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1、河北科技大学,上一章回顾,?,概念：,崩塌、落石、滑坡、泥石流、岩溶水、地震、,震源、震中、震中距、地震震级、地震烈度,?,崩塌落石的影响因素,?,滑坡的形成条件和影响因素,?,泥石流形成的三个基本条件,?,岩溶的形成的四个基本条件,?,地震按成因分类,河北科技大学,第六章,地下工程地质问题,河北科技大学,6.1,岩体及地应力的概念,?,6.1.1,岩体的概念,一、岩体,广义岩体,：岩石块体自然组成的“岩石结构物”。具有,不连续性、非均质性和各向异性的特点。,工程岩体,：与工程建筑物应力影响范围内的那部分岩体。,河北科技大学,岩石的工程性质影响因素,：矿物成分、结构和构造,岩体的工程性质影响因
2、素,：岩石，结构面的性质,地基岩体,边坡岩体,洞室岩体,岩体按工程性质分为,河北科技大学,二、结构面,岩体中的不连续界面，通常没有或只有较低的抗,拉强度。,主要指岩体中的各种破裂面、夹层、充填矿脉等。,按,成,因,分,为,原生结构面：,构造结构面：,次生结构面：,岩石形成过程中产生的,地壳运动引起岩石变形破坏形成的破,裂面,地表浅层因风化、卸荷、爆破、剥蚀,等作用形成的不连续界面,河北科技大学,原生结构面：,构造结构面：,次生结构面,：,沉积结构面：,火成结构面：,变质结构面：,层理、层面、软弱夹层,冷缩节理、侵入接触面,片理面,构造节理、断层,风化节理、卸荷节理、爆破节理、,不整合接触面等,
3、河北科技大学,三、结构体,岩体中被结构面切割而产生的单个岩石块体。,影响因素,：结构面组数、密度、产状、长度,河北科技大学,?,6.1.2,岩体结构的概念,?,?,?,?,岩体结构,：岩体中结构面和结构体的组合关系。,岩体结构类型,：岩体中结构面和结构体的组合形式。,?,岩体破坏情况,硬岩,：脆性破坏，主要是沿结构面变形破坏。,软岩,：塑性破坏，主要是整体强度不足而破坏。,岩体变形的显著特点：各向异性。,E,E,?,?,?,?,?,?,河北科技大学,?,6.1.3,地应力的概念,地,应,力,：地壳岩体处在未经人为扰动的天然状态下所,具有的内应力，也称为初始应力或天然应力。,类,型：,主要：自重
4、应力、构造应力,次要：地下水压力、低温应力、结晶应力等,围,岩,：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。,二次应力,：工程开挖后，使一定范围内岩体中的应力,受到扰动而重新分布。又叫二次重分布应,力或围岩应力。,河北科技大学,?,地应力分布规律,（,1,）地壳浅层：水平应力大于垂直应力,（,2,）地壳深层：水平应力约等于垂直应力,（,3,）水平应力主要是构造应力，垂直应力主要是自重应力,v,1,H,v,v,H,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,H,?,v,?,（,4,）垂直应力,与水平应力,的关系：,在岩土工程，地应力有十分重要的意义。,河北科技大学,6.2,洞室围岩变形及破坏的主要类型,
5、围岩稳定性影响因素：,地质因素,工程因素,岩石及岩体的物理力学性质,岩体结构特征,结构面性状,含水状况,地应力状态,工程类型,工程尺寸,施工方法,河北科技大学,?,6.2.1,围岩应力的变化规律,卸荷回弹：,地下洞室开挖后，原有地应力平衡状,态被破坏，岩体内各质点沿最短距离,达到新平衡时的位移现象。,应力集中现象一般发生在洞室横剖面最大尺寸的,56,倍范围内。,塑,性,圈：,洞壁岩体向临空方向位移，在洞壁因,挤压形成切向应力集中，在靠近洞壁,的岩体中形成塑性松动圈。,河北科技大学,应力降低区,应力升高区,天然应力区,洞室开挖形成的三个应力区域,影响塑性圈范围的因素：,岩石强度、岩体结构类型、天
6、然应力高低，,支护的反力大小。,河北科技大学,洞室围岩应力变化规律随洞室形状和侧压力系数变化。,o,?,2,?,?,?,r,?,a 2a 3a 4a 5a 6a 7a 8a,河北科技大学,?,6.2.2,洞室围岩变形和破坏的主要类型,1.,错动松弛,：在多组结构面发育的硬岩岩体，当洞室,开挖后，如果围岩应力超过围岩的屈服,强度，围岩就会沿已有的多组节理发生,剪切错动而松动，在洞室周边的围岩中,形成一个松动圈。,一、岩质围岩变形和破坏的主要类型,2.,剪切滑移,：指围岩当结构面上剪应力超过抗剪强度,而产生的沿结构面剪切滑移。,河北科技大学,3,.,张裂塌落,：拱顶张应力超过岩石抗拉强度，引起岩,
