内容摘要“三高一时效”是深部巷道工程重要特点,它严重影响巷道围岩的力学响应。高地温是其中一个非常重要特点, 温度的变化会影响到岩体的性质[ 1] 。在温度作用下岩体内部可能出现促使应变产生或发展的各种热效应, 以及能引起岩石相变的应力张弛。一般来说, 随着温度的增高, 岩石的延性加大, 屈服点降低, 强度也降低, 从而影响巷道围岩的稳定性[ 2] 。温度场对深部巷道围岩应力产生重要影响, 同样温度的作用必将影响巷道围岩的流变特性[4]。 岩体温度是热害矿户的最大热源之一在满足工程计算精度要求的前提下, 简便地计算出井巷围岩中任意空间点的温度分布随通风时间变化的规街, 是矿井风温预测计算的基础理论问题。 国内外学者对深井巷道围岩地温场的温度分布规律曾进行过大量的研究〔’一4 〕, 归纳起来说, 对地温场的分析有三大类方法: (l) 通过地质钻孔测温法了解地温场; (2) 建立理想化的数学模型, 借助电子计算机进行地温场的数值模拟分析; (3) 建立理想化的数学模型, 从数学分析出发, 求解地温场温度分布控制微分方程的解析式。由于描述地温场分布的控制微分方程求解困难, 随着计算机技术的飞速发展, 人们便借助计算机来求其数值解, 并在矿山地热学中取得了一定的成果印随着我国煤矿开采深度的不断增加, 其高温环境引起的热害问题越来越受到国内外学者和工程技术人员的关注, 深井巷道岩体温度是热害矿井的最大热源。巷道围岩的温度场分布研究是基础问题之一, 本文基于地质学和热力学理论, 给出巷道围岩温度场受不同的风流冷却时间的无因次解析式, 并导出调热圈外半径的近似计算式, 针对淮南矿区深部开采的高地温(42 ℃左右),采用有限元软件ANSYS9 .0 对深井巷道围岩的温度分布进行了数值模拟分析。 巷道围岩温度场分部 ( 1) 无渗流状态下, 温度场和温度矢量呈对称分 布, 风流速度对温度分布有明显的影响, 但不改变其 对称分布的状态。 ( 2) 渗流所伴随的热迁移现象改变了温度场和 温度矢量原有的对称分布的状态, 热交换平衡区随 着渗流速度的增加, 将向顺渗流的方向移动, 平衡区 的范围也随之扩大。 气流对温度分布的影响
煤柱尺寸对巷道围岩变形和破坏状况研究摘要：该文对矿区煤柱及围岩现场应力测试，分析了不同地质情况下不同的煤柱尺寸内应力受采动影响的变化趋势，提出如何进行煤柱尺寸的优化设计，从而保证在具体的地质情况及支护方式下煤柱的尺寸满足巷道的正常使用要求。 关键词：煤柱围岩应力；尺寸优化；巷道支护 abstract: in this paper the coal pillar mining area and surrounding rock stress test, analyze the different geological conditions of different internal stress pillar size by mining the change trend of influence, and puts forward how to carry on the pillar size optimization design, so as to ensure the geological conditions in specific ways and the support of the size of the coal pillar meet the normal use of the requirements. keywords: pillar surrounding rock stress; size optimization; of support 中图分类号： p614 文献标识码：a 文章编号： 0 前言 采准巷道[1]大多布置在煤层中，煤柱尺寸不仅对巷道围岩的稳定性有很大影响，而且影响煤炭资源回收率。煤柱尺寸偏小，不能承受采动时矿山压力的影响，容易发生危险事故；煤柱尺寸偏大时，
顺层岩质边坡变形破坏规律的分析 解联库1,杨小聪1,杨天鸿2,唐春安2,郭利杰1 (11北京矿冶研究总院,北京 100044; 21东北大学资源与土木工程学院,沈阳 110004) 摘 要:使用RFPA 边坡版有限元分析程序分析含软弱结构面的顺层岩质边坡的变形破坏情况。结果表明,边坡的破坏主 要是沿滑动面附近的软弱结构面萌生并扩展,含多组软弱结构面的顺层岩质边坡下沉曲线具有呈阶梯式变化的特征。这对在安全位置监测边坡位移变化从而了解整个边坡的变形破坏有积极意义。 关键词:采矿工程;顺层边坡;RFPA 边坡版;软弱结构面;阶梯式变化 中图分类号:TD85416 文献标识码:A 文章编号:1001-0211(2007)02-0075-05 收稿日期:2006-11-24 基金项目:三峡大学防灾减灾实验室开放基金资助项目 (2002ZS03) 作者简介:解联库(1972-),男,陕西兴平市人,工程师,硕士,主要 从事边坡稳定性分析及采矿工程等方面的研究。 岩体经过漫长地质演化作用,在其内部形成大量断层、节理、层理等地质弱面。这些地质弱面对岩质边坡的变形破坏以及边坡的稳定起着明显地控制作用[1-4] 。由于结构面是控制岩石变形、破坏的主 要因素,因此,在岩质边坡稳定性分析中,准确考虑结构面的影响是十分重要的。 因为岩体本身结构的复杂性,其软弱结构面分 布十分复杂,但大多都具有一定的规律性。其往往是成组分布,多组交叉。在评价结构面对边坡变形及边坡稳定性的影响时,要特别注意结构面的产出状态与边坡面的相互关系。