地下工程-应力变形破坏

Series N o.331 Januar y2004金属矿山M ET AL M IN E总第331期2004年第1期明世祥,北京科技大学土木与环境工程学院,教授,100083北京市海淀区学院路30号。

#采矿工程#地下金属矿山主溜井变形破坏机理分析明世祥(北京科技大学)摘要主溜井是地下矿山集贮与转运矿岩的咽喉工程,稳定与否对矿山生产影响极大,但主溜井既受静载应力场影响,又受冲击载荷作用,受力状态复杂,稳定性较差,破坏率一直很高。

结合国内几座大型地下金属矿山主溜井变形破坏情况,对其破坏机理进行了分析研究。

关键词溜井金属矿山地下开采井巷支护Analysis of Deformation Destruction Mechanism of Main Pass in Underground Metal MinesM ing Shix iang(Univ ersity of Science and T echnology Beij ing)Abstract M ain pass is a thro at eng ineering in the ore ro ck collection,storage and transfer in underg round mines and its stability can have g reat effect on the mine production.However,as the main pass is effected by the st ress field of static load and the impact load,it has a complex stress state,w hich leads to poor stability and hig h destr uction rate.I n co mb-i nation w ith the deformation destruction o f the main pass in several larg e domestic underground metal mines,its destruc-tion mechanism i s analy zed.Keywords Pass,U nder ground mining of metal mines,Support of mining wor kings主溜井是地下金属矿山最重要的采矿工程之一,井下开采的全部矿岩都由此集贮和转运,它的稳定畅通与否对矿山生产影响极大,一旦破坏不但影响生产,而且威胁整个溜破系统和主井的安全。

地应⼒研究现状以及在⼯程应⽤中存在的问题地应⼒研究现状以及在⼯程应⽤中存在的问题。

地应⼒存在於地壳中的应⼒。

⼴义上也指地球体内的应⼒。

它包括由地热﹑重⼒﹑地球⾃转速度变化及其他因素产⽣的应⼒。

地质⼒学认为﹐地壳内的应⼒活动是使地壳克服阻⼒﹑不断运动发展的原因﹔地壳各处发⽣的⼀切形变﹐如褶皱﹑断裂(见节理﹑断层)等都是地应⼒作⽤的结果。

通常﹐地壳内各点的应⼒状态不尽相同﹐并且应⼒随(地表以下)深度的增加⽽线性地增加。

由於所处的构造部位和地理位置不同﹐各处的应⼒增加的梯度也不相同。

地壳内各点的应⼒状态在空间分布的总合﹐称为地应⼒场。

与地质构造运动有关的地应⼒场﹐称为构造应⼒场。

通常指导致构造运\动的地应⼒场。

有⼈也将由於构造运动⽽产⽣的地应⼒场简称为构造应⼒场。

在地质⼒学中﹐构造应⼒场是指形成构造体系和构造型式的地应⼒场﹐包括构造体系和构造型式所展布的地区﹐连同它内部在形成这些构造体系和构造型式时的应⼒分布状况。

有多少类型的构造体系﹐就有多少种类的构造应⼒场。

⼀定型式的构造体系所代表的应变图像﹐反映了其构造应⼒场的特徵。

通过对构造应⼒场的分析研究﹐可以推演构造运\动的⽅式和⽅向﹐把各个⼤陆及地区运动的⽅式和⽅向综合起来﹐可以推断地壳运\动的⽅式和⽅向﹐进⽽探索地壳运动的起源。

存在於某⼀地质时期内的构造应⼒场称为古构造应⼒场。

现今存在的或正在活动的地应⼒场称为现今构造应⼒场。

现今构造应⼒场的研究﹐既要实地考察挽近地质时期﹐特别是第四纪以来﹐岩⽯﹑地层发⽣的构造变形以及地区的升降﹐也要⽤适当的仪器装置及其他⽅法﹐直接测量现今地应⼒的活动。

