当前课程知识点：地质学与工程地质 > 第12章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析 > 12.2 洞室围岩的变形与破坏 > Chapter 12.2.1 脆性围岩
同学们好 欢迎来到地质学与工程地质课程
地下洞室的开挖 将引起围岩的性状发生变化
除了前面提到的卸荷回弹和应力重分布外
还有水分的重分布 一般来说
洞室开挖后 如果围岩承受不了
回弹应力和重分布应力的作用
围岩将发生塑性变形或破坏
这种变形或破坏 通常从洞室周边
特别是最大压应力或拉应力集中的部位开始
然后逐步向围岩内部发展
并在洞室周围形成松动圈或松动带
围岩内的应力状态
也会因松动圈内的应力释放而重新调整
通常会在围岩的表部形成应力降低区
而高应力集中区则向围岩内部转移
从而在围岩内形成一定的应力分带
围岩表部低应力区的形成
通常会促使岩体内水分
由高应力区向围岩的表部迁移
这不但进一步恶化了围岩的稳定条件
而且会使有些位于围岩表部
易于吸水膨胀的岩层发生强烈的膨胀变形
从而形成很大的围岩压力
围岩的变形破坏形式和特点
除了与岩体内的初始应力状态和洞形有关外
还主要取决于围岩的岩性和结构
这节课我们先来学习
脆性围岩的变形破坏方式
脆性围岩也就是块状结构或层状结构的
坚硬或半坚硬的脆性岩体
这类围岩的变形破坏主要是
在回弹应力和重分布应力作用下发生的
而水分重分布影响比较小
它的变形破坏的方式和特点
除了与岩体的初始应力状态
及洞形所决定的应力状态外
还主要取决于围岩的结构
一般有弯折内鼓 张裂塌落 劈裂剥落
剪切滑移 碎裂松动及岩爆等类型
弯折内鼓是层状 特别是薄层状围岩
变形破坏的主要方式
从力学机制上来看主要有两种情况
一种是卸荷回弹 主要发生在初始应力较高的岩体内
比如深埋洞室或高地应力区
而且总是在与岩体内初始最大
主应力相交的洞壁上表现得最为强烈
当薄层状岩层与这个洞壁平行或近于平行时
洞室开挖后 由于回弹 将会发生这种弯曲
拉裂和折断 最终挤入洞内坍塌
另外一种是由于应力集中
使洞壁处的压应力
超过了薄层状岩层的抗弯折强度而造成的
这种情况主要发生在洞室周边
有较大压应力集中的部位
比如洞室的角点
或与岩体初始最大主应力平行或近于平行的洞壁上
在厚层状或块状岩体内的洞室拱顶部位
通常会发生张裂塌落破坏
当N小于1 也就是说垂直应力大于水平应力时
拱顶将产生张应力集中
从而会发生垂直张裂 甚至重力塌落
当N不等于0 也就是说水平应力不等于0时
顶拱塌落引起洞室的宽高比减小
从而使顶拱处的拉应力集中
也处于减小 甚至转化为压应力
当顶拱处的拉应力减小到岩体的抗拉强度时
顶拱与围岩就趋于稳定
坍塌也就不再发生
也就是说在这种情况下
顶拱的塌落只是局限在一定的范围内
而当N等于0时
塌落可以达到地表 也就产生冒顶破坏
劈裂剥落主要是由于过大的切向压应力
导致围岩表部发生平行于洞室周边的破裂
这些破裂面将围岩切割成
由几厘米到几十厘米的薄板
当切向压应力大于劈裂岩板的抗弯强度时
这些岩板还可能被压弯 折断并造成塌方
从而转化为类似于弯折内鼓的破坏
这种破坏主要发生在厚层及块状岩体内
当N小于1时 破坏发生在边墙上
如果N大于1
破坏一般发生在顶拱部位
剪切滑移一般发生在厚层状或块状结构的岩体中
在水平应力大于垂直应力的地应力场中
这类破坏通常发生在顶拱压应力集中较高
且有倾斜断层发育的部位
当沿断层面的剪应力超过它的抗剪强度时
将使上部的岩体产生滑移和拉裂
当N小于1时
这类破坏则通常发生在边墙压应力集中较高
且有陡倾角断层发育的部位
同样 当沿着断层面的剪应力超过它的抗剪强度时
围岩将沿着断层面发生剪切滑移
造成边墙失稳
碎裂松动通常是碎裂结构的岩体变形破坏
的主要方式 洞体开挖后
如果围岩应力超过了它的屈服强度
这类围岩就会沿着多组
已有的结构面发生剪切错动 松驰
并在围岩范围内形成一定的
碎裂松动带或松动圈
这种碎裂松动带本身就是不稳定的
特别是当有地下水参与时
非常容易引起顶拱的坍塌和边墙的失稳
在地下开挖和开采过程中
围岩的破坏有时会突然的
以爆炸的形式表现出来
这就是岩爆
岩爆对于地下工程通常会造成很大的危害
有时甚至造成重大的人员伤亡和工程事故
因此研究岩爆的发生 发展和防治
对于地下工程安全具有重要的意义
岩爆实质上是洞室围岩一种
伴有突然释放大量潜能的剧烈的脆性破坏
从岩爆产生的条件来看
高蓄能岩体及应力接近于岩体强度
是产生岩爆的内在因素
而一些突发效应 比如爆破
机械和围岩局部破裂而引起的弹性振动
以及快速挖掘引起的突然应力集中现象
是岩爆产生的外因
高蓄能岩体是岩爆产生的重要内因
它的分布除了与岩性有关外
还主要取决于高应力集中区的分布
这也就决定了岩爆通常发生的一些部位
比如原岩应力状态及洞形
所决定的围岩内最大压应力集中区
围岩表部高变异应力 残余应力
及由岩性条件决定的局部应力集中区
比如夹在软岩中的坚硬岩体
断层 软弱破碎岩墙等软弱结构面附近
洞体与这些软弱结构面形成的应力集中局部增高区
还有已有洞体内因新开挖影响
而出现的高应力集中区
好 这节课我们学习了在脆性岩体中
开挖地下洞室时围岩的变形破坏方式
