最新7.1围岩应力的重分布

巷道的稳定性和周边位移主要取决于岩层原岩 应力p，反映岩石强度性质的内摩擦角和粘聚力等。 他们之间的关系为：
①巷道的周边位移随巷道所在位置原岩应力的
增大，呈执教函数关系迅速增长；指数的大小取 决于的变化，值越小，指数越大，u值增长愈迅速。
②巷道的塑性区半径R和周边位移u随内摩擦角
和粘聚力c的减小，即围岩强度降低，显著增大。
(3) 采动引起的地板岩层应力分布
煤层开采引起回采空间周围岩层应力重新分布， 不仅在回采空间周围煤体上造成应力集中，还会 向底板深部传递，在底板岩层一定范围内重新分 布应力，成为影响底板巷道布置和维护的重要因 素。 按着在集中载荷、均布载荷、三角形载荷作用下 计算半无限平面体内应力的有关公式，计算在三 种典型的载荷作用下底板岩层的应力分布（图7－ 5）。
式中
R-大圆形巷道半根据巷道断面形状进行 具体计算。一般情况下可借鉴上述公式近似计算。
如围岩局部的应力超过岩体强度，巷道周边向岩体学部 扩展到一定范围形成塑性变形区，在塑性区与弹性区交界处 围岩应力集中。确定相邻巷道间距时，相邻巷道的应力影响 带不宜超过巷道塑性变形区与弹性变形区的交界。各向等压 条件下，圆形巷道塑性区、弹性区内围岩应力分布和塑性区 半径可解析计算。对于非圆形巷道的弹塑性围岩体，其应力 分布和塑性区半径可采用数值计算方法，根据岩体基本质量 级别按表7-1选用岩体物理力学参数 .
如相邻巷道的应力影响带彼此重叠，但没有到达相邻 巷道，可进行巷道围岩应力值的叠加。各向同性弹性岩体 中单一圆形巷道围岩内应力分布计算表明，在静水压应力 场中，巷道的应力影响区形状为半径等于6a的圆（a为巷 道断面径）。在非静水压应力场中，巷道的应力影响区形 状不再是圆形，一般为长轴不大于12a的椭圆。 因此，断面相同的两圆形巷道的间距D为 6r<D<12r 半径不同的两圆形巷道的间距D为 6R<D<6(r+R)

工程地质期末试题及答案1.对地下结构物产生浮力的地下水是承压水或潜水。

2.围岩应力重新分布是指洞室围岩总应力的重分布。

3.外力地质作用包括风化作用、剥蚀作用、沉积作用及成岩作用。

4.流纹状构造反映了岩浆岩的喷成相形成环境。

5.该矿物可定名为XXX。

6.沉积岩的结构可分为：碎屑结构、泥质结构、斑状结构及生物结构四种类型。

7.岩石在饱水状态下的极限抗压强度与在干燥状态下的极限抗压强度的比值称为岩石的饱水系数。

8.平板载荷试验可用于测定地基土的压缩模量。

9.盐渍土在浸水后强度明显降低。

10.地下水位的降低可使降水周围的地面上升或下降。

11.纪为地层单位。

12.统为地质年代单位。

13.岩层在空间的位置是由走向、倾向、倾角确定。

14.岩层走向方位角与倾向方位角相差90度。

15.斜坡的变形方式有蠕动和滑动。

16.斜坡的破坏方式有滑坡和崩塌。

17.按滑动的力学性质滑坡可分为顺层滑坡和切层滑坡、牵引式滑坡和推动式滑坡、张性滑坡和剪性滑坡。

18.下列哪项组合最易发生岩溶：石灰岩、地下水、植被覆盖少。

1.保障围岩稳定性的途径包括：选择合适的围岩支护方式、加固围岩、减少荷载、降低水位、控制地下水、加强监测等。

2.地下水的总矿化度是指地下水中总溶解物质的含量，代表地下水的溶解能力和对地质构造的侵蚀能力。

3.变质作用包括热变质、压力变质、化学变质和接触变质。

4.沉积岩的构造类型包括层理结构、节理、褶皱、断层等。

5.斜坡变形和破坏的方式包括滑坡、崩塌、泥石流等。

6.沉积岩的成因包括物理和化学沉积，以及生物作用沉积。

四、论述题(14分)冲积平原区可能存在的工程地质问题包括：土壤松散、孔隙水含量高、土壤可塑性大、地面沉降、地震易发等问题。

这些问题可能会导致基础沉降、地面塌陷、土壤液化、建筑物倾斜、地震灾害等工程地质问题。

因此，在冲积平原区进行工程建设时，需要进行详细的地质勘察和工程地质评价，选择合适的建设方案和工程措施，以保障工程的安全和稳定。

工程地质学试题及答案一、选择题(每题1、5分，共30分)1、对地下结构物产生浮力的地下水是( )A、包气带水B、承压水C、潜水D、承压水或潜水2、围岩应力重新分布是指( )应力的重分布。