冯君等[5-6] 采用多层 结构模型,对影响顺层岩质边坡稳定性的部分因素进行了分析,给出了顺层边坡的定义。张菊明等[7] 从动力学角度对层状岩体边坡的稳定性进行研究,丰富了边坡稳定性研究的内容。郑颖人等 [8] 利用 有限元强度折减法对节理岩质边坡进行稳定性分析,为节理岩质边坡稳定分析开辟了新的路径。刘小丽等 [9] 采用机动位移法和能量系数对含多个柔 软夹层的岩体边坡的稳定性进行评价,并用极限平衡法验证该方法的可行性,为边坡稳定分析提供了一种新的便捷、有效方法。 利用能够分析岩石破坏过程的RFPA 边坡版有限元程序,对顺层岩质边坡的变形破坏及稳定性进行分析。通过对含软弱结构面的顺层岩质边坡变形破坏进行分析,发现边坡的破坏主要是沿滑动面 附近软弱结构面进行的,得到了一些新颖的和有意义的结论。 1 RFPA 边坡版分析程序简介 所用的RFPA 边坡版是可以分析岩质边坡变形破坏过程的有限元强度折减程序。其可以考虑岩石材料的非均匀性,首先把岩石离散成适当尺度的细观基元,按照给定的Weibull 统计分布函数对这些基元的力学性质进行赋值,这些细观基元可以借 助有限元法来计算其受载条件下的位移和应力,破坏准则选用摩尔-库仑准则和最大拉应力准则,可以考虑岩石材料的剪切破坏和拉伸破坏[10]。RFPA 边坡版分析程序采用有限元强度折减法,就是在弹塑性有限元计算中将岩土体强度参数逐渐降低直到其产生破坏,程序可以自动根据其弹塑性计算结果得到边坡的动态破坏过程及自动搜索破坏时滑动面。 RFPA 边坡版中稳定性系数的定义和传统的弹塑性有限元边坡稳定性系数的定义在本质上是一致的,不同之处在于传统的弹塑性有限元法破坏准则采用摩尔-库仑屈服准则,只考虑了材料的剪切破坏,而RFPA 边坡版中考虑了材料的非均匀性,破坏准则选用摩尔-库仑准则和最大拉应力准则,可以考虑材料的剪切破坏和拉伸破坏,可以动态模拟岩体的渐进破坏过程,使得RFPA 边坡版在岩石材料破坏机理的分析上更为全面。 RFPA 边坡版中基元在理想单轴受力状态下满足的剪切损伤与拉伸损伤本构关系如图1所示,图1中:f c 0-基元的单轴抗压强度;E c 0-基元的最大压缩主应力达到其单轴抗压强度时对应的最大压缩 第59卷 第2期 2007年5月 有 色 金 属Nonferrous M etals Vol 159,No 12 M ay 2007
B RIDGE&TUNNEL 桥梁隧道 毫无疑问，隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要的。从许多隧道发生的交通事故中可以知道，隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关，而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理，才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。 岩石性质及岩体的结构 围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性，是影响围岩稳定性的基本因素。从岩性的角度，可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩，塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等，通常具有风化速度快，力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质，故对隧道围岩的稳定最为不利；脆1性围岩主要各类坚硬体，由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度，故这类围岩2的强度主要取决于岩体的结构，岩性本身的影响不是很显著。从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQD、节理组数J n、节理面粗糙程度J y、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SRF 八类因素进行定量分析) 角度，可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩) 即围岩为完整或较完整。那么，隧道开挖后，围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏， 即使发生破坏，变形的量值也是较少 的。这种情况下，围岩岩性对围岩的稳 定性的影响是很微弱的，即一般是稳定 的，可以不采取支护，能适应各种断面 形状及尺寸的隧道。如果隧道围岩的整 体性质差、强度低，节理裂隙发育或围 岩破碎(如塑性围岩)即围岩为破碎、较 破碎或极破碎，则围岩的二次应力会产 生较大的塑性变形或破坏区域，同时节 理裂隙间的岩层错动会使滑移变形增 大，势必给围岩的稳定带来重大的影 响，不利于隧道洞室稳定;软硬相间的 岩体，由于其中软岩层强度低，有的因 层间错动成为软弱围岩而对围岩的稳定 性不利。 从岩体的结构角度，可将岩体结 构划分为整体块状结构(整体结构和块 状结构) 、层状结构(薄层状结构和厚层 状结构) 、碎裂结构(构镶嵌结构和层状 碎裂结构) 、散体结构(破碎结构和松散 结构) 。