进⾏地应⼒测量时要根据活动的构造体系﹑活动的构造带(如地震带)和重⼤⼯程建设要求来布置测点﹐同时配合相应的地质⼯作。

地应⼒活动会产⽣或影响地质构造。

剧烈的地应⼒活动会引起地震。

地应⼒活动还可影响地壳内岩⽯﹑矿物的物理性质和化学性质。

因此﹐也可以利⽤这种物理和化学性质的改变来分析地应⼒的活动情况。

八台山隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案一、工程概况1、概况城口至万源快速公路通道工程采用二级公路标准，设计速度为60公里/小时；路基宽度为12米。

城口至万源快速公路通道CW10合同段位于四川万源堰塘乡布袋溪村，里程为K46+000～K48+640，全长2.640km。

本合同段主要工程内容为八台山隧道主洞2480m/0.5座，避难通道2450m/0.5座，1-4*3m 钢筋砼盖板涵一座，路基土石方5115m3。

八台山隧道主洞起止里程K43+205～K48+480，全长5275m,避难通道起止里程YK43+206～YK48+450，全长5244m。

属特长隧道。

其中主洞K46+000～K46+480段、避难通道起止里程YK46+000～YK48+450，位于CW10合同段内，是本合同段的控制性工程。

2、地形地貌八台山隧道进口位于重庆市城口县双河乡干坝子河村、出口位于四川万源堰塘乡布袋溪村。

隧道穿越的八台山，受地质构造控制，山脊由东向西横亘，山脊两侧为面积较小的山湾。

形成山丘、山脊与沟谷相间形态，以山丘为中心形成向四周发育的“爪”状山沟；隧道轴线地面最高点位于洞身段K44+610的山脊顶部，标高为1797.74m,一般地面标高740.0～1596.2m，最低点位于隧道进口的溪沟底部，标高731.50m左右，相对高差856.2m.隧道区地貌形态为构造剥蚀、溶蚀中山地貌单元区。

3、工程地质八台山隧道地质复杂，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1-50㎜不等，裂隙面附褐色铁质膜，局部为泥质充填。

由洞口向洞身地质条件依次为:（1）出口段位于一斜坡上，地表覆盖有第四系崩坡积块石土，基岩为三叠系下统嘉陵江组的盐溶角砾岩。

角砾状结构、岩溶发育。

（2）本隧道洞身段主要为III～V级围岩，构成III级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。

跨度5米，跨度5～10米，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成IV级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。

