不相同。一般地,发生膝折褶皱时形成生长三角,翼旋转褶皱时生长地层倾角向上呈扇状减小。JohnSuppe建立了生长断层相关褶皱的几何学与运动学模型,表示了断层滑动、褶皱、沉积与构造隆升之间的内在关系。2.3岩石2.3.1 岩石的性质岩石的主要物理性质岩石的主要物理性质有重量、孔隙性、吸水性、软化性、抗冻性。岩石的重量分岩石的比重和容重。比重是岩石固体（不包括孔隙）部分单位体积的重量。重度又称容重，岩石的重度是岩石单位体积的重量，重地=岩石试件的总重量（包括孔隙中的水重）/总体积(包括孔隙体积)。岩石的孔隙性用孔隙度
28、表示，反映岩石中各种空隙的发育程度。孔隙度（%）= 岩石中各种空隙的总体积 / 岩石的总体积。孔隙性对岩石的强度和稳定性产生重要影响。岩石空隙度的大小，主要取决于岩石的结构和构造，同时也受外力因素的影响。岩石的吸水性一般用吸水率表示。吸水率=岩石的吸水重量 / 同体积干燥岩石重量。岩石的吸水率与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度有关。岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸润、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越大。用软化系数作为岩石软化性的指标。软化系数=岩石饱和状态下的极限抗压强度/风干状态下极限抗压强度。软化系数越小，表示岩石的强度和稳定性受水作用的影响越大。一般用岩石在抗冻
29、试验前后抗压强度的降低率表示。岩石抵抗孔隙中的水结冰时体积膨胀的能力。岩石的主要力学性质岩石的主要力学性质分岩石的变形和岩石的强度。1.岩石的变形岩石在弹性变形范围内用弹性模量和泊松比两个指标表示。弹性模量是应力与应变之比。以“帕斯卡”为单位。岩石的弹性模量越大，变形越小。即弹性模量越大，岩石抵抗变形的能力越强。泊松比是横向应变与纵向应变的比。泊松比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。通常所提供的弹性模量和泊松比，只是在一定条件下的平均值。2.岩石的强度(1)抗压强度在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。岩石的抗压强度相差很大。(2)抗拉强度在数值上等于岩石单向拉伸破坏时的最大张应力。
30、岩石的抗拉强度远小于抗压强度，故当岩层受到挤压形成褶皱时，常在弯曲变形较大的部位受拉破坏，产生张性裂隙。(3)抗剪强度抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。在一定压应力下岩石剪断时，剪破面上的最大剪应力，称为抗剪断强度，其值一般都比较高。抗剪强度是沿岩石裂隙或软弱面等发生剪切滑动时的指标，其强度远远低于抗剪断强度。三项强度中，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。抗剪强度约为抗压强度的1040，抗拉强度仅是抗压强度的216。岩石越坚硬，其值相差越大，软弱岩石的差别较小。岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价
31、岩石（岩体）的主要指标，是对岩石(岩体)的稳定性进行定量分析的依据之一。2.3.2岩石的成因类型及其特征组成地壳的岩石按成因可分为岩浆岩（火成岩）沉积岩（水成岩）和变质岩3大类。从各类岩石在地壳表面的分布面积看，沉积岩约占陆地面积的75，变质岩和岩浆岩占25；按质量百分比计算，岩浆岩占89，沉积岩占地壳质量的5，变质岩占6。岩浆岩是岩浆通过地壳运动，沿地壳薄弱地带上升冷却凝结后形成的岩石。分为：侵入岩和喷出岩。侵入岩是岩浆侵入到周围岩层(简称围岩)中形成的岩浆岩。根据形成深度，侵入岩又分为深成岩(形成深度大于5km)和浅成岩(形成深度小于5km)。喷出岩是指喷出地表形成的岩浆岩，一般呈原生孔隙
32、和节理发育，产状不规则，厚度变化大，岩性很不均一，比侵入岩强度低，透水性强，抗风能力差，如流纹岩、粗面岩、安山岩、玄武岩、火山碎屑岩。沉积岩是在地壳表层常温常压条件下，由风化产物、有机物质和某些火山作用产生的物质，经风化、搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石。常见的沉积岩构造有层理构造、层面构造、结核(与周围沉积岩不同的、规模不大的团块体)、生物成因构造(如生物礁体、叠层构造、虫迹、虫孔等)。变质岩是地壳中原有的岩浆岩或沉积岩，由于地壳运动和岩浆活动等造成物理化学环境的改变，使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变化所形成的新的岩石。变质岩的构造主要有板状构造(平行、较密集而平坦的