松散结构及破碎结构岩体的稳 定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状 块体最好。对于脆性的厚层状和块状岩 体，其强度主要受软弱结构面的分布特 点和较弱夹层的物质成分所控制，结构 面对围岩的影响，不仅取决于结构面 的本身特征，还与结构面的组合关系 及这种组合与临空面的交切关系密切 相关。一般情况下，当结构面的倾角 ≤30°时，就会出现不利于围岩稳定 的分离体，特别是当分离体的尺寸小 于隧道洞跨径时，就有可能向洞内产 生滑移，造成局部失稳;当倾角> 30° 时，将不会出现不利于围岩稳定性的 分离体。而软弱夹层对围岩稳定性的 影响主要取决于它的性状和分布。一 般认为软弱夹层的矿物成分、粗细颗 粒含量、含水量、易溶盐和有机质等 的含量是决定其性质的主要因素，对 不同类型的软弱夹层，这些因素是不 大相同的。由于软弱夹层的抗强度较 低，故不利于隧道围岩的稳定。 围岩岩体的变形和破坏的形式特 点，不仅与岩体内的初始应力状态和隧 道形状有关，而且还与围岩的岩性及岩 体结构有关，但主要的是和围岩的岩性 及结构有关(见表1) 。 岩体的天然应力状态 岩体的天然应力是岩体的自重应 力、构造应力、变异及残余应力在某一 个具体地区以特定方式作用的结果。已 经有大量的实践资料证明，大多数地区 的岩体的天然应力状态是以水平方向为 主的即水平应力通常大于垂直应力。一 般情况下，隧道轴向与水平主应力垂 直，以改善隧道周边的应力状态。但水 平应力很大时，则隧道方向最好与之平 行以保证边墙的稳定性。然而，岩体的 天然应力对隧道的影响主要取决于垂直 于隧道轴向水平应力的大小与天然应 力的比值(ζ) ，它们是围岩内应力重分 布状态的主要因素。例如，圆形隧道， 当ζ= 1 时，围岩中不会出现拉应力集 中，压应力分布也比较均匀，围岩稳定 性最好;当ζ≤1/ 3 时围岩出现拉应力， 压应力集中也较大，对围岩稳定不利。 最大天然主应力的数量级及隧道轴向的 关系，对隧道围岩的变形特征有明显的 影响，因为最大主应力方向围岩破坏的 概率及严重程度比其它方向大。因此， 估算这种应力的大小并设法消除或利用 非常重要的。 地质构造 褶曲和断裂破坏了岩层的完整性 降低了岩体的力学强度，一般来说，岩 分析影响隧道围岩稳定性因素 文/王冠勇 TRANSPOWORLD 2012No.13(Jul) 234
深部围岩变形破坏时效性分析 1.引言 围岩应力场和位移场的分布规律是地下工程设计中必须解决的主要问题。地下洞室的失稳破坏，往往是从洞室周边开始、由于围岩应力超载或围岩位移过量所致，而岩石的流变性使得围岩的变形具有很强的时效性。一方面由于岩石和岩体本身的结构和组成反映出明显的流变性质，另一方面也由于岩体的受力条件(包括长期受力和三轴应力状态)使流变性质更为突出，因此，在矿山和地下工程中表现的力学现象，包括地压、变形、破坏等等几乎都与时间有关。巷道或隧道开挖后，在地应力的作用下，围岩往往会向巷道或隧道内慢慢地移动收敛，具体表现是:侧墙逐渐向内移动，底板慢慢隆起，顶拱则进一步开裂。各种长期监测资料表明，自洞室开挖至数月或数年内，围岩的变形和应力分布均随时间发生变化。现在己经认识到岩体流变的普遍性，并用塑性流动和粘性流动来解释地下工程的时间效应问题。岩石的流变变形也是导致岩体地下工程中支护结构产生变形和破坏的主要原因，作用于地下结构衬砌上的载荷会随时间而增长，大型边坡和地下洞室的变形会逐渐加大，甚至会引起灾难性的后果。 因此，对地下洞室变形时效性的研究，也是我们在地下工程中合理选择支护类型及支护结构的前提，对于研究开挖后的工程岩体的动态特征以及岩体工程的设计，均具有十分重要的意义。 2.岩体时效(Rock Timeliness)的影响因素 岩体流变性质和时效特征是岩石材料的固有力学属性，也是用以解释和分析地质构造运动现象和进行岩体工程长期稳定性预测的重要依据。根据大地构造测试结果，地壳目前的平均蠕变速率为106l/s。不少大断层至今仍有持续移动的迹象。在边坡、隧洞、基坑、矿井、铁路路基等岩体工程中，岩体流变现象很常见。近年来，由于能源开发的扩大和环境保护要求的提高，所进行的天然气、液化气、油料以及核废料地下储藏课题研究，将岩石材料在不同荷载水平和不同温度条件下的长期变形与稳定问题提到了十分紧迫和重要的地位。一般认为，岩体工程中的时间效应主要是由以下几个方面的因素所引起的： (l)、岩石材料本身所具有的粘性性质，如蠕变、松弛、滞后以及弹性后效等。一般的软岩，如盐岩、泥岩、粘土岩等，其粘滞系数都达到106-109MPa.S。硬岩的流变性态相对较弱，如测得的花岗岩的粘滞系数为1013MPa .S。然而，由于受到成岩过程中的地质构造运动影响，岩石材料中存在各种裂隙、节理、层理等构造面，这一结构特点导致脆性岩体亦呈现较强的