A、岩土原有应力B、洞室衬砌应力C、地下水动水压力D、洞室围岩总应力3、外力地质作用包括风化作用、( )、沉积作用及成岩作用?A、岩浆作用B、剥蚀作用C、地质作用D、地震作用4、流纹状构造反映了岩浆岩的哪种形成环境?( )A、喷成相B、浅成相C、深成相D、河湖相5、某矿物呈灰白色，菱面体，三组完全解理，小刀能刻划动，遇稀盐酸强烈起泡。

该矿物可定名为( )A、石膏B、食盐C、方解石D、白云石6、沉积岩的结构可分为：碎屑结构、泥质结构、( )及生物结构四种类型。

A、斑状结构B、结晶结构C、碎裂结构 D散体结构7、岩石在饱水状态下的极限抗压强度与在干燥状态下的极限抗压强度的比值称为岩石的( )A、饱水系数B、渗透系数C、吸水系数D、软化系数8、平板载荷试验可用于测定地基土的( )A、抗剪强度B、重度C、承载力D、压缩模量9、盐渍土在浸水后强度明显( )A、提高B、降低C、不一定10、地下水位的降低可使降水周围的地面( )A、下降B、上升C、上升或下降11、下列哪项为地层单位?( )A、宙B、界C、纪D、世12、下列哪项为地质年代单位?( )A、宇B、界C、纪D、统13、岩层在空间的位置是由以下哪种要素确定?( )A、地壳运动B、地形地貌C、走向和倾斜D、走向、倾向、倾角14、下列关于岩层走向的叙述不正确的是( )A、岩层的走向可由走向线的方位角表示B、岩层走向方位角与倾向方位角相差90。

C、岩层的走向有两个数值，且两数值相差180。

D、岩层的走向只有一个数值15、斜坡的变形方式有蠕动和下列哪项?( )A、松动B、滑动C、崩塌D、裂隙16、斜坡的破坏方式有滑坡和下列何项?( )A、流动B、松动C、流砂D、崩塌17、按滑动的力学性质滑坡可分为( )A、顺层滑坡和切层滑坡B、牵引式滑坡和推动式滑坡C、张性滑坡和剪性滑坡D、切层滑坡和均质滑坡18、下列哪项组合最易发生岩溶?( )A、可溶性岩石，岩体内有相互连通的裂隙，水具有侵浊性，且水是流动的B、可溶性岩石，丰富的水，岩体内有丰富的裂隙，水是流动的C、沉积岩，水具有侵蚀性，且水是流动的D、可溶性岩石，岩体中有丰富裂隙，水具有侵蚀性，水是封闭的19、下列哪项不是岩溶发育的必要条件?( )A、可溶性岩石B、岩石为软岩。

采煤工作面围岩应力分布采煤工作面围岩应力分布一、支承压力的形成当煤体未采动前，煤体内的应力处于平衡状态，煤体上所受的力为上覆岩层的重量γH(γ——岩层的密度，t/m3；H——煤层距地面的深度，m)。

在煤体内开掘开切眼后，破坏了应力的平衡状态，引起应力重新分布，如图16—2所示。

这时在开切眼上部顶板内形成了自然平衡“压力拱”。

切割眼上部岩体重量Q由两侧煤壁平均分担。

因此，在切割眼两帮煤体中产生了应力集中现象，这种集中应力称为支承压力。

它的大小为原始应力γH的1．25—2．5倍，最大值可为原始应力的2-4倍或更大。

二、采煤工作面前方的支承压力采煤工作面割煤使煤壁刚刚裸露时，对于坚硬煤层，力为，煤壁深处σ1逐步减小。

最大值口σm ax但因煤壁处为自由面，抗压强度较小，煤壁附近煤层产生压缩变形，则口一又要逐步向煤体深处转移(图16—3b中2和3)。

煤壁深处，由于水平方向的挤压力逐渐增，因此煤体便由单向受力状态逐步过渡到三向受力状态，其抗压强度也逐渐增长。

当工作面不断推进时，支承压力的峰值也将稳定地在煤壁深处向前移动。

支承压力的特征一般可用应力集中系数、峰值位置及支承压力带范围等参数来说明。

采煤工作面前方煤体内，支承压力的分布范围通常从工作面前方1—3m处开始，直到30—40m，甚至有时还在距煤壁约100m时即开始变形，最大应力的位置距煤壁5-15m。