33、破裂面分裂岩石成板状体)、千枚状构造(岩石呈薄板状)、片状构造(含大量呈平行定向排列的片状矿物)、片麻状构造(粒状变晶矿物间夹鳞片状、柱状变晶矿物并呈大致平行的断续带状分布)、块状构造(矿物均匀分布、结构均一、无定向排列，如大理岩、石英岩)等。2.3.2岩石物理研究进展国外研究现状研究物理学是以研究要是物理性质的相互关系及应用为主的学科。重点研究：在地球内部特殊环境下岩石的行为及其物理性质；研究那些与地球内部构造运动、能源和资源勘察与开发、地质灾害的成因与建在，环境保护与检测等密切相关的问题。2003年R.M.HoltEFKAER在对20种不同泥岩岩芯（孔隙度3%7%）测试分析后，基于Hash
34、in Shtrikman（1963）理论，简历了预测泥岩中声波速度的岩石物理模型，用于预测速度与泥岩的孔隙度、压力、温度及流体饱和度的关系，并首次公开发表了其实验成果。通报过年，Erik DegaarsAvseh首次提出了岩石物理模板技术，及RPT。国内研究现状近几年来，国内开始注重地震岩石物理的综合研究，不仅仅局限于岩石样品测试分析。李风君等（2005）采用RSI岩石建模软件模拟了岩石的矿物组分、孔隙度、所含流体性质以及饱和度等与岩石的纵横度速度、各种弹性模量之间的关系，并测试了岩石物性与地震属性之间的关系；陶果等人（2005）开发了一种模拟多孔岩石导电特性的数值试验新方法，可葱微观孔隙结构
35、尺度上研究复杂孔隙结构岩石的宏观到点特性；金龙等（2006）提出了一种基于岩石物理模型与混合优化算法同时反演孔隙度和饱和度的新方法；马中高等（2006）设计病实现了地震岩石物理分析软件系统；李维新等（2007）根据辽东湾某区在底层条件和不同流体相态下岩芯测试数据，统计分析了俺是弹性参数变化规律，提出低孔、低渗岩石更接近Patchu模型等。第三章 岩石坍塌的机理原因、类型分类3.1坍塌原因分析隧道塌方事隧道施工中，洞顶两侧部分岩石（或岩体）由于中立作用向下崩落的一种不良地质现象。围岩变形和坍塌，除与岩体的初始应力有关外，主要取决于围岩的岩性、结构和构造。影响边坡稳定性的因素有内在因素与外在因素两
36、个方面。内在因素有组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩体结构、地应力等，它们常常起着主要的控制作用；外在因素有地表水和地下水的作用、地震、风化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷载等。显然隧道塌方的原因很多，形成机制十分复杂，隧道塌方主要涉及以下几个方面。3.1.1 地层岩性地层岩性对边坡稳定性的影响很大，软硬相间，并有软化、泥化或易风化的夹层时，地层岩质非渐变过程，接触面较陡，岩石风化程度不一或不同岩性形成软弱带结构，最易造成边坡失稳，在施工过程中因岩质的突变而导致岩石坍塌。3.1.2地质构造地质构造因素包括褶皱、断裂、区域新构造运动及地应力等，这些对岩质边坡的稳定也是主要因素。褶皱、断裂发育地区，
37、常是岩层倾角大，甚至陡立，断层、节理纵横切割，构成岩体中的切割面和滑动面，形成有利于崩塌、滑动的条件，并直接控制着边坡破坏的形成和规模。3.1.3地下水地下水是影响边坡稳定较为重要的外在因素，绝大多数滑坡都与地下水的活动有关。许多滑坡、崩塌均发生在降雨之后，原因在于降水渗入岩土体后，产生不良影响所致。地下水的作用是很复杂的，主要表现在以下几个方面：(1)地下水会使岩石软化或溶蚀，导致上覆岩体塌陷，进而发生崩塌或滑坡(2)地下水产生静水压力或动水压力，促使岩体下滑或崩倒；(3)地下水增加了岩体重量，可使下滑力增大；(4)在寒冷地区，渗入裂隙中的水结冰，产生膨胀压力，促使岩体破坏倾倒；(5)地下水
38、产生浮托力，使岩体有效重量减轻，稳定性下降。 3.2类型分类客观原因：地质条件特殊，岩石岩性不准确，围岩类别有误，节理发育且节理方向非常不利是造成塌方的一个原因。主观原因：初期支护不及时，裸岩暴露时间过长、由局部塔罗而引发大规模塌方以及在围岩类别有变化时，未根据实际情况及时调整初期支护方案，是造成塌方的主要原因之一。爆破施工作业不合理，光面爆破效果差。周边参差不齐，导致初期支护的格栅拱架或工字钢拱架不能与岩面密贴，减弱了支护能力。监控测量手段不得力，未采用超前地质预报，造成施工方案采用不适当的处理措施，失去施工主动权。隧道施工安全意识浅薄，防塌意识不强。如已发现有顶板小岩块剥落等预兆，蛋未引起