某滑坡的变形和破坏机理分析研究 介绍了某滑坡的特征，分析了滑坡区区域工程地质和水文地质特征，对该滑坡体的变形和破坏机理进行了研究和分析。分析表明：人为活动和地形地貌是滑坡发生变形破坏的主要因素，降雨诱发、岩层产状等因素是造成滑坡发生滑动和进一步破坏的诱发因素。 标签：滑坡变形破坏诱发因素 1概述 塔山滑坡位于广东省开平市长沙区平岗村塔山开元塔底。由于建设工程的需要，在塔山的东南侧进行采石，采用放炮等土石法，致使塔山南侧岩石大量开采形成陡崖，并使周边岩土体产生裂缝，之后由于人为因素和自然因素的影响，塔山南侧裂缝逐渐扩大，至90年代，开始形成滑坡。1999～2001年，在修建塔山公园公路时对山体坡脚进行开挖，在公路北侧形成高约10～17m，坡度约35～45°的高陡边坡，滑坡距公路最近的平岗村居民区约22m，山坡坡脚距公路最近仅2m左右。2004年和2005年雨季，由于连降暴雨，滑坡有活动下滑的趋势，滑坡体前缘公路路面隆起，最高处隆起约40cm，隆起部分面积约有20～30m2，公路北侧排水沟产生变形歪斜，部分已经破坏，水沟上方在雨水后有地下水浸出，形成间歇性下降泉，平岗村内部分房屋墙面产生裂痕，进出塔山公园的公路曾数次被塔山山坡上崩塌的土体破坏。 2滑坡变形形态特征 X 根据实地踏勘，除滑坡体后壁出现较大裂缝外，滑坡周界及滑坡体底部也有约13处裂缝，现将裂缝走向一致的裂缝分为一组，共五组裂缝（表1）。 3滑坡体的工程地质与水文地质特征 塔山滑坡滑坡体主要由第四系坡积土层、风化残积土层、侏罗系中上统百足山群、全风化、强风化、少量中风化基岩组成（见图1）。滑坡体中上部为残积土层，主要由粉土、粉质粘性土组成，呈可塑状或松散状，含较多的碎石和砂、砾石，透水性较好；风化残积土层主要由粉质粘性土，含少量碎石和砂砾石组成，局部夹有全风化、强风化岩，其透水性较差；基岩主要为全风化、强风化泥质粉砂岩，含少量强、中风化岩块，其透水性较好；滑床基本处在中—微风化泥质粉砂岩、粉砂质泥岩中，岩石呈中厚层状，岩质坚硬，局部裂隙发育，透水性好。 滑坡区地下水主要为第四系冲积土层、残坡积土层中的孔隙水和基岩裂隙水，地下水补给来源主要为大气降水的渗入补给和相邻含水层之间的侧向补给。
浅谈跨采巷道围岩变形破坏与控制 张玉涛 （淮北矿业集团公司临涣煤矿，安徽淮北235136） 摘 要 该文主要介绍了跨采巷道围岩的变形机理及变形特点，并概述了跨采巷道围岩稳定控制的关键。关键词 跨采巷道 围岩变形 控制 中图分类号TD325 文献标识码 A doi ：10．3969/j．issn．1005－2801．2012．06．106 Brief Talk on Deformation And Control Of Surrounding Rocks Of Roadway Affected By Overhead Mining Zhang Yu －tao （Linhuan Coal Mine ，Huaibei Mining Industy Group ，Huaibei 235136，China ） Abstract The paper presented the deformation mechanism and features of surrounding rocks of roadway affected by overhead mining ，and briefly summa-rized the key of control measures of roadway affected by overhead mining． Key words roadway affected by overhead mining deformation of surrounding rocks control *收稿日期：2012－05－08 作者简介：张玉涛（1982－），男，安徽阜阳人，2011年本科毕业于安徽理工大学采矿工程专业，助理工程师，现任淮北矿业集团临涣煤矿综采三区主管技术员。 我国现阶段煤层底板巷道主要采用跨采的方式，跨采形式分为横跨和纵跨两种方式，跨采巷道受采动影响的程度主要取决于巷道位置、围岩性质及巷顶与煤层底板的垂直间距。在开采过程中，只有了解跨采巷道的变形破坏机理，合理布置巷道，因地制宜的采取有效的加固维护措施，才能够减少巷道变形量，满足矿井通风、运输和行人的要求。1跨采巷道变形破坏机理1．1 底板垂直应力传递规律 在工作面的推进过程中，随着上覆岩层自上而下的冒落、破断与沉降，工作面前方煤壁会形成超前支承压力，在采空区则会出现应力降低现象即卸压，在底板岩层中，也会相应的出现垂直应力的集中区和卸压区，它与支承应力的分布大体是相一致的。 煤壁下方应力集中等值线呈现出斜向煤壁前方的泡形传递状态，采空区下方则是斜向煤壁后方的泡形。当巷道位于采空区下方时，巷道处于卸压状态，主要受水平应力作用；当跨采巷道位于煤柱下方时，巷道位于应力集中区，垂直应力占主导地位。随着底板岩层深度的增加，应力集中系数和卸压程度减小，应力分布逐步缓和。1．2 跨采巷道变形破坏机理 在工作面的跨采过程中，跨采巷道的围岩应力平 衡状态被扰动，进而在跨采巷道某些部位产生了新的应力集中，底板巷道围岩处于二向围压状态，本身经受不住大的变形能量，因此，跨采巷道周边围岩的应力状态将再次调整，塑性区的范围进一步扩大，并产生更大的压力和流动，最终导致跨采巷道围岩的最外层破裂区范围不断扩大，产生更大的碎胀变形。 跨采巷道变形失稳主要是由剪胀变形作用导致的，破裂区范围内的围岩自身稳定性差，围岩和支护体系的相互作用决定了跨采巷道能否长期保持稳定以及受跨采影响的程度和范围。2跨采巷道围岩变形特点2．1 跨采方式不同 工作面开采时，横跨巷道存在围岩变形的相对稳定区，与横跨巷道相比，纵跨巷道围岩变形破坏严重，无相对稳定区，巷道的变形主要是顶底板的移近造成的，且变形量呈持续上升趋势。2．2 巷道位置不同 跨采巷道围岩变形与巷道所处位置密切相关。当巷道位于采空区下方时，巷道总体变形量较大，变形特征以两帮内移为主；当跨采巷道位于停采线下方时，巷道煤柱侧帮部及底板变形较大；当跨采巷道位于煤柱下方时，巷道变形强烈，变形特征呈全断面收缩，底鼓严重。随着与工作面垂距的加大，巷道的变形破坏程度减小。3跨采巷道的围岩稳定控制3．1 跨采巷道的位置优化 由于底板应力传播特性以及矿压显现的区域性， 4 7 12012年第6期