应力集中系数K为支承应力与原岩应力的比值，其变化范围一般为1.25—5.00。

三、采煤工作面后方的支承压力根据某矿的测定，采煤工作面后方采空区内已垮落矸石所示。

所测定的工作面条件是：采深163m，工作面长120m，开采第一分层，测点设在距开切眼60m处。

采深163m的原岩应力为γZ=163X2．5X10—3：4．07MPa。

由曲线3可知，在工作面中部，距采煤工作面80—85m处，垮落矸石受力达到γZ，至125m处达到高峰值1.3γZ，而后又逐渐恢复到γZ。

从煤层倾斜方向看，工作面中部测点的支承压力值为最大，其他各点的最高压力值都未达到γZ，可见通常在工作面后方垮落矸石上的压力仅能恢复到γZ、或比γZ稍大一点的程度。

（4） 采动影响稳定阶段 回采引起旳应力重新分布趋向稳定后，巷道围
岩变形速度再一次明显降低，但依然高于掘进影 响稳定阶段时变形速度，围岩变形量按流变规律 不断缓慢地增长。
（5） 二次采动影响阶段 巷道受本区段回采工作面（B）旳回采影响
时，因为上区段残余支承压力，本区段工作面超
前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，
图7-8区段平巷围岩变形
(1)巷道掘进影响阶段
(2)
煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力
集中，在形成塑性区旳过程中，围岩向巷道空
间明显位移。伴随巷道掘出时间旳延长，围岩
变形速度逐渐衰减，趋向缓解。巷道旳围岩变
形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。
(3)(2) 掘进影响稳定阶段
(4) 掘巷引起旳围岩应力重新分布趋于稳定，
关系旳不同，巷道位置能够分为下列几类： （1） 与回采空间在同一层面旳巷道称为本 煤层巷道，分析本煤层巷道位置时，仅考虑回 采空间周围煤体上支承压力旳分布规律，可作 为平面问题处理。
（2） 与回采空间不在同一层面，其下方旳 巷道称为底板巷道，分析底板巷道位置时，应 该考虑回采空间周围底板岩层中应力分布规律， 按空间问题处理当然，位于回采空间所在层面 上方旳巷道称为顶板巷道 。 （3） 厚煤层中、下分层以及相邻煤层中旳 煤层巷道，有可能同步受到本分层和上分层以 及相邻煤层采面旳采动影响。分析此类巷道位 置时，根据巷道与回采空间位置和采掘时间关 系，综合考虑回采空间周围煤体上支承压力和 顶、底板岩层中应力旳叠加影响。
图7-5 a表达上部煤层单侧采动引起底板岩层 内应力分布，图7-5 b表达上部煤层两侧采动遗留 保护煤柱引起底板岩层内应力分布。
如图所示，除了在煤柱下方底板岩层一定范 围内形成应力增高区外，位于煤柱附近旳采空区 下方底板岩层一定范围内形成应力降低区。

静水压力式天然应力场中的围岩重分布应力-讨论

r增大，σr增大，σθ减小，都渐趋于σ0值。
在理论上， σr ， σθ 要在 r→∞ 处才达到 σ0 值，但实际上 σr ， σθ 趋近于σ0的速度很快，当r=6R0时，σr和σθ与σ0接近。

一般认为，地下洞室开挖引起的围岩分布应力范围为6R0。
p
R0

x
p
1 1 2 2 r 2 r r r 2 2 r 1 1 2 r 2 r r r
2、圆形洞室-柯西课题
边界条件
p
(b R0 ) (b R0 ) (b R0 )

讨论
静水压力式天然应力场中的围岩重分布应力
2 R0 1 2 r 0 r 2 R0 1 2 0 r 0 r

围岩内重分布应力与θ角无关，仅与R0 和σ0有关 由于τrθ=0，则σr，σθ均为主应力，且σθ 恒为最大主应力，σr恒为最小主应力 当r＝R0(洞壁)时，σr=0，σθ=2σ0，可知 洞壁上的应力差最大，且处于单向受 力状态，说明洞壁最易发生破坏
解析方法 数值方法 试验方法
地下工程稳定 性分析途径
7.2 岩石地下工程围岩应力解析法分析 洞室围岩力学问题



