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地下厂房洞室群围岩稳定性方法研究地下厂房洞室群围岩稳定性是指地下厂房洞室周围岩体的稳定性问题。
地下厂房洞室通常是为了满足人们的生产、生活和储存需求，因此洞室群围岩的稳定性对于地下厂房的长期运行、人员安全和资产保障至关重要。
在研究地下厂房洞室群围岩稳定性时，需要考虑以下几个方面的问题：首先，需要分析洞室群围岩的物理力学特性，包括岩石的强度、变形特性和破坏模式。
通过适当的岩石力学试验和野外观测，可以获取岩石的力学参数，如抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
这些参数对于稳定性分析和设计起着重要的作用。
其次，需要考虑工程参数的影响，如洞室尺寸、埋深和周边岩性的条件。
洞室尺寸对岩体稳定性有直接影响，尤其是高宽比较大的洞室，容易导致岩体的变形和破坏。
洞室的埋深也会影响岩体的应力状态，从而影响岩体的稳定性。
周边岩性的条件决定了岩体的强度和变形特性，需要对周边岩性进行综合分析。
此外，岩体的结构面、节理和隐伏断层等地质构造的影响也需要考虑。
岩体中存在的结构面和节理体，会导致岩体的开裂和滑动，对岩体的稳定性产生不利影响。
隐伏断层的活动可能导致岩体的滑动和破坏，需要对其进行综合分析和评估。
最后，需要进行数值模拟和力学分析，包括有限元分析、离散元分析和解析方法等。
通过数值模拟可以模拟地下厂房洞室群围岩的应力-应变状态，预测岩体的破坏形态和稳定性。
数值模拟还可以进行灵敏度分析，评估不同参数对岩体稳定性的影响，为优化设计和工程措施提供依据。
综上所述，地下厂房洞室群围岩稳定性的研究是一项复杂的工作，需要考虑岩石力学特性、洞室尺寸与周边岩性、地质构造和数值模拟等多个方面的问题。
通过综合分析和评估，可以为地下厂房洞室的设计和建设提供科学依据，保障其长期稳定和安全运行。
地下硐室围岩稳定分析5.地下洞室围岩稳定性分析―――岩体⼒学作业之五⼀、名词释义1.围岩：指由于⼈⼯开挖使岩体的应⼒状态发⽣了变化，⽽这部分被改变了应⼒状态的岩体称为围岩。
地下⼯程开挖过程中，在发⽣应⼒重分布的那⼀部分⼯程岩体称为围岩。
2.围岩压⼒：地下洞室围岩在重分布应⼒作⽤下产⽣过量的塑性变形或松动破坏，进⽽引起施加于⽀护衬砌上的压⼒。
作⽤在⽀护物上的围岩的变形挤压⼒或塌坍岩体的重⼒称为围岩压⼒。
3.静⽔应⼒状态：在岩⽯⼒学中，地下深部岩体在⾃重作⽤下，岩体中的⽔平应⼒和垂直应⼒相等的应⼒状态。
4.形变围岩压⼒：指围岩在⼆次应⼒作⽤下局部进⼊塑性，缓慢的塑性变形作⽤在⽀护上形成的压⼒，或者是有明显流变性能的围岩的粘弹性或者粘弹—粘塑性变形形成的⽀护压⼒。
⼀般发⽣在塑性或者流变性较显著的地层中。
5.松动围岩压⼒：指因围岩应⼒重分布引起的或施⼯开挖引起的松动岩体作⽤在隧道或坑道井巷等地下⼯程⽀护结构上的作⽤压⼒。
⼀般是由于破碎的、松散的、分离成块的或被破坏的岩体坍滑运动造成的。
6.冲击围岩压⼒：（1）是地下洞室开挖过程中，在超过围岩弹性限度的压⼒作⽤下，围岩产⽣内破坏，发⽣突然脆性破坏并涌向开挖(采掘)空间的⼀种动⼒现象。
（2）强度较⾼且完整的弹脆性岩体过渡受⼒后突然发⽣岩⽯弹射变形所引起的围岩压⼒。
7.膨胀围岩压⼒：在遇到⽔分的条件下围岩常常发⽣不失去整体性的膨胀变形和位移，表现在顶板下沉、地板隆起和两帮挤出，并在⽀护结构上形成形变压⼒的现象。
8.应⼒集中：受⼒物体或构件在其形状或尺⼨突然改变之处引起应⼒在局部范围内显著增⼤的现象。