一“直冲”破坏 1从外行的角度谈谈子弹射击玻璃的破坏现象，当高速子弹射到四边嵌固的平板玻璃上， 在冲击波与子弹冲量作用下，玻璃将被直穿出一个孔，此可称为“直冲”，这大概是冲 击波速远大于玻璃的应力波速度而造成上述的所谓“直冲”破坏；当一位大力士用尖头 锤击玻璃，在猛烈的敲击下，玻璃将会产生钉锤下的小孔及其沿小孔周边呈局部的放射 状的裂缝，这样的破坏现象很类似我们钢筋混凝土板发生的受冲切承载力破坏，故可称 之为“冲切”；如果对该平板玻璃施加一个居中的集中荷载，按静力加荷方式直至玻璃 破坏，此时会发现平板玻璃的跨厚比较大的情况下，会出现类似数条大裂缝而迅即脆性 破坏，这属玻璃特性，但在此拟其为呈平板结构的受弯状破坏，或者此拟为钢筋混凝土 平板呈双向板塑性铰线似的破坏。 2对金属板产生“直冲”破坏的典型例子是：冲床冲孔，其孔必然是垂直的。 3发生“直冲”破坏的条件是：被“直冲”破坏的板类部件本身要具备足够的刚性和整体 承载力，才能实现局部的“直冲”破坏；局部的“直冲”承载力将会受到周边结构部位 的约束，其“直冲”能力将会有较大提高，这里可能会涉及双向或三向的强度问题。 4对钢筋混凝土板进行“直冲”的试验研究，据我的估计是极少的，在六十余载从事钢筋 混凝土研究中，甚少见到这方面的论文可供参照。我个人曾在下放到预制构件厂工作时，模拟杯口基础底板冲切试验，但发现破坏均呈“冲切”的喇叭口状，如下列图示；对于 素混凝土板进行“直冲”试验，按我的想象，可按下列图示来做： （a）素混凝土“冲切”试验（b）素混凝土“直冲”试验 素混凝土板试验 从上述两种破坏图示意中可知，两种试验的承载力值必定是： 实际冲切锥呈喇叭状破坏面上主要靠混凝土抗拉强度来抵抗破坏面上的主拉应力（概念 表述，并不准确）；而在“直冲”试验中，“直冲柱体”受到周边混凝土块体的约束， 沿破坏面上的压剪强度会有较大提高。 因此，不能简单地看到柱头顶穿楼板呈“直冲柱体”状的破坏面，就认为是“直冲”破坏。 二“直剪”破坏
分析影响隧道围岩稳定性因素 习小华 摘要:主要对影响隧道围岩稳定性的自然因素如岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水进行了详细的分析。 关键词:围岩稳定性;天然应力状态;地质构造 毫无疑问,隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要的。从许多隧道发生的交通事故中可以知道,隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关,而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理,才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。 1 岩石性质及岩体的结构 围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性,是影响围岩稳定性的基本因素。从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要各类坚硬体,由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度,故这类围岩的强度主要取决于岩体的结构,岩性本身的影响不是很显著。从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQD、节理组数J n、节理面粗糙程度J y、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SRF 八类因素进行定量分析) 角度,可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩) 即围岩为完整或较完整,那么,隧道开挖后,围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏,即使发生破坏,变形的量值也是较少的。这种情况下,围岩岩性对围岩的稳定性的影响是很微弱的,即一般是稳定的,可以不采取支护,能适应各种断面形状及尺寸的隧道。如果隧道围岩的整体性质差、强度低,节理裂隙发育或围岩破碎(如塑性围岩)即围岩为破碎、较破碎或极破碎,则围岩的二次应力会产生较大的塑性变形或破坏区域,同时节理裂隙间的岩层错动会使滑移变形增大,势必给围岩的稳定带来重大的影响,不利于隧道洞室稳定;软硬相间的岩体,由于其中软岩层强度低,有的因层间错动成为软弱围岩而对围岩的稳定性不利。 从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构(整体结构和块状结构) 、层状结构(薄层状结构和厚层状结构) 、碎裂结构(构镶嵌结构和层状碎裂结构) 、散体结构(破碎结构和松散结构) 。松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。对于脆性的厚层状和块状岩体,其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制,结构面对围岩的影响,不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。一般情况下,当结构面的倾角≤30°时,就会出现不利于围岩稳定的分离体,特别是当分离体的尺寸小于隧道洞跨径时,就有可能向洞内产生滑移,造成局部失稳;当倾角> 30°时,将不会出现不利于围岩稳定性的分离体。而软弱夹层对围岩稳定性的影响主要取决于它的性状和分布。一般认为软弱夹层的矿物成分、粗细颗粒含量、含水量、易溶盐和有机质等的含量是决定其性质的主要因素,对不同类型的软弱夹层,这些因素是不大相同的。由于软弱夹层的抗强度较低,故它不利与隧道围岩的稳定。 围岩岩体的变形和破坏的形式特点,不仅与岩体内的初始应力状态和隧道形状有关,而且还与围岩的岩性及岩体结构有关,但主要的是和围岩的岩性及结构有关(见表1) 。