围岩应力重分布问题——计算重分布应力 围岩变形与破坏问题——计算位移、确定破坏范围 围岩压力问题——计算围岩压力 有压洞室围岩抗力问题——计算围岩抗力

V
h
7.2 岩石地下工程围岩应力解析法分析
2、圆形洞室-柯西课题 •M点的应力分量

（1）断面相同两圆形巷道的间距D为：6r＜D＜12r
（2）半径不同两圆形巷道的间距D为：6R＜D＜6（r＋R）
如果巷道周边形成塑性变形区，相邻巷道的应力影响 带不宜超过塑性变形区与弹性变形区的交界面。书P198提 供了数值计算岩体力学参数取值参考。
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.2 相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定
如果相邻巷道的应力影响带彼此重叠，但没有到 达相邻巷道，可进行巷道围岩应力值的叠加。
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.2 相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定பைடு நூலகம்
1、巷道围岩应力影响带
在静水压应力场中，弹性变形巷道的应力影响区域形 状为半径等于6r的圆（r为巷道断面半径）。在非静水压 应力场中，巷道的应力影响区域形状不再是圆形，一般为 长轴不大于12r的椭圆。因此：
图 7-3 采空区应力重新分布概貌
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1—超前支承压力 ；
2、3—侧向固定支承压力；
4—采空区支承压力.
8
7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
2、回采工作面周围支承压力分布
支承压力 类型
超前支承压力 侧向固定支承压力
峰值离煤壁
4~8m
15~20m
应力增高系数 2.5~3.0
2.0~3.0
影响范围
40~80m
15~35
需要指出的是，表中指的是没 有其他采面影响情况，如果有相 邻工作面，出现侧向固定支承压 力与超前支承压力叠加，应力增 高系数更大，可达5~7.
采空区支承压力
1.0（1.3）
图 7-3
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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。

《工程地质》作业1答案一、选择题1．下列哪项不属于内力地质作用？CA、地壳运动B、地震运动C、搬运作用D、变质运动2．下列哪种岩石为岩浆岩？AA、橄榄岩B、灰岩C、石英岩D、砂岩3．下列哪种矿物为变质矿物？BA、石英B、蛇纹石C、方解石D、辉石4．内力地质作用包括地壳运动、地震运动、岩浆以及下列哪项？DA、搬运作用B、风化作用C、堆积作用D、变质作用5．下列哪种构造是沉积岩所不具有的？ AA、片理构造B、层理构造C、层面构造D、化石6．下列有关皱的叙述哪项不正确？DA、褶皱是岩层产生的一系列波状弯曲B、褶皱背斜核部为老地层，翼部为新底层C、褶皱的基本类型又背斜和向斜D、褶皱核部为新底层，翼部为老地层7．下列有关节理的叙述哪项是不正确的？AA、断裂后两侧岩块具显著位移的断裂构造即节理B、由张应力形成的节理即张节理C、由剪应力形成的节理即剪节理D、内外力地质作用均可使岩层产生节理8．岩层倾向于地面倾向方向一致，当岩层倾角大于地面坡角，则岩层分界线于地形等高线是怎样的?CA、平行B、弯曲方向相反C、弯曲方向一致，但岩层分界限的弯曲度小于地形等高线弯曲度D、弯曲方向一致，但岩层分界限的弯曲度大于地形等高线弯曲度9．下列哪项为地质年代单位？CA、宇B、界C、纪D、统10．岩层在空间的位置由以下何种要素确定？DA、地壳运动B、地形地貌C、走向和倾斜D、走向、倾向、倾角二、判断下列各说法正误，你认为正确者，在括号内填”R”，错误者填”W”。

1．矿物是具有一定化学成分和物理性质的元素单质和化合物。

（W）2．玄武岩是岩浆岩。

（R）3．粘土矿物是沉积岩所特有的矿物成分。

（R）4．岩石的抗碱强度是沿已有的破裂面剪切滑动时的最大剪应力。

（W）5．地质年代单位有宇、界、系、统、阶。

（W）6．岩浆岩一沉积岩之间的接触关系为浸入接触，则岩浆岩行程时间早于沉积岩（W）7．某一褶曲，核部为老地层，翼部为新底层且对称分布，则该轴去为向斜轴去（W）8．放在地质图右侧面地层图例，应严格按照自上而下，由老到新的顺序排列（R）9．矿物受外力打击后，能够裂开成光滑平面的性质，即矿物的硬度（R）10．所有的岩浆岩周都含有石英矿物（W）三、简单回答下列问题1．利用生物演化律如何确定沉积岩的相对地质年代?答：生物是由低级到高级由简单到复杂不断进化的。