9.应⼒集中系数：指岩体中⼆次应⼒与原始应⼒的⽐值，也可⽤井巷开挖后围岩中应⼒与开挖前应⼒的⽐值来表⽰。
10.侧压系数：岩体中⼀点的⽔平应⼒与垂直应⼒的⽐值。
11.围岩（弹性）抗⼒系数：当隧洞受到来⾃隧洞内部的压⼒P时，在内压⼒作⽤下，洞壁围岩必然向外产⽣⼀定的位移△α，则定义围岩的弹性抗⼒系数为K＝P／△α。
洞顶位移底鼓在岩石地下工程中，受开应力状态发生改二、地下洞室开挖所产生的岩体力学问题向新的平衡应力状态调整，应力状态的调整过程，称(redistribution of stress)。
洞顶位移底鼓由于洞径方向的变形远大于洞轴方向的变形，当洞室半径远小于洞长时，洞轴方向的变形可以忽略不计，因此地下洞室问题可视为平面应变问题深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室，其围岩重分布应力按柯西课题求解(1)柯西课题概化模型无限大弹性薄板，其边界上受到沿方向的外力作用，薄板中有一半径为的小圆孔。
x p R 弹性薄板柯西课题分析示意图pp 1.深埋圆形水平洞室围岩重分布应力以圆的圆心为原点取极坐标，由弹性理论，若不考虑体积力，可求得薄板中任一点的应力及其方向。
(,)M r θ弹性薄板柯西课题分析示意图p p若应力函数为φ22211r r r r φφσθ∂∂=+∂∂径向应力：22rθφσ∂=∂环向应力：2211r r r r θφφτθθ∂∂=−∂∂∂剪切应力：(2)柯西课题解弹性薄板柯西课题分析示意图p p边界条件：()cos 222r r b p pσθ==+()sin 22r r b pθτθ==−0b R >>()()0r r r b r b θτσ====0b R =0b R >>vσxθMvσ0R r弹性薄板pp柯西课题力学模型中极坐标轴与力的作用方向相同。
因此，需进行极角变换。
2420002423411cos22v r R R R r r r σσθ⎡⎤⎛⎞⎛⎞=−−+−⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦240024311cos22v R R r r θσσθ⎡⎤⎛⎞⎛⎞=+++⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦420042321sin22v r R R rr θστθ⎛⎞=−+⎜⎟⎝⎠2）由柯西课题解得到作用下圆形洞室围岩重分布应力v σ22θθπ→−2θσσ=④随着距离增大，增大，减小，并且都逐渐趋近于天然应力。
地下洞室围岩稳定性分析在进行地下洞室围岩稳定性分析时，一般需要考虑以下几个主要因素：1.岩层的力学性质：岩层的力学性质是岩石稳定性的基础。
要进行稳定性分析，首先需要获取岩层的力学参数，如岩石的强度、弹性模量和剪胀性等。
通常可以通过室内试验、现场调查和实测等方法获得这些参数，或者借助已有的类似工程的资料进行评估。
2.地下水：地下水是地下洞室稳定性分析中重要的一项因素。
地下水对围岩的稳定性产生的主要影响是增加孔隙水压，降低岩层的有效应力，促使岩体产生破坏。
因此，需要充分考虑地下水对岩层的影响，包括水位高度、水质状况、渗流特性等。
3.岩体结构：岩体的结构对于岩层稳定性具有重要影响。
岩体的结构主要表现为节理、裂隙、岩体层理等。
这些结构特征对洞室的稳定性有直接影响，形成控制洞室稳定的主要因素之一、因此，在进行稳定性分析时，需要对岩体的结构特征进行详细调查和分析，选择合适的建模方法进行模拟。
4.洞室开挖方式和支护措施：洞室的开挖过程和支护措施对围岩稳定性有着直接的影响。