通过这节课的学习
同学们要掌握脆性围岩中常见的变形破坏方式
发生机理 从而为分析
和评价洞室围岩稳定性奠定基础
-0.1 人类工程活动与地质环境
-0.2 工程地质学的任务
-知识巩固--作业
-1.1 地球的形成与演化
-1.2 地球的基本性质
-1.3 岩石圈板块构造与地质作用
-知识巩固
-2.1 地壳运动
--默认
-2.2 岩浆作用
-2.3 变质作用
-2.4 地震作用
-知识巩固
-3.1 引述
-3.2 风化作用
-第3章 外动力地质作用--3.2 风化作用
-3.3 地面流水的地质作用
-3.3 地面流水的地质作用--作业
-3.4 风的地质作用
-3.4 风的地质作用--作业
-3.5 冰川的地质作用
-3.5 冰川的地质作用--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-4.1 矿物
-第4章 矿物与岩石--4.1 矿物
-4.2 岩浆岩
-第4章 矿物与岩石--4.2 岩浆岩
-4.3 沉积岩
-4.3 沉积岩--作业
-4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-基础篇
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-提高篇
-5 地质年代
-知识巩固--作业
-6.1 水平构造与倾斜构造
-6.2 褶皱构造
-6.3 断裂构造
-第6章 地质构造--知识巩固-基础篇
-第6章 地质构造--知识巩固-提高篇
-7.1 概述
-7.2 地质图的表示方法
-7.3 地质图的阅读和分析
-第7章 地质图--知识巩固-基础篇
-第7章 地质图--知识巩固-提高篇
-8.1 基本概念
-8.1 基本概念--作业
-8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-第8章 地下水--8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-8.3 地下水的运动
-8.3 地下水的运动--作业
-8.4 地下水的水质
-8.4 地下水的水质--作业
-8.5 与地下水有关的工程地质问题
-8.5 与地下水有关的工程地质问题--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-第8章 地下水--知识巩固-提高篇
-9.1 土的物质组成
-9.1 土的物质组成--作业
-9.2 土的基本性质
-9.2 土的基本性质--作业
-9.3 土的工程分类
-9.4 特殊土及工程性质
-9.4 特殊土及工程性质--作业
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-基础篇
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-提高篇
-10.1 概述
--10.1练习
-10.2 岩石的物理和水理性质
--10.2练习
-10.3 岩石的力学性质
--10.3习题
-10.4 岩体结构、结构面与结构体
--10.4习题
-10.5 结构面的特征及力学性质
--10.5习题
-10.6 岩体力学性质
--10.6习题
-10.7 岩体的工程地质分类
--10.7习题
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-11.1 斜坡变形与破坏
-11.1 斜坡变形与破坏--作业
-11.2 影响斜坡稳定的因素
-11.3 斜坡稳定性分析
-11.3 斜坡稳定性分析--作业
-11.4 岩质边坡稳定的结构分析法
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施--作业
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-基础篇
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-提高篇
-12.1 地下洞室及其应力重分布
-12.1 地下洞室及其应力重分布--作业
-12.2 洞室围岩的变形与破坏
-12.3 影响洞室围岩稳定性的因素
-12.4 洞室围岩失稳的防治措施
-第12章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析--知识巩固
-13.1 水利工程坝基
--Chapter 13.1.1 坝型及对工程地质条件的要求
-13.2 常见地基处理方法
-第13章 地基岩体稳定性工程地质问题分析--知识巩固
-14.1 水库渗漏
-14.2 库岸稳定问题
-14.3 库周浸没及水库淤积
-知识巩固--作业
-15.1 概述
-15.2 工程地质测绘
-15.3 工程地质勘探与野外试验
-15.4 地质罗盘的使用方法
-知识巩固
-汶川地震泥石流——5年的回顾
--汶川地震泥石流
--汶川地震这五年
--解疑答惑
-期末考试