一、填空题（本大题共11小题，30个空，每空0.5分，共15分）1.岩层的倾角是层面与水平面的交角，其中沿倾向方向测得的最大交角称为真倾角。

岩层层面在其他方向上的夹角皆为视倾角。

2.根据河流阶地的物质组成，可将阶地类型分为侵蚀阶地、堆积阶地和基座阶地三类。

3.褶皱据轴面产状可分直立褶皱、斜歪褶皱、倒转褶皱平卧褶皱和翻转褶皱。

4.岩浆岩按岩浆的冷凝环境可分为深成岩、浅成岩和喷出岩。

5.岩层产状的三要素是走向、倾向和倾角。

6.岩浆岩常见结构有显晶质结构、隐晶质结构、斑状结构和玻璃结构四种。

7.地下水按埋藏条件分为上层滞水、潜水、承压水三种。

8.节理按成因可分为原生和次生节理两大类，其中次生节理又可分为构造节理和非构造节理。

节理按力学性质可分为张节理和剪节理。

9.常见的沉积岩的接触关系有：整合接触、平行不整接触、和角度不整合接触三种。

10.变质岩的结构具有变晶结构、变余结构两大类.11.沉积岩最典型的构造是层理构造。

8.又可分为__ 和二、名词解释（本大题共5小题，每题2分，共10分）1.工程地质条件—是指工程建筑物所在地区地持环境各因素之综合。

具体包括(1).地层岩性；(2).地质构造；(3).水文地质条件；(4).地表地质作用；(5).地形地貌等五个方面。

2.岩层的走向岩层面与水平面的交线或岩层面上的水平线即该岩层的走向线，其两端所指的方向为岩层的走向，可由两个相差180°的方位角来表示，如NE30°与SW210°。

3.解理---矿物受外力作用时，能沿一定方向破裂成平面的性质4.矿物------是天然产出的均匀固体，是岩石的基本组成部分。

5. 角度不整合接触上、下两套地层的产状不一致以角度相交，地层时代不连续，反映其间发生过剧烈的构造运动，致使老地层产生褶皱、断层，地壳上升遭受风化剥蚀形成剥蚀面。

三、选择题（本大题共20小题，每题1分，共20分）1.在工程地质勘察过程中，所使用的标准贯入试验的锤重为___D__ 。

第七章地下洞室围岩稳定性的工程地质分析第一节围岩应力的重分布一、岩体初始应力状态——地应力地下洞室开挖前，岩体内的应力状态称为初始应力状态。

地应力的类型：自重应力构造应力变异及其他应力二、围岩应力的重分布特征（一）围岩应力：洞室周围发生应力重分布的这部分岩体叫围岩围岩中重分布的应力状态叫围岩应力（二）地下洞室围岩应力重分布特征1、圆形洞侧压力系数λ=1径向应力向洞壁内方向逐渐增大切向应力在洞壁处为2倍的自重应力，但向洞壁内逐渐减小，到5-6倍洞半径时径向应力=切向应力=自重应力即围岩应力重分布影响范围是6倍的洞半径2、圆形洞λ不等于1洞壁受剪应力最大3、其他形状洞室洞顶、洞底容易出现拉应力，转角处剪应力最大洞室高、宽对围岩应力影响最大三、开挖后围岩中出现塑性圈时的重分布应力围岩一旦松动，如不加支护，则会向深部发展，形成具有一定范围的应力松弛区，称为塑性松动圈。

在松动圈形成过程中，原来周边集中的高应力逐渐向深处转移，形成新的应力增高区，该区岩体被挤压紧密，称为承载圈。

此圈之外为初始应力区。

第二节围岩的变形破坏的特征1、坚硬完整结构：岩爆、开裂2．块断结构：块体滑移、掉块3、层状结构岩体：层面张裂、岩层弯曲折断4、碎裂结构、散体结构岩体以塌方、塑性挤入为主第三节地下工程位置选择的工程地质评价一、地形条件1、在地形上要求山体完整，洞室周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。