围岩变形弹塑性分析 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
§ 隧道围岩重分布应力的计算 隧道开挖前，岩体中每个质点均受到天然应力的作用而处于相对平衡状 态；隧洞开挖后，洞壁岩体因失去了原有岩体的支撑，破坏了原有的平衡状态，从而产生向洞内空间的膨胀变形，其结果又改变了相邻质点的相对平衡关系，引起应力、应变和能量的重新调整，达到新的平衡关系，形成新的应力状态。 弹性围岩重分布应力 对于那些坚硬致密的块状岩体，当天然应力大约等于或小于其单轴抗压强度的一般时，隧道开挖后的围岩将呈弹性变形状态。这类围岩可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，其围岩应力重分布可用弹性力学的基本理论来分析，隧洞半径相对于洞长很小时，可按平面应变问题考虑，围岩重分布应力可用柯西（Kirsh ）课题求解。 图2-1是柯西课题的简化模型。设无限大弹性薄板，在边界上受沿X 方向的外力P 作用，薄板中有一半径为R 0的圆形小孔。取如图极坐标，薄板中任一点M （r ，θ）的应力及方向如图所示，按平面问题考虑，不计体力，则M 点的各应力分量，即径向应力?r 、环向应力?θ和剪应力τθ与应力函数?间的关系，根据弹性理论可表示为： 22222 2 21111r r r r r r r r r θθ θ θφφσθφσφφτ??=+???=?????? ?? =?? ?? ?? -???（2-1） 上式的边界条件为： ()()() ()000cos 22 2 sin 22 r r b r r b r r r b r b p p b R p b R b R σθτθ στ====? =+ ? ?? =- ?? ? ==?? （2-2） 设满足该方程的应力函数φ是： () 222ln cos 2A r Br Cr Dr F φθ-=++++（2-3） 带入上式并考虑边界条件，可求得应力函数为： 2222 00222 00ln 1cos 22222pR R r r r R R r φθ? ?=-----?????? （2-4） 代入可得各应力分量：
金属材料与热处理陈健 晶体的缺陷第二章金属材料的性能 ⑴了解金属材料的失效形式， ⑵了解塑性变形的基本原理， ⑶提高对金属材料的性能的认识。 正确理解载荷，内力、应力的含义。 应力的应用意义。 ⑴与变形相关的概念 ⑵金属的变形 讲授、提问引导、图片展示、举例分析、
一，晶体的缺陷： 1点缺陷：间隙原子，空位原子，置代原子，在材料上表现为：使材料强度，硬度和电阻增加。 2线缺陷：刃位错（如图：P-6），在材料上表现为：使得金属材料的塑性变形更加容易。 3面缺陷：有晶界面缺陷和亚晶界面缺陷，表现为金属的塑性变形阻力增大，内部具有更高的强度和硬度。因此晶界越多，金属材料的力学性能越好。 第二章金属材料的性能 导入新课： 我们经常见到一些机械零件因受力过大被破坏，而失去了工作能力。大家能否举些身边的例子呢？ ——如：弯曲的自行车辐条，断掉的锯条、滑牙的螺栓等。 机械零件常见的损坏形式有三种： 变形：如铁钉的弯曲。 断裂：如刀具的断崩。 磨损：如螺栓的滑扣。 本次课给大家介绍金属材料损坏的形式、变形概念与本质等等，首先我们来了解一些基本概念。
一、与变形相关的概念 ㈠、载荷 1、概念 金属材料在加工及使用过程中所受的外力。 2、分类：根据载荷作用性质分，三种： ⑴、静载荷：大小不变或变化过程缓慢的载荷。 ——如：桌上粉笔盒的受力，用双手拉住一根粉笔两端慢慢施力等。 ⑵、冲击载荷：突然增加的载荷。 ——如：用一只手捏住粉笔的一端，然后用手去弹击粉笔。 ⑶、变交载荷：大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。 ——如：通过在黑板上绘图分析自行车轮转动时辐条的受力。 根据载荷作用形式分，载荷又可以分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭曲载荷等。 拉伸载荷压缩载荷弯曲载荷 剪切载荷扭曲载荷 ㈡、内力 见车工工艺书 P32， 图2—20
第三章岩体的变形与破坏 变形：不发生宏观连续性的变化，只发生形、体变化。 破坏：既发生形、体变化、也发生宏观连续性的变化。 1．岩体变形破坏的一般过程和特点 （1）岩体变形破坏的基本过程及发展阶段 ①压密阶段（OA段）： 非线性压缩变形—变形对应力的变化反应明显； 裂隙闭合、充填物压密。 应力-应变曲线呈减速型（下凹型）。 ②弹性变形阶段（AB段）： 经压缩变形后，岩体由不连续介质转变为连续介质； 应力-应变呈线性关系； 弹性极限B点。 ③稳定破裂发展阶段（BC段）： 超过弹性极限（屈服点）后，进入塑性变形阶段。 a．出现微破裂，随应力增长而发展，应力保持不变、破裂则停止发展； b.应变：侧向应变加速发展，轴向应变有所增高，体积压缩速率减缓（由于微破裂的出现）；