多场耦合条件下混合岩(土)体变形破坏机理与工程防灾技术多场耦合条件下混合岩（土）体是指由不同的岩石和土层组成，在地下工程中经常遇到。

这些混合体在地下工程中的变形和破坏机理受到多种因素的耦合作用，包括地下水、地应力、温度、岩土体特性等。

理解混合岩（土）体的变形破坏机理对工程设计和防灾技术的制定至关重要。

一.混合岩体的变形机理：1.地下水的影响：①饱和与非饱和区域：地下水的存在导致混合岩体中存在饱和区域和非饱和区域，两者的力学性质和变形行为不同。

②季节性变水位：季节性水位变化会导致混合岩体中的孔隙水压变化，从而影响岩土体的有效应力状态。

2.地应力的影响：①地下深度：地应力随深度增加而增大，深埋的混合岩体受到的地应力较大，可能引起岩土体的弯曲和屈服。

②多层次压力：混合岩体中存在不同地层，地应力的分布可能导致不同层次之间的相互影响。

3.温度的影响：季节性温度变化引起的热胀冷缩效应可能导致混合岩体中的温度应力，影响其变形和稳定性。

4.岩土体特性的影响：①岩土体强度：不同岩土体的强度差异会导致混合岩体中的局部破坏和滑动。

②岩土体变形模量：不同岩土体的变形模量差异可能引起变形的集中和不均匀分布。

二．工程防灾技术：1.地下工程设计：①合理布置排水系统：针对地下水的影响，合理设计和布置排水系统，降低季节性水位变化对混合岩体的影响。

②考虑地下应力状态：在设计中充分考虑地下应力的分布和变化，采用合适的支护结构。

2.地下工程施工：①合理的开挖顺序：根据混合岩体的性质和地下条件，制定合理的开挖顺序，减小地下应力的改变。

②监测与调整：在施工过程中进行实时监测，及时调整工程方案，以应对混合岩体变形的风险。

3.防灾技术：①灾害评估：利用先进的岩土工程技术进行混合岩体的灾害评估，了解可能的灾害类型和程度。

②监测体系：建立完善的监测体系，包括地下水位监测、地应力监测、温度监测等，实时监测混合岩体的变形和破坏情况。

③预警与紧急处理：根据监测结果建立预警机制，一旦发现异常情况，采取紧急处理措施，保障工程和周边环境的安全。

岩石力学与地下工程稳定性分析地下工程在现代城市建设中扮演着重要的角色，然而地下工程的稳定性常常受到岩石力学的影响。

岩石力学作为一门研究岩石的力学性质及其变形和破坏规律的学科，对地下工程的稳定性分析起着至关重要的作用。

本文将探讨岩石力学与地下工程稳定性分析的相关内容。

一、岩石力学基础知识1. 岩石的力学性质岩石的力学性质是指岩石在受力作用下的变形和破坏特征。

了解岩石的力学性质对于地下工程的稳定性分析是必要的。

2. 岩石的力学参数岩石的力学参数是描述岩石力学性质的量值，如弹性模量、抗压强度、剪切强度等。

通过测定岩石的力学参数可以为地下工程的设计和稳定性分析提供依据。

3. 岩石的变形和破坏规律岩石在受力作用下会发生变形和破坏，了解岩石的变形和破坏规律对于地下工程的稳定性分析具有重要意义。

二、地下工程稳定性分析方法1. 应力—应变分析法基于岩石的弹性性质，通过建立应力—应变关系来分析地下工程的稳定性。

这种方法适用于小变形和较为简单的工程情况。

2. 基于岩石力学参数的数值模拟方法基于岩石的力学参数和地下工程具体情况，利用数值模拟方法对地下工程进行稳定性分析。

数值模拟方法能够考虑更多复杂的因素，对于复杂工程情况具有较高的适用性。

三、岩石力学与地下工程稳定性分析实例1. 地下隧道工程地下隧道工程是岩石力学与地下工程稳定性分析的典型应用。

通过对岩石的力学性质和力学参数进行研究，可以对隧道的稳定性进行分析和评估，为隧道的设计和建设提供依据。

2. 地下采空区地下采空区是地下矿山开采过程中形成的空隙地带。

通过岩石力学的研究和分析，可以预测地下采空区的稳定性，制定有效的支护和加固措施，以减少地质灾害的发生。

3. 地下水库工程地下水库工程是一种新型的水利工程形式，在设计和建设过程中需要进行地下工程的稳定性分析。

岩石力学的知识可以为地下水库的开挖和建设提供科学依据，确保工程的安全和稳定性。

结论岩石力学与地下工程稳定性分析密切相关，通过深入研究岩石的力学性质和力学参数，可以为地下工程的设计、建设和维护提供科学依据。

地应力及其测量原理地应力是指地壳内部的应力状态，即地表以下的岩石或土层受到的压力和张力合力。

地应力是地球自身重力和地壳活动引起的应力的综合体现，是岩石破坏和地质灾害形成的重要原因之一、测量地应力可以帮助我们了解地下构造和地壳活动的状态，对地质灾害的预测和防治提供科学依据。

地应力的测量原理主要包括以下几个方面：1.深度应力测量原理：深度应力测量是通过矿井、钻孔等地下工程设施进入地下，利用沉重的底板或放置在孔内的量力器来测定地层的垂直压力。

由于加油马达电机下的摩擦力和液流阻力在减小，切油泵的产流量随之增大，也就造成了地面泥齿泵的排泥量急剧下降，再乘以岩石的稳定振荡应力以及摩擦力，就可以得到单位面积处的挠度。