2、隧洞进出口地段的边坡应下陡上缓，无滑坡、崩塌等现象存在。

3、洞口岩石应直接出露或坡积层薄，岩层最好倾向山里以保证洞口坡的安全。

4、隧洞进出口不应选在排水困难的低洼处，也不应选在冲沟、傍河山嘴及谷口等易受水流冲刷的地段5、水工隧洞避免曲线或弯道，转弯角度大于60°，曲率半径大于5倍洞径。

二、岩性条件坚硬完整的岩体，围岩一般是稳定的，能适应各种断面形状的地下洞室。

而软弱岩体如粘土岩类、破碎及风化岩体，吸水易膨胀的岩体等，通常力学强度低，遇水易软化、崩解及膨胀等，不利于围岩的稳定。

通常情况下，自重应力和构 造应力是地应力中最主要的部分。
由于地下洞室的开挖破坏了 岩土体中原有的应力状态（一次 应力状态），造成应力重分布 （二次重分布应力）。
1.1围岩应力的重分布
2.围岩与围岩压力 围岩是指地下洞室开挖后发生应力重分布的洞周围的
土体。洞室开挖后，为保证洞室的稳定需要经常进行支护 和衬砌，洞室支护和衬砌结构上必然受到围岩变形和破坏 的岩土体的压力，这种由于围岩的变形与破坏而作用于支 护和衬砌上的压力，称为围岩压力。围岩压力按其形成方 式主要有以下几种：
（3）冲击压力。冲击压力也 称“岩爆”，当建筑物埋深较大 ，或由于构造作用使初始应力很 高，开挖后洞体应力超过了围岩 的弹性界限时，这些能量突然释 放所产生的巨大压力，称为冲击 压力。
（4）膨胀压力。某些岩土体 由于遇水后体积膨胀而产生膨胀 压力。膨胀压力的大小取决于岩 土体的物理力学性质和地下水的 活动特征。
1.2地下洞室围岩的变形与破坏
（4）弯折内鼓。在薄层脆性 围岩中，当卸荷回弹或切向压应 力超过薄层岩层的抗弯强度时， 岩体变形、破坏将主要表现为层 状岩层以弯折内鼓的方式破坏。
当以垂直应力为主时，水平 岩层在洞顶易产生弯折；当以水 平应力为主时，竖直岩层在洞壁 易产生弯折。
Hale Waihona Puke 在卸荷回弹造成的破坏中， 破坏主要发生在地应力较高的岩 体内（如深埋洞室或水平应力高 的洞室），并且总是在与岩体内 初始最大应力垂直相交的洞壁上 表现最强烈。
（1）松动压力。松动压力也称“散体压力”，指由 于围岩松动或坍塌的岩土体以重力形式作用在支护结构 上的压力。
1.1围岩应力的重分布
（2）变形压力。变形压力是 指支护结构为抵抗围岩变形而承受 的压力。围岩变形是时间的函数， 变形压力与围岩变形和支护结构有 关，所以变形压力是时间和支护结 构特征的函数。洞室开挖后，一定 的支护结构应有一个合理的支护时 间；若同一支护时间采用不同的支 护结构，则变形压力也不同，一般 支护结构柔性越好，变形压力就越 小。

7 矿山岩体内应力的重新分布7.1 弹性岩体中水平圆形硐室围岩应力分布7.2 弹性岩体中水平椭圆形硐室围岩应力计算7.3 弹性岩体中水平矩形硐室围岩应力分布7.4 存在多个孔时的周围应力分布7.5 回采空间周围应力重新分布7.6 围岩的极限平衡与支承压力分布7.7 支承压力在底板岩层中的传播7 矿山岩体内应力的重新分布关于岩体应力重新分布的几个概念：（1）围岩（2）围岩压力（3）形变围岩压力、松动围岩压力与滑动围岩压力7.1弹性岩体中水平圆形硐室围岩应力计算7.1.1 极坐标中的力学基本方程1、极坐标下的平衡微分方程径向正应力σρ；环/切向正应力σϕ；切应力τρϕ，τϕρ；径向体力分量fρ；环向体力分量fϕ；1、极坐标下的平衡微分方程（1）径向轴方向()02cos 2cos 2sin 2sin =+−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+++−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+−−−+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+ρϕρϕρτϕρϕϕττϕρσϕρϕϕσσϕρσϕρρρσσρϕρϕρϕρϕϕϕρρρd d f d d d d d d d d d d d d d 7.1弹性岩体中水平圆形硐室围岩应力计算7.1.1 极坐标中的力学基本方程1、极坐标下的平衡微分方程（1）径向轴方向01=+−+∂∂+∂∂ρϕρρϕρρσσϕτρρσf 7.1弹性岩体中水平圆形硐室围岩应力计算7.1.1 极坐标中的力学基本方程1、极坐标下的平衡微分方程（2）切向轴方向()02sin 2sin 2cos 2cos =++⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+++−+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+++−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+ρϕρϕρτϕρϕϕττϕρτϕρρρρττϕρσϕρϕϕσσϕϕρϕρϕρρϕρϕρϕϕϕϕd d f d d d d d d d d d d d d d d 7.1弹性岩体中水平圆形硐室围岩应力计算7.1.1 极坐标中的力学基本方程1、极坐标下的平衡微分方程⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫=++∂∂+∂∂=+−+∂∂+∂∂02101ϕρϕρϕϕρϕρρϕρρτρτϕσρρσσϕτρρσf f ⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫=+∂∂+∂∂=+∂∂+∂∂00y y xy x xy x f y x f y x σττσ直角坐标下平衡微分方程Ö7.1弹性岩体中水平圆形硐室围岩应力计算7.1.1 极坐标中的力学基本方程2、极坐标下的几何方程极坐标下物体位移分径向位移uρ、环向位移uϕ。