④不稳定破裂发展阶段（CD段）： 微破裂发展出现质的变化： a.破裂过程中的应力集中效应显著，即使是荷载应力保持不变，破裂仍会不断地累进性发展； b. 最薄弱部位首先破坏，应力重分布导致次薄弱部位破坏，直至整体破坏。“累进性破坏”。 c. 应变：体积应变转为膨胀，轴向及侧向应变速率加速增大； ※结构不均匀；起始点为“长期强度”； ⑤强度丧失、完全破坏阶段（DE段）： 破裂面发展为宏观贯通性破坏面，强度迅速降低， 岩体被分割成相互分离的块体—完全破坏。 （2）岩体破坏的基本形式 ①张性破坏（图示）； ②剪切破坏（图示）：剪断，剪切。 ③塑性破坏（图示）。 破坏形式取决于：荷载条件、岩体的岩性及结构特征； 二者的相互关系。 ①破坏形式与受力状态的关系： a.与围压σ3有关： 低围压或负围压—拉张破坏（图示）； 中等围压—剪切破坏（图示）； 高围压（150MN/m2=1500kg/cm2）—塑性破坏。 的关系： b.与σ 2 σ2/σ 3 <4（包括σ 2 =σ3），岩体剪断破坏，破坏角约θ=25°； σ2/σ 3 >8（包括σ 2 =σ1）：拉断破坏，破坏面∥σ1，破坏角0°; 4≤σ2/σ3≤8：张、剪性破坏，破坏角θ=15°。 ②破坏形式与岩体结构的关系： 完整块体状—张性破坏； 碎裂结构、碎块结构—塑性破坏； 裂隙岩体—取决于结构面与各主应力之间的方位关系。
湖南文理学院芙蓉学院2010级《土木工程地质》大作业 题目：边坡变形破坏的防护措施 班级：土木1006 姓名：刘文 学号：10190617 日期：2012-5-2
边坡变形破坏的防护措施 1 引言 公路建设是在地质体上进行的人类工程活动，在建设过程中由于忽视或未重视边坡地质体及地质环境的分析与评价常引发一系列的边坡变形或边坡滑动地质灾害等问题。例如四川省境内的高速公路及重点公路建设过程中，国道108线西昌段、成雅高速公路、318国道的二郎山隧道东、西进出口引道段、国道107线岳阳四方岭段、川藏公路等均不同程度的出现了边坡（滑坡）地质灾害或产生了边坡失稳的问题，从而严重影响了工程建设及运营的正常进行，也使得对公路边坡的加固或整治费用远高于修建道路的费用。 国道108线广元南段公路通过地段大多为低山丘陵红层分布区，建设中遇到了公路路基高填深挖等一些特殊工程地质问题。由于该段路线长、跨越地质地貌单元较多，从勘察设计到施工周期短，未能全面地认识沿线的路基工程地质条件，及时地发现和解决存在的工程地质问题。沿途的路线边坡虽在路基开挖期间进行了一定程度的处理，但在工程建设过程中仍有多处边坡发生坍滑、滑动和崩落，严重影响了已通车路段的行车安全和公路正常使用，阻碍了当时正在施工路段的路面铺筑和交通工程设施等施工工程。 广南段公路路线基本沿着构造线方向展布，使得路堑边坡有一侧构成顺层坡。尽管这些顺层边坡倾角很小，一般均在十余度，但在施工过程中多处发生变形或者滑动破坏不仅造成巨大的经济损失，而且延误了工期。施工中采取了一些加固措施但效果不佳，其主要原因是对工程边坡的地质条件认识不足，尚未查清边坡变形破坏的主控因素和变形破坏机制，因此治理措施具有盲目性，不能达到治理的目的或有的造成大的浪费。 本文对边坡岩体工程地质特征和岩体力学条件进行充分调查分析、对缓倾角层状边坡的变形破坏机制研究和稳定性评价的基础上，提出了较为合理的边坡整治、支护方案，通过实施后的工程验证说明方案是合理有效的。 2 研究区工程地质概况 2.1 工程概况 国道108线广南段公路边坡主要以侏罗系砂岩、泥质粉砂岩和泥岩为主，第四系只在近河床部位分布较普遍，而在边坡的中上部只有薄层覆盖，滑坡的形成与边坡岩体的性质有关。本文对缓倾层状边坡变形破坏的分析研究主要是以国道108线广南段K24、K28两段典型边坡为例进行讨论的。 K24滑坡位于广元市盘龙镇共和村三队嘉陵江Ⅱ级阶地以北，国道108线广南段K24+850～K25+090，滑坡地处嘉陵江冲刷岸，地势南东低北西高从滑体中部通过。从50年代至80年代曾出现过多次小范围滑坡，未造成较大的危害。1997年6月在滑坡前缘修筑高速公路，由于路基开挖、放炮震动，1998年6月滑坡整体发生蠕滑变形。1999年4月滑坡中部产生大幅度滑动解体，滑坡堆积物覆盖路基约三分之二，直接对公路建设造成危害。 K28滑坡位于广元市中区盘龙镇东南部4km，新建国道108线广南段，滑坡地处嘉陵江冲刷岸，地势南东低北西高，相对高差106m，地形坡度下缓上陡，坡面倾向嘉陵江，坡度10～25°，平台后缘是巨厚层砂岩形成的陡崖，坡度65～80°，高约25～32m，滑坡基本上为岩质顺层滑坡。