开挖过程中，洞室周围会受到剪切应力和变形等影响，进而对围岩稳定性产生影响。
因此，在稳定性分析中需要考虑洞室开挖方式和支护措施的影响，选择合适的岩体应力场和支护材料。
在进行地下洞室围岩稳定性分析时，常用的方法包括力学分析法、数值模拟法和现场监测法等。
力学分析法通过分析力学参数和地质参数，计算岩体的稳定系数，从而评估围岩的稳定性。
数值模拟法通过建立数学模型，采用有限元或边界元方法，模拟洞室周围围岩的变形和破坏过程，预测洞室的稳定性。
现场监测法是指通过安装监测点，对洞室周围的围岩变形和破坏进行实时监测，从而评估围岩的稳定性。
综上所述，地下洞室围岩稳定性分析是一个复杂的工程问题，需要考虑多个因素的综合影响。
只有充分了解地下洞室周围的地质和力学条件，选择合适的分析方法和模型，才能有效评估围岩的稳定性，并制定出合理的支护措施，确保地下洞室的安全和持续稳定。
第八章地下洞室围岩稳定性分析第一节概述1．地下洞室（underground cavity）：指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。
2．我国古代的采矿巷道，埋深60m，距今约3000年左右（西周）。
目前，地下洞室的最大埋深已达2500m，跨度已过50m，同时还出现有群洞。
3．分类：按作用分类：交通隧洞（道）、水工隧洞、矿山巷道、地下厂房仓库、地铁等等；按内壁有无水压力：有压洞室和无压洞室；按断面形状为：圆形、矩形或门洞形和马蹄形洞室等；按洞轴线与水平面间的关系分为：水平洞室、竖井和倾斜洞室三类；按介质，土洞和岩洞。
4．地下洞室→引发的岩体力学问题过程：地下开挖→天然应力失衡，应力重分布→洞室围岩变形和破坏→洞室的稳定性问题→初砌支护：围岩压力、围岩抗力（有内压时）（洞室的稳定性问题主要研究围岩重分布应力与围岩强度间的相对关系）第二节围岩重分布应力计算1．围岩：指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，而这部分被改变了应力状态的岩体。
2．地下洞室围岩应力计算问题可归纳的三个方面：①开挖前岩体天然应力状态（一次应力、初始应力和地应力）的确定；②开挖后围岩重分布应力（二次应力）的计算；③支护衬砌后围岩应力状态的改善。
3．围岩的重分布应力状态（二次应力状态）：指经开挖后岩体在无支护条件下，岩体经应力调整后的应力状态。
一、无压洞室围岩重分布应力计算1．弹性围岩重分布应力坚硬致密的块状岩体，当天然应力()c v h σσσ21≤、，地下洞室开挖后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，其围岩重分布应力可用弹性力学方法计算。
重点讨论圆形洞室。
（1）圆形洞室深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室，可以用柯西求解，看作平面应变问题处理。
无限大弹性薄板，沿X 方向的外力为P ，半径为R 0的小圆孔，如图8.1所示。
任取一点M （r ,θ）按平面问题处理，不计体力。
则：……………………①式中Φ为应力函数，它是x 和y 的函数，也是r 和θ的函数。
2009年第5期东北水利水电地下洞室围岩稳定判定分析任建川，陈旭，姜淑香［摘要］地下洞室稳定性问题是一个复杂的非线性力学问题，通常伴随着变形非均匀性、非连续性和大位移等特点，影响洞室稳定的因素众多，关系错综复杂，找出一个普遍适用的定量失稳判定是困难的,目前大多数判定是以周边允许收敛量和允许收敛速率的形式给出的,以此判定围岩是否稳定。