照明、撒水、通风等条件良好，可以大大减少冒顶 片帮事故的危害。
采场岩石冒顶，特别是大面积的冒顶，一般还是有预 兆的。如掉碴、发响、出现裂缝等等。在有支柱的采 场，则会出现支柱发响断裂。大面积冒落前，支柱会 发出炸响，有很多支柱折断，采场中响声不断。
房柱法采场大面积冒落的主要前兆，则表现为采场顶 板冒落、矿柱破坏，采场中响声越来越大。
(2) 瓦斯抽放
在一些高瓦斯矿井，因CH4气体涌出量很大，靠 通风还难以稀释排除。此时可以进行瓦斯抽 放。抽出的瓦斯气体可以作为民用，或工业 应用，变害为利。
80年代，中国就有100多个矿井安装了瓦斯 抽放设备，每年抽放瓦斯3亿m3。
（3） 建立严格的瓦斯浓度检查制度
煤矿需要配备专门的仪器和专职安全人员，定期和 不定期地检查井下各处的瓦斯浓度，特别是采煤工 作面上的情况。安全人员有权命令停止生产。
岩爆发生时，多数情况下是响声与岩块的弹射现象 同时出现。
7.3.2 岩爆的成因条件
岩爆是岩体中储存的弹性变形能突然释放而产生 的。因此，岩爆是否会发生，取决于：
（1）岩体中是否存储了高能量； 岩体中储存高能量的条件是：埋藏深度深（矿山
深部开采），或应力集中地带，如河谷（如水电 站） 、褶皱带轴部等； （2）储存的能量能否迅速释放。 应变能迅速释放，则需要岩石是脆性，而不是具 有较大变形的塑性岩石。
采掘工作面上瓦斯浓度达到1％，就要停止电钻作 业；达到1.5％，就要停止作业，撤出人员。
煤矿井下工作面通常需要安装瓦斯报警器。
预防瓦斯爆炸的主要措施
2. 杜绝火源
（1） 煤矿井下严禁抽烟，严禁携带明火、烧电炉等。
（2）井下设备都必须是防爆型的：防爆电机、防爆开 关、防爆电缆，，确信在 放炮地点附近20米内CH4浓度不超过1％。

【重点内容详解 】
一、地下工程体围岩内的原岩应力重新分布
【笔注】
1、多个工程体并存时围岩内的应力重新分布1）断面相同的两相邻圆形断面工程体 如以双向等压应力场圆形断面工程体为例， 若两个工程体之间的距 离大于2R0，则这两个工程体之间不会产生相互影响， 反之， 若两工程体 之间的间距小于2R0，则这两个工程体将产生相互影响。
2）大小不等的相邻两工程体圆形断面孔的应力分布 对于断面大小不同的两个圆形断面工程体，其各自的影响范围
Ri020ri0，其影响间距为各自影响区域之和。
3）在同一水平上多工程体断面孔的相互影响 孔周边的应力集中系数随D/B的增大而增大（D为孔径，B为孔周 边的间距）。另一方面又受同一水平上工程体数目的影响， 孔的数目越多， 断面孔周边的应力集中系数也越大。
③ 无论何种形状的孔，它周围的切向应力重新分布从理论上说影 响是无限的，但从影响的剧烈程度来看，都有一定的影响半径，通常取 超过原岩垂直应力的5%为边界线。
④ 孔的影响范围与孔的断面大小有关。
二、围岩极限平衡区及支承压力分布
【笔注】
1、巷道周围的支承压力分布
极限平衡区内岩体的应力状态方程：
2sin 2sin rC ctg[(rr)1sin1]tCctg[11ssiinn(rr)1sin1]
r01sin r0
极限平衡)12ssiinn R r0[Cctg]
2、回采工作面周围的支承压力分布
课程名称：《矿井围岩控制与灾害防治》 适用专业：安全工程（矿山安全）
第06讲 地下工程体围岩内的原岩应力重新分布
【本讲内容提纲】
1.地下工程体围岩内的原岩应力重新分布
1）多个工程体并存时围岩内的应力重新分布2）回采空间周围应力重新分布

