围岩应力状态

围岩稳定性的影响因素一、地质因素的影响1.岩土体结构状态岩土体结构是在长时间的地质构造运动中形成的，是对围岩稳定性起主要作用的地质因素。

围岩的结构状态通常用其破碎程度或完整状态来表示。

原始状态的岩土体，在长期的地质构造运动的作用下，产生各种结构面、形变、错动、断裂等，趋于破碎，在不同程度上丧失了其原有的完整状态。

因此，结构状态的完整程度或破碎状态，可在一定程度上表征岩土体受地质构造运动作用的严重程度，对隧道围岩的稳定起着主导作用。

实践经验指出，在岩性相同的条件下，岩体越破碎，隧道就越易失稳。

因此在各种分级方法中，都把岩体的破碎程度作为基础指标。

岩体的完整状态或破碎程度有两个含义：一是构成岩体的岩块大小；二是这些岩块的组合形态。

前者一般采用裂隙的密集程度（裂隙率、裂隙间距、体裂隙率等）来表达，即结构面法线方向上单位长度内结构面的数目或结构面的平均间距，或采用单位体积中的裂隙数等；后者主要考虑构成岩体的完整状态的各种岩块的组合比例。

岩体结构状态的特征是相互联系的，构成了裂隙岩体的基本特性，是影响围岩分级的重要因素。

2.岩石的工程性质岩石的工程性质是多方面的，一般主要指岩石的强度或坚固性。

在岩体结构状态成为控制围岩稳定性的主要因素时，强调岩石强度意义是不大的。

例如，在碎块状岩体中，岩石强度再大也阻止不了隧道围岩的坍落。

但在较为完整的岩体结构中，如岩体具有整体的巨块状结构或大块状结构，岩石强度就具有一定的意义。

在这类围岩中，因裂隙少，结构面强度高，故岩石强度在一定程度上与岩体强度接近。

岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的，此时岩石越硬，隧道越稳定。

完整岩体，一般都被认为是均质的连续介质。

隧道开挖后，围岩强度高，具有极大的稳定性，仅在个别情况下有局部的碎块、剥离现象。

在这种情况下进行理论分析，也是以岩石强度为依据。

此外，在判定某些裂隙岩体的强度时，也以岩石强度为基础。

在围岩分级中，岩石的坚固性或强度都以岩石的饱和单轴极限抗压强度为基准，这是因为它的试验方法简便，数据分散性小，且与其他物性指标有着良好的互换性。

第五章岩体应力与围岩应力分布岩石变形和破坏都是在应力作用下的结果。

岩体中的应力有多大，又是怎样分布的呢？地下洞室开挖及建筑物作用，又会使岩体中的应力发生什么样的变化呢？因此，对岩体的稳定性分析，首先要掌握岩体中的应力状态和分布规律。

一、岩体应力种类和分布1．岩体应力种类1）．自重应力由岩体的自重所引起的应力称为岩体的自重应力。

2）．构造应力由地壳构造运动在岩体中所引起的应力称为构造应力3）．温度应力由岩体内地温梯度的影响而产生的应力称温度应力4）．成岩应力岩石生成过程中在成岩作用下所产生的应力。