7、石破裂，导至洞顶塌落的现象。,4.,劈裂剥落,：切向应力导至洞室周边岩石形成平行,洞壁的密集破裂，并产生剥落的现象。,5.,弯折内鼓,：径向应力挤压薄层围岩，使之向洞内弯,折内鼓，甚至坍倒的现象。,河北科技大学,6.,岩,爆,：在高应力地区，洞室开挖后，围岩因弹,性应变能突然释放而发生的岩石弹射或,抛出的现象。,7.,塑性挤出,：软弱岩体在洞室开挖后，当围岩应力超,过其屈服强度时，向洞内产生的塑性挤,出的现象。,8.,膨胀内鼓,：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动,圈集中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内,鼓出的现象。,河北科技大学,二、松散围岩变形和破坏的主要类型,1.,重力坍塌,：固结程度差的散
8、体结构围岩，,开挖后在重力作用下自由坍落。,2.,塑流涌出,：当开挖饱水断层破碎带时，松,散物质常形成碎屑流涌出。,河北科技大学,6.3,地下洞室特殊地质问题,?,6.3.1,突水突泥,隧道开挖过程中，突然产生大量的水或泥涌入,隧道的现象。,开,挖,洞,室,：遇相互贯通又富含水的节理、断层破碎带，,蓄水洞穴或地下暗河等，可能产生突水。,已开挖洞室,：与地面有贯通裂缝，暴雨时可能产生突水。,河北科技大学,?,地下洞室大量突水的条件：,洞室通过溶洞发育的石灰岩地段，尤其是遇到暗河系统时,洞室通过厚层的含水砂砾石层,遇到富水的断层破碎带，且与地表水连通时,河北科技大学,?,6.3.2,腐蚀,结晶类腐
9、蚀,分解类腐蚀,结晶分解复合类腐蚀,1.,腐蚀类型,芒硝型腐蚀,石膏型腐蚀,钙矾型腐蚀,酸,型,腐,蚀,碳酸型腐蚀,河北科技大学,2.,混凝土腐蚀严重程度,外观完整，有坚硬感,局部砂浆剥落,局部骨料外露，内部坚硬,表面膨胀隆起，局部呈豆腐渣状,3.,腐蚀易发生地区,无,腐,蚀：,弱,腐,蚀：,中等腐蚀：,强,腐,蚀：,R,、,K,、,J,红层及,T,灰岩等中的含膏地层,泥炭、淤泥、沼泽等地,我国东南沿海有红树残体的冲积层,我国长江以南的酸性红土,含硫矿床的地下水层,冶炼厂、化工厂、废渣场、堆煤场等地的地下水层,河北科技大学,?,6.3.3,地温,G,h,H,T,T,),(,0,?,?,0.05
10、,/,o,G,C,m,k,?,地热梯度,：深度每增加,100m,地温的增加值。,热传导系数,地温的影响因素：,深度，地质构造，火山活动，,地下水温度等。,洞室埋深处地温计算：,河北科技大学,?,6.3.4,有害气体,以甲烷为主的有害气体的总称（包括,CH,4,，,CO,2,，,CO,，,H,2,S,，,SO,2,，,N,2,等），主要发生在含煤地层。,危害条件,施工要求,瓦斯浓度,56%,，能在高温下燃烧,瓦斯浓度为,56%-1416%,，易爆炸，,特别是含量为,8%,时,瓦斯浓度为,4257%,时，易使人窒息。,瓦斯浓度,1%,，不准装药放炮,瓦斯浓度,2%,，工作人员撤离现场,河北科技大学
11、,6.4,围岩工程分级及其应用,w,r,n,a,J,J,RQD,Q,J,J,SRF,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,围岩质量分级：国际工程岩体分级标准（,GB50218-94,）,N.Barton,岩体分类：,铁路隧道围岩分级,河北科技大学,6.5,围岩稳定性评价方法,土体洞室,：土层类型、固结程度、地下水状态、,洞室断面尺寸和形态、洞室埋深等。,岩体洞室,：岩体质量、地下水状态、地应力状态、,洞室断面尺寸和性状、洞室埋深等。,影响地下洞室稳定性的因素：,围岩稳定性评价,：根据不同的岩体结构、不同的受力性质，,简化成不同的力学模型，应用相应的
12、分析,评价方法，研究围岩的变形破坏过程。,河北科技大学,?,几个概念,围岩压力,：围岩作用在支护上的压力，是确定衬,砌设计荷载大小的依据。,松动压力,：由于开挖造成围岩松动而可能塌落的岩体，,以重力形式直接作用在支护上的压力。,变形压力,：围岩变形受到支护限制后，围岩对支护形成,的压力。,膨胀压力,：围岩吸水后，岩体发生膨胀崩解而引起围岩,体积膨胀变形对支护形成的压力。,河北科技大学,围岩工程分级法,理论计算法,图解法,模型试验法,连续介质力学计算法,极限平衡分析法,散体围岩温度计算法,赤平极射投影,数值模型模拟法,物理模型试验法,不受结构面控制时,受结构面控制时,光测弹性模型试验法,相似材料模型试验法,离心模型试验法,河北科技大学,本章小结,?,概念：岩体，结构面，结构体，地应力，围岩,?,地应力变化规律,?,造成地下洞室突水的条件,