巷道掘进后，围岩的原岩应力平衡状态被破坏，围岩应力重分布进入塑性状态，一方面导致塑性区扩大和两帮位移增长，另一方面使一些强度低的岩石因应力达到强度极限而破坏，随之产生裂缝或剪切位移，造成破坏岩石的大量脱落，为了保持围岩，稳定以及硐室结构的安全，在围岩稳定性评价的基础上进行支护，以改变围岩的物理力学性质，改善围岩内部的应力及应力分布，降低支承压力区的承载能力，使支承压力向围岩深部转移，从而提高围岩的稳定性。

巷道掘进时，巷道围岩压力以压应力为主，在巷道两帮和拱脚处应力较大，容易出现应力集中，导致出现片帮和巷道拱脚岩石破裂。

顶板由于卸载作用，巷道出现最大切向拉应力，并分布在顶板一定范围内，极易出现顶板岩石离层现象。

2 地下洞室围岩的变形破坏


5)弯折内鼓 在层状特别是在薄层状岩中开挖地下洞室，围 岩变形破坏的主要形式是弯折内鼓。从力学机 制来看，这类变形破坏主要是卸荷回弹和应力 集中使洞壁处的切向压应力超过薄层状岩层的 抗弯折强度所造成的。但在水平产状岩层中开 挖大跨度的洞室时，顶拱处的弯折内鼓变形也 可能只是重力作用的结果。

围岩这类变形破坏由外向内逐步发展的 结果，常可在洞室周围形成松动圈，围 岩内的应力状态也将因松动圈内的应力 被释放而重新调整，形成一定的应力分 布带。
2 地下洞室围岩的变形破坏
2.1 脆性围岩的变形破坏


脆性类围岩变形破坏的形式和特点除与由岩体 初始应力状态及洞形所决定的围岩应力状态有 关外，主要取决于围岩的结构。 脆性围岩的变形破坏有不同的类型，包括：张 裂坍落、劈裂、剪切滑动或破坏、岩爆和弯折 内鼓等形式。
2 地下洞室围岩的变形破坏



与应力重分布相联系的变形破坏又可分为两 类： 一类是洞室周边拉应力集中所造成的，这类 变形破坏由于其所引起的洞形变化会使洞周 边拉应力趋向减小，故通常仅局限在一定范 围之内。 另一类则是由于洞室周边压应力集中所引起 的，此类变形破坏的形式除与岩体结构有关 外，还与轴向应力的相对大小有关，例如当 轴向应力的大小与切向应力相近时，围岩的 变形破坏形式表现为劈裂，相反，当其与径 向应力相近时，则表现为剪切破坏。
2 地下洞室围岩的变形破坏


4)岩爆 岩爆是围岩的一种剧烈的脆性破坏，常以“爆炸” 的形式出现。岩爆发生时能抛出大小不等的岩块， 大型者常伴有强烈的震动、气浪和巨响，对地下 开挖和地下采掘事业造成很大的危害。 岩爆的产生需要具备两方面的条件：高储能体的 存在，且其应力接近于岩体强度是岩爆产生的内 因；某附加荷载的触发则是其产生的外因。就内 因来看，具有储能能力的高强度、块体状或厚层 状的脆性岩体，就是围岩内的高储能体，岩爆往 往也就发生在这些部位。从岩爆产生的外因方面 看主要有两个方面：一是机械开挖、爆破以及围 岩局部破裂所造成的弹性振荡；二是开挖的迅速 推进或累进性破坏所引起的应力突然向某些部位 的集中。