39、重视。施工中由于欠挖而进行的二次检底爆破，以及因超挖而回填不及时或不密实都可能造成围岩应力的进一步调整，从而扰动破坏了围岩的稳定，加大产生塌方的隐患。通过以上隧道塌方原因的分析，可以发现，在隧道施工中，塌方是可以避免的。即使是在地质情况很不利的情况下，也可以通过采取相应的预防措施加以避免。因此，要很好预防隧道塌方，必须提高施工队伍的整体素质和综合施工管理水平。第四章 预防岩石坍塌的管理措施与技术措施4.1管理措施施工现场管理事完成一切预防措施的前提和基础，因此，必须加强对现场施工的管理。从提高工作人员的技术水平喝加强岗位责任制出发，进行素质教育，制定性质有效的规章制度，起重最重要的事现场施工人
40、员，必须经过培训和考核合格，具有强烈的责任心、敬业精神，具有较丰富的实践经验与组织能力的人担任。加强施工过程中的“三观察”：观察掌子面的地质情况及开挖成型情况，并特别注意台车钻进时的异常情况，因为开挖钻进时所反映的情况更直接可靠，对于出现的一场现象及时进行分析，并调整爆破、支护参数。观察初期支护，随时对已支护地段进行观察、观测，掌握初期支护的开裂、变形程度。观察围岩变化，对围岩的变化除采用两侧手段外，还应用目测，读局部掉快地段进行分析，及时补强支护，消除隐患，因为局部地段的掉快，不是围岩应力及内部挤压，就是塌方发生的先兆。提高隧道通风及照明技术，强化现场文明施工及标准化工地建设，给隧道施工提供
41、一个良好的施工环境改进管理模式，努力提高管理水平，杜绝“以包代管”，增强工程技术人员施工经验与现场处理突变时间的应变能力。4.2技术措施设计措施隧道工程地质具有特殊性、复杂性、不确定性等特征，在设计阶段，要根据地质情况，制定符合实际、能指导施工的设计方案，设计参数要满足强度要求；在施工阶段根据实际开挖地质及量测结果修正设计方案、开挖方法。超前地质预报对不良地质，通过超前地质预报进一步掌握地质情况，调整支护参数和施工方法，采取防塌措施。早喷锚、强支护，快速封闭成环在不良地质地段施工时，应按照先治水、短开挖、弱爆破、先护顶、早喷锚、强支护、早衬砌的原则稳步前进，合理控制开挖速度，提高初支的刚度和承
42、载力。控制“空间效应”，严防工序失衡循环开挖进尺要短，关进工序间距离要控制，控制仰拱和开挖面距离、二次衬砌和开挖面距离，已开挖段应快速封闭成环，严防工序失衡。通过监控测量指导施工根据量测结果，判断支护体系及围岩的受力与变形情况，调整支护参数、施工方法；采用监控两侧成果检测防塌的效果，指导超前地质预报、设计、施工，实现施工信息化。当发现测量数据不正常变化或突变、洞内或地表位移值大于允许位移值、动内或地面出现裂缝以及喷层出现异常裂缝是，必须停止作业，制定处理措施后在继续施工。处理地表、地下水进洞前应先做好洞口工程，稳定好洞口的边坡和仰坡，做好天沟、边沟等排水设施，确保地表水不致危及隧道的施工安全；
43、采用降、堵、泄等方法处理地下水，提高围岩自稳能力，提高喷射混凝土质量，防止流砂、突水、突泥；及时排水避免岩层长期浸泡。减小爆破震动影响在爆破时，要用浅眼、密眼，并严格控制装药量，用微差毫秒爆破或采用导洞超前、预留光爆层等措施减少爆破对围岩自稳能力的破坏。地层加固改良对松散、无胶结、地强度岩层及开挖后有可能发生流砂、突水、突泥的岩层，根据不同情况采用超前大管棚、超前小导管注浆、水平旋喷桩、地表注浆、水平冻结等方法预加固地层和改良地层，提高围岩自稳能力。加强管理、保证施工质量提高施工人员素质，严格设计、规范和防塌措施施工，加强管理、保证质量。加固措施对应力和应变超限的初期支护和其他坍塌预兆应及时采
44、取措施，根据不同情况，采用嵌钢架、加网喷、加锚、壁厚注浆、体腔模筑混凝土等方法加固，必要时先进行临时支撑、顶柱、扇形支撑、方木垛支撑，然后采取加固措施。制定防塌应急预案储备应急设备、物资，尤其对不良地质隧道、城市地铁隧道、水下隧道均应提前准备，以防不测。对有可能塌方地段，地质情况不清楚、有塌方预兆，加固措施未指定并不实施，不能冒进。参考文献1 靳自兵.火灾事故后果评价方法在LNG储罐发生BLEVE爆炸上的应用J.火灾科学，2004，13(4): 256-262 2 于庭安，戴兴国.LNG储罐火灾和爆炸事故树分析J.中国安全科学学报，2007，17(8):110-1143 陈国华，成松柏.LNG
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