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第六章地下洞室围岩应力与围岩压力计算第一节概述一、地下洞室的定义与分类1、定义: 地下洞室(underground cavity)是指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的地下空间。
2、地下洞室的分类按用途：矿山巷道（井）、交通隧道、水工隧道、地下厂房（仓库）、地下军事工程按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室按断面形状：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形按与水平面关系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井）按介质类型：岩石洞室、土洞二、洞室围岩的力学问题（1）围岩应力重分布问题——计算重分布应力1）天然应力:人类工程活动之前存在于岩体中的应力。
又称地应力、初始应力、一次应力等。
2）重分布应力:由于工程活动改变了的岩体中的应力。
又称二次分布应力等。
地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，洞室周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力状态，称为重分布应力状态。
（2）围岩变形与破坏问题——计算位移、确定破坏范围在重分布应力作用下，洞室围岩将向洞内变形位移。
如果围岩重分布应力超过了岩体的承受能力，围岩将产生破坏。
（3）围岩压力问题——计算围岩压力围岩变形破坏将给地下洞室的稳定性带来危害，因而，需对围岩进行支护、衬砌，变形破坏的围岩将对支衬结构施加一定的荷载，称为围岩压力(或称山岩压力、地压等)。
（4）有压洞室围岩抗力问题——计算围岩抗力在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过衬砌或洞壁传递给围岩，这时围岩将产生一个反力，称为围岩抗力。
天然应力，没有工程活动 开挖洞室后的应立场，为重分布应力，与天然应力有所改变在附近开挖第二个洞室，则视前一个洞室开挖后的应力场为天然应力，第二个洞室开挖后的应力场为重分布应力第二节围岩重分布应力计算一、围岩重分布应力的概念围岩：洞室开挖后，应力重分布影响范围内的岩体。
围岩（重分布）应力：应力重分布影响范围内岩体的应力。
围岩应力与围岩性质、洞形、洞室受外力状态有关。
2019年一级造价工程师考试复习资料：
围岩变形与破坏
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围岩变形与破坏
地下工程的围岩变形与破坏的形式多种多样，主要有五种：
(1)脆性破裂，它是储存有很大弹性应变能的岩体，在开挖卸荷后，能量突然释放形成的。
(2)块体滑移，是块状结构围岩常见的破坏形式，常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。
(3)岩层的弯曲折断，是层状围岩变形失稳的主要形式。
(4)碎裂结构岩体在张力和振动力作用下容易松动、解脱，在洞顶则产生崩落，在边墙上则表现为滑塌或碎块的坍塌。
(5)—般强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的土体，在重力、围岩应力和地下水作用下常产生冒落及塑性变形。
真题练习
【2017真题】围岩变形与破坏的形式多种多样,主要形式及其状况是()。
A.脆性破裂,常在储存有很大塑性应变能的岩体开挖后发生
B.块体滑移,常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移形式出现
C.岩层的弯曲折断,是层状围岩应力重分布的主要形式
D.碎裂结构岩体在洞顶产生崩落，是由于张力和振动力的作用