如结晶作用，变质作用，沉积作用，固结作用，脱水作用等。

5）．渗流荷载地下水在岩体中运动所产生的荷载。

渗流荷载一般作为外荷载6）．附加应力由建筑物在岩基中所引起的应力。

7）．围岩应力①应力重分布：地下洞室开挖后，使岩体中原来的应力发生改变，把应力的这种变化称为应力重分布。

②围岩：把应力重分布影响范围内的岩体称为围岩。

③围岩应力：围岩内的应力叫围岩应力。

围 岩2、地应力概念1）. 地应力岩体中各种应力的总称（一般不包括渗流荷载）2）. 应力场应力在空间有规律的分布状态称为应力场。

如自重应力场，构造应力场。

3）. 天然应力（或初始应力）指工程施工前就存在于岩体中的应力，如自重应力、构造应力、温度应力、渗流荷载。

在天然应力中，成岩应力仅在岩石生成过程中起作用，温度应力在地表浅部作用较小，所以，岩体中天然应力主要是构造应力和自重应力，两者构成了天然应力场的主要部分。

岩体在长期的地质作用过程中，已处于一种天然的平衡状态，但在工程建设中，不仅会施加附加应力，还会引起应力重分布，正是由于工程建筑，岩体的天然稳定状态将随之改变。

3、天然地应力分布岩体中的天然应力状态：非常复杂。

影响因素：地质构造、岩性、地形、地貌等。

岩体中的天然应力大小及分布规律的认识仍是初步的。

到目前为止，对天然应力还缺乏完整的系统理论，还无法进行较完善的理论计算，只能由实测来确定。

爆破施工对隧道围岩的稳定性影响分析摘要：隧道钻爆施工技术在城市山区隧道中应用，可以有效加速施工进度，控制施工成本。

但受周边环境影响，爆破施工对隧道围岩的影响日益突出，特别是爆破振动和爆破应力波的影响已成为制约爆破开挖的主要因素。

关键词：爆破；隧道；围岩；稳定性；爆炸1.隧道开挖爆破产生的破坏和扰动1.爆破的内部作用（1）扩大空腔。

即爆炸使炮孔周围产生破坏，破变大。

（2）压碎区。

又称压缩区，即直接与药包接触的岩石，在爆炸发生后，爆炸产生的爆轰压力激发了在岩石中传播的冲击波，冲击波的强度远远大于岩石的动抗压强度。

使岩石破碎或形成压缩空洞。

（3）破裂区。

即冲击波在通过压碎区后，强度变小，以致于低于岩石的动抗压强度，无法直接造成岩石的破碎。

这种低于岩石动抗压强度的波称为压缩波。

压缩波在压碎区外围的岩石中传播，引起切向拉应力，使得外围的岩石产生径向裂缝。

同时压缩波还会使外围岩石压缩，岩石的应力释放，出现环向裂缝。

径向环向的交互作用，使得岩石被割据成块。

（4）振动区。

在破裂区外围的岩石，应力波强度无法使岩石产生破坏。

但是，这些应力波会产生岩石的弹性振动。

1.2爆破的外部作用外部作用与内部作用相对立。

当药包的中心与自由面的垂直距离低于临界值，则爆炸后，爆炸的破坏作用能到达自由面，造成自由面附近的岩石破坏。

主要从以下几点讨论外部作用。

（1）爆炸产生的冲击波或者应力波在到达自由面后，会发生发射，反射波与入射波相反。

反射波则为拉力波，使得岩石被拉断。

导致岩石从自由面向内部破碎。

（2）自由面反射回来的拉伸波，与裂缝端口处的应力场相互叠加，导致裂缝的延伸。

（3）岩石中的准静态应力场被改变。

使得岩石在自由面方向受到剪切破坏更加容易。

1.隧道围岩应力状态在隧道爆破开挖过程中，爆破冲击荷载使岩体中的细小结构缺陷（如微裂缝、微孔隙等）扩展为宏观裂缝，导致岩体本身的力学性能下降，结构劣化。

同时，爆破和开挖等工程力量破坏了岩体的初始地应力场，导致岩体中的应力重新分布。

四、 围岩应力分析地下洞室的开挖，会产生应力重分布，围岩应力不仅与天然应力场有关，而且还与洞室的开挖有关。

基本假定：①岩体均质，各向同性，连续体。

②无构造应力作用，仅由自重应力形成天然应力场，其大小为z z ⋅=γσ取K 0＝0，1/3，1三种情况下的应力场③忽略洞室高度上的应力场变化，即认为洞顶和洞底处的天然应力相同，则有H P v γ=（H 为洞中心的深度）④为平面应力问题K = 10P = P h vPv = r . Z1. 圆形洞室洞室开挖前的天然应力为H P v γ=v h P K P 0=围岩中的径向应力r σ，切向应力θσ以及剪应力θτr 可按下述公式计算：（Ⅰ）r0——洞室半径（m）r——自洞室中心算起的径向距离（m）θ——自水平轴算起的极坐标中的角度p v——垂直方向的压应力（MPa）（=γH）p h——水平方向的压应力（MPa）(= K0 p v)讨论：1)．