［关键词］地下洞室；围岩稳定；判定分析［中图分类号］TV554［文献标识码］A［文章编号］1002－0624（2009）05－0005－02（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁丹东118220）1影响洞室围岩稳定性的主要因素1.1地质因素（1）岩体的结构特征。
从稳定性分类角度来看，岩体结构特征可简单地用岩体的破碎程度或完整性来表示，某种程度上它反映了岩体受地质构造作用的严重程度。
实践证明，围岩的破碎程度对地下洞室稳定与否起主导作用，在相同岩性条件下，岩体愈破碎，洞室就愈容易失稳。
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。
一定程度上岩体越破碎则洞室越不稳定，越容易坍塌。
（2）结构面性质与空间组合。
在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是软弱结构面的性质，以及它们在空间的组合状态。
对地下洞室来说，围岩中存在单一的软弱面一般不会影响洞室的稳定性。
只有结构面与洞室轴线关系不利时，或出现两组或两组以上的结构面时，才构成易坠落的分离岩块。
分离岩块的塌落或滑动，还与结构面的抗剪强度以及岩块之间的相互连锁作用有关。
因此在围岩分类中，可从结构面的成因及其发展史、结构面的平整及光滑程度、结构面的物质组成及其充填物质情况、结构面的规模与方向、结构面的密度与组数五方面来研究结构面对洞室围岩稳定性影响的大小。
（3）岩石的力学性质。
在整体结构的岩体中，影响围岩稳定性的主要因素是岩石力学性质，尤其是岩石强度，一般来说，岩石强度越高洞室越稳定。
此外，岩石强度还影响围岩失稳破坏的形态，强度高的硬岩多表现为脆性破坏，易引起岩爆现象。
而强度低的软岩，多以塑性变形为主，流变现象明显。
（4）初始应力状态。
初始应力会影响洞室开挖后稳定性。
地下工程失稳主要由于开挖引起应力重分布超过围岩强度或引起围岩过分变形造成的，而应力重分布是否达到危险程度与初始应力场方向、量值有关。
（5）地下水的影响。
地下水对围岩稳定性的影响主要表现为使岩石软化、疏松，充填物泥化，强度降低，增加动、静水压力等，从而降低隧道围岩的稳定性。
调查资料表明，地下水对不同类别隧道稳定性影响程度存在明显差异，地下水对硬岩组成的围岩隧道稳定性影响甚微，可忽略不计，而对于弱岩，地下水影响较大。
（6）特殊地质条件。
当地下工程穿越断层破碎带、强风化带、发育的岩溶区等特殊地质条件时，维护围岩的稳定往往较困难，因为构造破碎带往往包含断层泥、糜棱岩、角砾岩、压碎岩等断裂构造岩。
这时岩层松软破碎，而临近地带的岩层节理裂隙也比较密集，地下水往往较活动，再加上地应力较大，则会出现强烈的地压现象。
1.2工程活动造成的人为因素洞室施工是造成围岩丧失稳定的一个最主要的因素。
开挖洞室所采用的施工方法、洞室断面尺寸和形状、施工质量、支护形式及实施过程都会对围岩的稳定产生影响。
（1）洞室的尺寸和形状。
跨度大小对围岩的稳定性也有显著影响，实践证明，跨度越大则洞室的稳定性越差，跨度大小对隧道工程稳定性的影响可从三方面考虑：应规划设计·5·东北水利水电2009年第5期力分布、围岩及支护构件强度、施工顺序。
洞室形状不同，在同一围岩中，拱形洞室围岩较稳定，洞室形状主要影响开挖后的围岩应力状态；圆形或椭圆形隧道围岩应力状态以压应力为主，对维持围岩稳定性较好；而矩形或梯形洞室，顶板围岩将出现较大拉应力，可导致岩体张裂破坏趋势。
（2）开挖方法。