E.风化、构造破碎,在重力、围岩应力作用下产生冒落及塑性变形参考答案：BDE。
地下洞室的围岩分类方法第四节地下工程的围岩分类围岩分类是为解决地下洞室的围岩稳定和支护问题而建立的。
因而围岩分类是围绕地下洞室的稳定性和支护的影响因素而作为分类原则，这些因素主要有：岩体的结构特征和完整状态；岩体强度；岩石的风化程度；地下水的影响；区域构造影响和地震影响等。
在实际制定围岩分类时，一般主要考虑岩体强度、岩体结构特征和完整程度以及地下水活动等方面的因素。
国内外的围岩分类所选取的基本因素大致都是这样，但在综合反映基本因素的指标上是不同的。
一、“普氏”分类普氏分类在我国曾应用较广。
主要是考虑岩性，而未考虑岩体构造和围岩完整性。
围岩压力公式是把坚硬地层视作松散介质，形式上套用了松散地层中的压力拱理论和公式，即垂直压力为：Ｐ＝γ0ｈ1 （8-26）式中Ｐ——垂直压力；ｈ1——压力拱拱高，ｈ1=ａ1／ｆkp ；ａ1——压力拱半跨；ｆkp——岩石坚硬系数；γ0——围岩的重度。
工程地质勘测工作基本上是根据地质条件和经验确定ｆkp值。
见表8-16。
或按下面的经验公式确定ｆkp值：ｆkp=Ｒc/10 （8-27）式中Ｒc——岩石的单轴抗压强度（ＭＰa）。
普氏岩石分类表8-16这种方法曾在我国较长时期内得到广泛的应用。
目前有些单位仍应用此分类。
但在长期工程实践中，发现这种分类与其计算方法存在严重的缺陷。
1.它主要是为估计土石工程的工作量、确定施工开挖定额服务的。
因此它只能说明岩石开挖的难易程度，不能全面反映岩体的稳定性。
2.ｆkp值以岩石强度为基础，大量工程实践证明，决定岩体稳定性的主要因素是岩体结构特性，即它的完整性，在分类中虽然也规定要根据岩石的物理状态（风化的、破碎的）划归于较低一类去，这样给确定ｆkp值带来了很大的主观臆断性。
我国各部门由于工程特点不同，确定ｆkp值标准也不同。
甚至在同一地点对同一洞室的岩石，不同的人可以得出相差很大的ｆkp值。
3.分类等级较多，给使用上带来不便。
由于选用的ｆkp值不同，相应计算得到的围岩压力也相差很大。
岩体的变形与破坏岩体的变形与破坏1 基本概念及研究意义变形：岩体的宏观连续性无明显变化者。
破坏：岩体的宏观连续性已发生明显变化。
岩体破坏的基本形式：（机制）剪切破坏和拉断（张性）破坏。
一、岩体破坏形式与受力状态的关系岩体破坏形式与围岩大小有明显关系。
注意：岩全破坏机制的转化随围压条件的变化而变化。
破坏机制转化的界限围压称破坏机制转化围压。
一般认为，1/5~1/4[σ]不可拉断转化为剪切。
1/3~2/3[σ]可由剪切转化为塑性破坏。
有人认为（纳达），可用2σ偏向1σ的程度来划分应力状态类型。
应力状态类型参数313122σσσσσα---= （＝1，即σ2＝σ1；＝－1，即σ2＝σ3）二、岩体破坏形式与岩体结构的关系低围压条件下岩石三轴试验表明。
坚硬的完整岩体主要表现为张性破坏。
含软弱结构面的块状岩体，当结构面与最大主应力夹角合适时，则表现为沿结构面的剪切。
碎裂岩体的破坏方式介于二者之间。
碎块状或散体状岩体主要为塑性破坏。
对第一种情况，某破坏判据已经介绍很多了。
第二种情况，可采用三向应力状态莫尔圆图解简单判断。
三、岩体的强度特征单轴应力状态时，结构与1σ方向决定了岩体的破坏形式。
复杂应力状态时，含一组结构面的岩体破坏形式与岩体性质、结构面产状，应力状态关系很大。
2 岩体在加荷过程中的变形与破坏2.1 拉断破坏机制与过程一、拉应力条件下的拉断破坏当0331≤+σσ时，拉应力对岩石破坏起主导作用。
t S -=][3σ二、压应力条件下的拉断破坏压应力条件下裂缝尖端拉应力集中最强的部位位于与主压应力是?=40~30β地方向上，并逐渐向与1σ平行地方向扩展。
当0331>+σσ时，破坏准则为： t S 8)/()(31231=+-σσσσ3σ=0时为单轴压拉断。
2.2 剪切变形破坏机制与过程一、潜在剪切面剪断机制与过程A ．滑移段B ．锁固段进入稳定破裂阶段后，岩体内部应力状态变化复杂。
产生一系列破裂。
（1）拉张分支裂隙的形成，原理同前。