K 0=1; p h =p v （K 0=1静水压力式的天然应力场） 洞室周围处于等压状态，（Ⅰ）式变为⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=011220220θθτσσr v v r r r p r r p ， 推出⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=-=011220220θθτσσr vvr r r p r r p取v rp σ或 vp θσ为应力集中系数，绘制应力集中系数分布曲线。

① σr 分布：洞室开挖后，围岩中的径向应力σr 始终小于岩体初始应力γH 。

即σr ＜P 0=γH②切向应力θσ大于v p ； 在洞壁上最大θσ=2P 0=2γH ③ 当r=6r 0时002611P P r ≈⎪⎭⎫ ⎝⎛-=σ 002611P P ≈⎪⎭⎫ ⎝⎛+=θσ 离洞中心三倍洞直径的地方；其应力基本上为岩体的天然应力。

所以，洞室开挖的影响范围是三倍洞直径。

2)．K0=0即0p，仅有垂向应力（单向受压状态）=h从式中看，当r一定时，σ，θσ，θτr是θ的函数，r讨论① 0=θ（水平方向）σr 分布⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=44022023r r r r p vrσ 0r r =时，0=r σ 0r r >>时，0→r σ取04r r =，059.0=r σ05r r =，0384.0=r σ； 010r r =，0099.0=r σvr p σ对r 求导，得：02r r =，rH r 83=σ最大。

隧道围岩分级及围岩压力隧道所穿过的地层是千变方化的，可能遇到各种工程性质不同的围岩。

隧道围岩分级是评价隧道围岩稳定性的重要参数，也是隧道支护方案设计和施工工艺确定的主要依据。

分级的正确与否直接影响着隧道施工和运营安全，因此，正确划分隧道围岩分级就显得尤为重要。

在围岩分级确定的情况下，如何确定支护结构上的作用力（即围岩压力）就成为正确、合理设计隧道结构的关键。

4.1 围岩岩性与初始应力4.1.1 围岩岩性隧道工程围岩是指地壳中受开挖活动影响的那一部分岩土体。

这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。

围岩的工程性质，一般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学性质。

而对围岩稳定性最有影响的是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。

围岩既可以是岩体，也可以是土体。

本书仅涉及岩体的力学性质。

岩体是在漫长的地质历史中形成的地质体，被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等、形状各异的各种块体。

这些地质界面称为结构面或不连续面，这些块体称为结构体，岩体可以看作由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。

所以，岩体的力学性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特性及结构面的特性。

环境因素，尤其地下水和地应力对岩体的力学性质影响也很大。

在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起主导作用，所以岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。

在完整而连续的岩体中亦是如此。

反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的组合所控制。

由此可见，岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果。

岩体与岩石相比，两者有着很大的区别：与工程总体尺度相比，岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质；而岩体则具有明显的非均质性、不连续性和各向异性。