从目前的技术水平看，开挖方法对围岩稳定性影响也较为明显，施工方法和开挖工序与洞室所处围岩或地质情况是否适应很大程度上决定了工程的成败，如同一岩体中采用普通爆破法开挖与用控制爆破法开挖相比，后者围岩扰动小。
2围岩失稳判定分析2.1围岩强度判定岩体在某截面上的承载能力主要取决于岩体本身的性质，如这个截面承受的应力或应变超过自身承载能力的极限，围岩体在这个截面上必然发生破坏。
支护的作用是改变应力场和位移场的分布，使围岩体各截面的荷载比较均匀，并提供承载能力较强的高强度抗力点，使各截面的承载能力可充分发挥。
围岩强度判定的理论基础是强度破坏理论，如D-P 准则或摩尔一库仑准则等。
即在低约束压力的条件下，岩体内某斜截面的剪应力值超过破坏理论规定的滑动限界范围时，岩体就发生剪切屈服破坏。
由于整个洞室断面的地质条件分布不均匀，围岩的强度指标难以确定，并且各点的应力状态也不一样，所以，破坏理论规定的滑动限界范围很难确定。
大量的试验证明，岩体失稳都发生在峰值强度之后应变弱化段的某一区间。
因此，即使超过峰值强度，岩体也不一定失稳;而有时岩体所受的应力未超过岩体强度，当满足一定的条件时也会失稳。
2.2容许极限位移量判定容许极限位移量是指保证洞室不产生有害松动的条件下，自洞室开挖起到变形稳定为止，在起拱线位置的洞室壁面间水平位移总量的最大容许值，也有用拱顶的最大容许下沉量表示的。
在洞室开挖的过程中，若发现量测到的位移总量超过容许极限值，或者根据已测位移加以预测的围岩稳定时的位移将超过极限值，则意味着围岩位移超限，支护系统必须加强，否则有失稳危险。
容许极限位移量的确定并不是一件容易事情，是洞室所处地质条件、洞室埋深、断面形状尺寸及初期支护形状等多种因素决定的，实际应用中，应根据工程实际经验和工程施工进展情况使用。
对高地应力和完整的硬岩，失稳时的围岩变形量往往较小，而对于软弱围岩和膨胀性围岩，数据往往较大，目前围岩极限位移量一般通过理论分析、数值计算、现场量测和室内试验来确定。
2.3容许位移速率和加速度判定容许位移速率是指在保证围岩不产生有害松动的条件下，洞室壁面间水平位移速度的最大容许值。
同样与洞室围岩、洞室埋深及断面尺寸和施工方法等因素有关，容许位移速率无统一的标准，一般根据经验选定。
如国外某些工程对容许速率的规定是第一天的位移量不能超过容许位移量的1/5～1/4，第一周内平均每天的位移量应小于容许位移量的1/2。
日本洞室标准规范着重强调了在开挖后的支护初期通过围岩变形量测判断围岩稳定性的必要性，规定采用短台阶时，不论复线还是单线洞室，当最大位移速率大于20mm/d，表明围岩处于失稳状态，必须采用特殊模式支护。
西坪洞室和金竹林洞室的塌方监控表明，位移速率大于10mm/d时，往往出现喷层局部严重开裂，有时裂缝宽度达1～2.5mm。
因此位移速率10mm/d 可作为失稳的初步预报值。
在围岩变形的全过程中，在围岩不失稳的情况下，只有在开挖工作面通过量测断面前与通过后的极短时间内变形是加速的；另外在已掘进的地段,量测断面附近再次受到施工扰动时,也会出现短时间的加速，但只要扰动停止,变形就变为减速，以上两种情况下的加速属于正常加速,其它情况属于异常加速,异常加速是围岩失稳的征兆,如果异常加速连续发展，表明围岩与支护体系处于失稳的征兆已经明显,需采用紧急处理措施。
量测资料表明，将变形速率0.27～0.3mm/h作为由稳定进入临危状态的值是可行的，在塌方时刻，变形速率一般为0.5～2mm/h，这时补救措施已经来不及了，因围岩已经开始塌方。
围岩发生位移速率在0.8～1.5mm/h 时，一般在3～15min后发生塌方，因此将前者作为岩体失稳位移判据,表明这对岩体已经进入失稳状态，需要采取必要的措施。