测量结果可用于判断地层的稳定性和地下工程的设计。

2.水平应力测量原理：水平应力测量主要使用部分应变计来测定地下岩石或土壤的水平应力。

部分应变计是一种能够测定岩石应力变化的仪器，通过装置在地下对象上的应变计测量岩石应力的各向异性。

根据测得的变形数据，可以计算出岩石中垂直和水平方向的应力分量。

3.地震波测量原理：地震波测量是通过记录地震波传播过程中的能量损失和传播速度变化来推算地下岩石或土壤的应力状态。

根据地震波的传播速度和能量衰减的规律，可以反演出地下岩石或土壤的应力状态。

4.岩石应力试验原理：岩石应力试验是通过应用压力加载设备施加不同的应力条件，然后记录岩石的变形和破坏过程，从而推算岩石的应力状态。

常用的岩石应力试验方法包括岩心压实试验、真三轴压缩试验等。

总结起来，地应力的测量原理主要有深度应力测量原理、水平应力测量原理、地震波测量原理和岩石应力试验原理。

这些原理可以通过不同的测量方法得到地应力的参数，从而帮助我们了解地下构造和地壳活动的状态，为地质灾害的预测和防治提供科学依据。

1、地下空间开发利用发展包括远古时期、古代时期、中世纪时代和近、现代时期四个时期。

2、地下工程具有易封闭性、热稳定性和高防护性三个主要特性。

3、新奥法施工的三要素包括光面爆破、喷锚支护和监控量测5、沉管法施工中,管段制作方式有钢壳方式和干坞方式。

6、地下结构在地应力(主动荷载)作用下,支护结构的一部分将发生向围岩方向的变形,此时,围岩会对支护结构产生反作用力来抵制这种变形,这种反作用力就称为弹性抗力,其大小常用温克列尔(Winkler)假定为基础的局部变形理论来确定。

而支护结构的另一部分则背离围岩向着隧道内变形,形成所谓脱离区。

7、矿山法施工工序,可以按衬砌的施作顺序分为先拱后墙法和先墙后拱法。

10、按隧道埋深可分为浅埋隧道和深埋隧道。

11、隧道纵断面坡道形式包括单面坡和人字坡两种形式。

12、隧道明洞包括拱式明洞和棚式明洞两种形式。

13、隧道通风通常包括自然通风和机械通风两种形式。

14、目前公路隧道以单心圆和坦三心圆两种断面应用最为普遍。

15、地下结构围岩(土)松动压力的形成过程包括变形阶段、松动阶段、塌落阶段和成拱阶段四个阶段。

基本属性:综合性、社会性、实践性、统一性地铁通风方式:自然通风、机械通风、空调装置地铁防水淹:1插板防水灌入2设双道防水门3抬高标高4设置防水盖5修筑防水壁6作防水隔断门。

地下水电站的隧道分为:1压力隧道2无压隧道3辅助隧道立井施工方法:1单行作业2平行作业3短段掘砌4一次成井5反井刷大喷射混凝土结构支护原理:1 充填粘结作用2封闭作用3结构作用锚杆作用:悬吊作用,组合梁作用,挤压加固。

锚杆种类:机械式锚固锚杆,粘结式锚固锚杆,摩擦式锚固锚杆,注浆锚杆。

喷射混凝土,锚杆和现场监控量测被称为是新奥法的三大支柱。

新奥法的基本施工原则:少扰动,早支护,勤量测,紧封闭。

盾壳是有切口环,支承环,盾尾三部分组成用水力压接法进行连接的主要工序是:对位—拉合—压接—拆除封墙在基坑开挖时,采用的降水和排水的方法有集水坑排水降水法、井点降水法土的渗透变形类型有管涌、流土防止流砂和管涌现象的措施:1改变几何条件2改变水利条件泥浆在地下连续墙施工中主要起固壁、携碴、冷却和润滑作用盾构的基本构造有盾构钢壳体,开挖系统,推进机构系统,衬砌拼装系统衬砌是地下建筑物周边构筑的永久性支护结构。