岩体抗拉变形能力差，因此，岩体受拉后很容易沿结构面发生断裂。

围岩压力的概念及分类围岩压力是指由于水平或垂直力的作用，导致岩体内部受到的应力状态。

围岩压力的大小和分布对地下工程的安全性和稳定性有着重要影响，因此在工程设计和施工过程中需要对围岩压力进行全面的认识和分析。

围岩压力的分类可以按照不同的标准进行，例如按照来源可分为静态压力和动态压力。

静态压力是指由岩体本身重力所产生的压力，主要受到地应力的影响。

动态压力是指由地震、爆炸等地震性或非地震性力的作用引起的短期或瞬时应力状态的变化。

按照压力的大小可分为正压力和负压力。

正压力是指岩体内部受到的压力大于大气压力，当正压力达到一定范围时，岩体可能会产生断裂、蠕变等变形现象。

负压力是指岩体内部受到的压力小于大气压力，当负压力达到一定范围时，岩体可能会产生松动、开裂等破坏现象。

根据围岩压力的分布特征，可以将围岩压力分为均匀压力和不均匀压力。

均匀压力是指岩体内应力均匀分布的状态，这种情况下岩体的破坏形式主要是岩体破碎。

不均匀压力是指岩体内部应力分布不均匀的状态，这种情况下岩体的破坏形式主要是岩体滑移、断裂等。

围岩压力还可以根据施加压力的方向进行分类，包括水平压力、垂直压力和等效压力。

水平压力是指施加在岩体两侧的压力，主要由地应力引起，对于地下隧道等工程来说，水平压力是最主要的压力形式。

垂直压力是指施加在岩体上方的压力，主要由上覆岩层重力引起，对于地下深部工程来说，垂直压力具有很大的影响。

等效压力是指考虑水平和垂直压力综合作用后的压力状态，一般用于工程设计和岩体稳定性分析。

综上所述，围岩压力是指岩体内部受到的应力状态，其分类可以按照来源、大小、分布特征和施加方向进行。

对于地下工程来说，准确地评估和分析围岩压力的特征和变化规律，对于保障工程的安全性和稳定性具有重要意义。

因此，在实际工程设计和施工过程中，需要结合具体工程情况，采取相应的岩石力学测试和数值模拟分析方法，以全面了解围岩压力的状态和变化趋势，从而为工程的设计和施工提供科学依据。

施工巷道的围岩应力及来压分析施工巷道的围岩应力及来压是施工过程中需要重点分析和考虑的问题。

在进行施工工程之前，首先需要对巷道围岩进行调查和评估，确定巷道围岩的性质、厚度、倾角等基本参数。

然后，根据巷道的设计方案和施工工艺，结合现场的实际情况，进行应力及来压分析。

巷道的围岩应力分析是指对围岩的应力状态进行研究。

一般来说，巷道围岩的应力状态可以分为两种情况：一是围岩受到一定的外力作用而形成的应力状态；二是围岩失去平衡后自身产生的应力状态。

在施工巷道中，由于施工过程中的爆破、挖掘和支护等工作会对围岩产生应力作用，因此需要对这些外力作用进行分析和评估。

巷道围岩的来压分析是指对围岩受到力的压力大小进行分析。

在施工巷道中，围岩受到上部土层、建筑物及水压力等的压力作用，这些压力会对巷道的稳定性和安全性产生影响。

因此，需要对来压力进行分析和计算，确定巷道围岩的受力情况，为巷道设计和施工提供依据。

对于施工巷道的围岩应力及来压分析，可采用数值模拟方法进行研究。

通过建立巷道围岩的数学模型，输入相关参数和边界条件，使用计算机软件对围岩的应力和来压进行模拟计算。

根据计算结果，可以评估巷道围岩的稳定性，并提出合理的支护措施和安全预警机制。

在进行施工巷道围岩应力及来压分析时，应注意以下几个方面：一是要充分考虑巷道围岩的地质条件，包括岩性、结构、断裂、节理等因素；二是要准确测量巷道围岩的应力和来压，尽可能获取真实的数据；三是要合理选择适应的数值模拟软件和方法，确保计算结果的可靠性；四是要结合施工工艺和支护措施，进行综合分析和评估。

总之，施工巷道的围岩应力及来压分析是保证巷道工程顺利施工和安全运营的重要工作。

通过合理的分析和评估，可以为巷道设计和施工提供科学依据，保障巷道的稳定性和安全性。