将0.5～2mm/h作为正式的围岩失稳判据，预防塌方的措施必须在这以前进行，实践证明，进入临危状态后采取措施能够阻止围岩的加速移动。
2.4收敛比判定根据施工过程现场量测，可以得到围岩向洞内的收敛位移，洞室内收敛位移和洞室开挖宽度之比为洞室“收敛比”。
利用“收敛比”这一参数，能够较全面地反映围岩应变形态和锚喷支护效果，且又易于测定，一般洞室收敛比大于2%后，洞室已趋于稳定。
对于流变性的洞室，洞室围岩变形是动态变化的，因此应变或位移变化速度便成了人们关心的问题。
人们需要知道洞室围岩稳定时的最终收敛位移，也需要知道给定时间内的收敛位移即收敛率δ(mm/d)，从而决定支护作业的时间。
一般认为:收敛率δ∝0，位移呈减速收敛趋势，最终趋于稳定；收敛率δ=常数，而位移收敛比不大于2%，需要做支护；收敛率δ>0，位移呈加速收敛趋势，这种情况（下转第21页）规划设计·6·2009年第5期东北水利水电（上接第6页）[收稿日期]2008-12-12[作者简介]任建川（1970-），男，工程师，现主要从事水电工程施工与管理工作。
只允许开挖面通过此处时短暂出现，否则开挖面通过时，围岩将急速失稳。
2.5力学判定一般说来，洞室开挖后，如果围岩岩体承受不了回弹应力或重分布的应力的作用，围岩将发生塑性变形或破坏。
这种变形或破坏通常是从洞室周边，特别是那些最大压力或拉应力集中的部位开始，而后逐渐向围岩内部发展的，其结果可在洞室周围形成松动带或松动圈。
围岩内的应力状态也因松动圈内的应力被释结果就在围岩内形成一定的应力分布带，相应地在围岩内一定范围内形成不同的应变分布带，通过分析围岩塑性区、拉应力区的大小及塑性应变量值大小也可判断围岩的失稳。
综合以上分析，洞室的失稳问题属于自然科学中地学与力学交叉的一种应用技术问题。
洞室的失稳分析既是一个具体的工程技术问题，又是纷繁多变、难以定量描述、多层次的子系统组成的一个复杂的巨系统，这决定了它只能是多学科理论方法、专家经验、监控量测信息与计算机技术三者综合集成的科学。
要对它有比较全面、深入的认识，就必须依照实际情况，从专业的思维定势中解脱出来，用系统的方法加以研究。
因此参考既有洞室稳定性判据的实践经验，结合实际工程中各量测值随时间变化的规律，可将其应用地下洞室稳定性的判断。
3失稳判定的评价3.1根据观测情况，判断围岩是否稳定在围岩发生大的工程事故之前，支护结构一般都会出现明显的征兆，如喷射混凝土开裂，裂缝不断扩大，钢支撑发生扭曲或折叠变形，或者是锚杆缩进喷射混凝土内部等，都表明围岩的变形压力或松散压力很大，洞周出现了大变形，洞室处于不稳定状态。
3.2根据监测数据进行判断监测的数据一般都能很好地反映围岩的稳定状况。
如果量测所得到的值每天都在变化，不管其值是变大或变小，都说明测点位置的围岩还没有稳定下来，围岩内部应力处于重组状态。
在对监测数据的整理分析中可以看出，监测值随时间的变化大致有3种情况：（1）监测值不大，并很快趋于稳定，这种情况一般出现在地质条件好、支护参数设计较保守、施工质量能够得到保证的前提下；（2）监测值不大，一段时间之后，值趋于稳定，稳定一段时间后，值又开始加速变化，最终趋于稳定，这种情况出现在地质条件比较好、设计合理、施工质量有一定保障的情况下；（3）监测值变化的前半部分和情况二类似，只是出现第二次加速变化持续的时间更长，并且没有停止的趋势，监测值达到较高的水平，这种情况出现在地质条件较差，支护参数设计也还合理，可能由于施工质量太差或方法不当，或地质情况不均匀等因素造成量测值最终不收敛，有可能最终导致支护结构失稳破坏。