3滑坡破坏机理研究及稳定性计算 3.1边坡滑坡破坏机理 3.1.1水平坡的变形破坏机理 水平坡是指岩层倾向大致与边坡走向一致，而岩层倾角小于软弱岩层面残余摩擦角的一类层状岩质边坡。这类边坡的主要变形机理为滑移——压致拉裂，在这一变形机制下，其可能的破坏模式为转动型滑坡<弧面破坏），具体过程描述如下：边坡形成后由于卸荷回弹或者蠕变，坡体沿平缓结构面向坡前临空方向产生缓慢的滑移。滑移面的锁固点或错列点附近，因拉应力集中生成与滑移面近于垂直的拉张裂隙，向上<个别情况向下）扩展且其方向渐转成与最大主应力方向趋于一致<大体平行坡面）并伴有局部滑移。这种拉裂面的形成机制与压应力作用下格里菲斯裂纹的形成扩展规律近似，所以它应属于压致拉裂。滑移和拉裂变形是由斜坡内软弱结构面处自下而上发展起来的。 据实例分析和模拟研究，这类变形演变过程可分为三个阶段<图3-1）。 图3-1滑移-压致拉裂变形演变图 <1）卸荷回弹阶段 人工边坡在边坡开挖形成后，由于边坡以外岩土体的卸除原有的平衡状态被打破，边坡岩土体将向临空面方向发生膨胀变形。对近水平层状岩质边坡而言，这种变形表现为沿岩层面向临空面方向缓慢滑移，如图3-1 <2）压致拉裂面自下而上扩展阶段 坡底附近岩层在上面岩土体的高压力作用下，随着滑移变形的发展，逐渐产生近似垂至于岩层面的裂隙，如图3-1 千枚岩隧道大变形原因分析及施工对策 摘要：柳树垭隧道地处千枚岩地段，施工初期由于围岩变形较大，导致初期支护开裂等问题，严重影响了施工安全和施工进度。通过对围岩变形原因的分析，在施工过程中，针对不同围岩采取不同的、有效的施工方法，对抑制围岩变形取得了较好的效果。 关键词：千枚岩；大变形；分析；施工对策 Abstract: the same tunnel is located in thousand pieces willow rock location, construction because of surrounding rock deformation is early, leading to the primary support the problem such as craze, serious impact on the construction safety and construction schedule. Through the analysis of the reason of surrounding rock deformation, in construction process, according to different rock mass take different, effective construction method, to control the deformation of the surrounding rock has a good effect. Keywords: thousand pieces rock; Large deformation; Analysis; Construction strategies 引言 近年来，国家对基础建设的投入越来越大，铁路、公路、城市地下工程、资源开采等工程项目随处可见，工程很多都是在软弱围岩中进行的。如作者参与修建的西汉高速公路大（河坝）两（河）连接线工程中的柳树垭隧道。在软岩工程越来越频繁的情况下，对软岩工程中的围岩变形问题进行总结研究具有重要的工程实用价值和现实意义。文中作者通过施工过程的实际方法，总结了千枚岩隧道变形的基本特征，分析了变形原因及采取的施工对策。 1、千枚岩隧道变形的主要原因 千枚岩隧道的变形有很多形式，其中以仰拱起鼓、隧道两侧挤压、初期支护开裂、拱顶下沉等类型发生较多。引起变形发生的主要原因如下：（1）围岩自身因素。 关于软岩大变形，目前还没有形成一致和明确的定义。Karl Terzaghi(1946)最早对隧道围岩大变形进行描述和定义，他指出：“挤压变形岩石是指含有相当数量黏土矿物的岩石”，变形行为会以“不容易察觉的体积增加缓慢地侵入隧道净空，挤压变形的先决条件是岩石中高含量的具有膨胀性细微或亚微云母矿物和黏土矿物”。国际岩石力学学会于1995 年成立了专业委员会研究岩石挤压变形问题，提出挤压变形的定义“挤压变形是一种与时间相关的变形行为，通常发生在地下空间开挖面周边，一般由于极限剪切应力失稳而导致的蠕变所造成，这种变形可能会在开挖期间停止，也有可能持续非常长的时间”。 仔细分析这两种经典定义，太沙基实际上讨论了地质软岩的概念，定义强调岩石成分的特殊性，对力学机制没有涉及。而国际岩石力学学会的定义则强调大变形是与时间有关的变形行为，产生原因是由于极限剪切应力失稳。实际上，上述定义只强调了一个现象的两个方面，均有一定缺陷。陈宗基等(1983)认为，围岩收敛变形机制应包括塑性楔体、流动变形、围岩膨胀、扩容、挠曲五个方面，与前述定义有重叠之处；翁汉民等(1999)认为不能从变形量的大小定义大变形，具有显著变形是大变形问题的外在表现，其本质是由剪应力产生的岩体剪切变形发生错动、断裂分离破坏，岩体向地下空间方向产生挤压变形来定义大变形；何满潮等(2002)基于地下空间大变形现象将软岩分为膨胀型软岩、高应力软岩、节理化软岩、复合型软岩四类；李天斌等(2005)基于产生围岩大变形的地质环境及力学机制，将其定义为：隧道及地下工程中，由软弱岩体构成的围岩，在高或相对高地应力、地下水或自身膨胀性的作用下，其自承能力丧失或部分丧失，产生具有累进性和明显时间效应的塑性变形且变形得不到有效约束的现象，它既区别于岩爆运动脆性破坏，又区别于围岩松动圈中受限于一定结构面控制的坍塌、滑动等破坏；赵旭峰（2007）提出挤压现象是一种在隧道开挖中与时间有关的大变形，与岩体的时效力学行为紧密相关，表现为在工程扰动力作用下，当岩体所承受的剪应力超过某极限值时，所发生的随时间发展的显著粘弹塑性变形；上述对大变形的定义均较好地概况了前述两种经典定义。千枚岩隧道大变形原因分析及施工对策
围岩大变形定义
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