岩体结构与稳定性分析(6)资料

第六章围岩稳定分析掌握岩体结构、强度、变形、应力分布及围岩应力，其目的是分析：围岩稳定、有压隧洞稳定、岩基稳定、边坡稳定。

从而为工程建设提供措施和依据。

本章介绍围岩的稳定分析。

应力重分布、围岩及围岩应力这几个基本概念，是研究围岩稳定性和洞室安全性的基础。

开挖洞室后，岩体的原始平衡状态被坏破：发生应力重分布，围岩不断变形，并向洞室逐渐位移。

强度较低的岩石，当应力达到强度极限值时破坏，产生裂缝，或剪切位移，破坏了的岩石在重力作用下甚至大量塌落，造成所谓“冒顶”现象，特别是节理、裂隙发育的岩石更为显著。

为保证稳定和安全，必须进行支护和衬砌，来约束围岩的破坏和变形的继续发展。

洞室的稳定性评价的目的，确定是否要支护或衬砌，以及支护和衬砌要承受多大的压力等。

一、山岩压力1．山岩压力的概念由于支护与衬砌的目的是防止岩石塌落和变形，所以支护与衬砌上必然要受到岩石的压力。

定义：由于洞室围岩的变形和破坏而作用在支护或衬砌上的压力，称为山岩压力（或围岩压力、地层压力等）。

山岩压力的确定是洞室支护与衬砌设计的基础，如果支护或衬砌设计强度偏小则会造成工程事故，如偏大则造成经济浪费。

因此，山岩压力是围岩稳定分析中的一个重要问题。

2．山岩压力的形成山岩压力是由于洞室开挖后岩体变形和破坏而形成的。

则可分为两种类型：变形压力：是由岩体变形而对支护或衬砌产生的压力，松动压力：是由岩体破坏而松动对支护或衬砌造成的压力。

形成过程：弹性变形→塑性变形→形成松动圈。

岩石的性质和质量不同，其岩体的变形和破坏性质也就不同，产生山岩压力的主导因素和表现形式就不同。

（1）完整坚硬岩石当围岩应力不超过岩体强度时，岩体只有弹性变形，无塑性变形。

弹性变形在开挖过程中就已产生，开挖结束后，弹性变形随即完成。

因此无山岩压力。

（2）中等质量的岩体洞室围岩的变形较大，既有弹性变形，也有塑性变形，少量岩石破碎。

由于洞室围岩的应力重分布需要一定的时间，所以在支护或衬砌后围岩的变形受到约束，产生山岩压力。

第四节岩体结构和稳定分析岩体是指由各种岩石块体所组成的天然地质体。

它通常具有不延续性、非匀称性和各向异性的特点。

普通将与工程有关的岩体叫工程岩体，其中组成岩体的岩块称为结构体，将岩体分割成岩块的不延续界面称为结构面，结构面和结构体的组合关系称为岩体结构，其组合类型称为岩体结构类型。

一、岩体结构面和结构体的类型和特征（一）结构面的类型和特征结构面是指各种不同成因、不同特性的地质界面，如层面、节理裂隙面、断层面、不整合接触面及刚强夹层等，使岩体成为一种不延续介质。

结构面是控制岩体工程地质性能的重要因素。

1．结构面的类型按成因，结构面可分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三大类。

（1）原生结构面原生结构面是指在成岩阶段形成的结构面，可分为沉积、火成和变质结构面三种类型。

①沉积结构面：在沉积岩成岩过程中形成的各种地质界面，如层理面、沉积间断面（假整合、角度不整合）及原生刚强夹层等。

②火成结构面：岩浆侵入、喷溢、冷凝所形成的各种结构面，包括火成岩中的流层、流线、原生节理、侵入体与围岩的接触面及刚强接触面等。

③变质结构面：是指变质岩形成时产生的结构面，如片麻理、片理、板理等。

(2)构造结构面在构造应力作用下在岩体中形成的破碎面或破碎带称为构造结构面，其中包括劈理、节理、断层和层间错动带等。

(3)次生结构面次生结构面是地表浅层的岩体经风化、卸荷及地下水等作用下形成的结构面，如风化裂隙、卸荷裂隙和泥化夹层、爆破碎隙等。

2.结构面的特征结构面的特征包括结构面的规模、形态、结构面的间距、连通性、方位、张开度及胶结充填情况等。

（1）结构面的规模第1 页/共10 页中国科学院地质研究所将结构面的规模分为五级，直接影响工程区域稳定性的区域断裂破碎带属于一级结构面，普通在计划选点时，应尽量避免。

二级结构面是指延展性较好，贯通囫囵工程地区或在一定范围内切断囫囵岩体的结构面，如断层、层间错动带、刚强夹层、沉积间断面、大型接触破碎带等的分布和组合，控制了山体及工程岩体的破坏方式及滑动边界。

幻灯片1第四节：岩体的稳定性分析一、岩体稳定性与区域稳定性的关系区域稳定性的主要控制因素，也制约岩体的稳定性。

1)地壳板块的相对运动的强弱导致构造变动和产生高构造应力，从大范围控制了区域地层和岩体变形、位移或失稳。

2)活动性深大断裂活动（水平或垂直位移）引起区域地壳及其表层发生水平或升降运动，可引起位于断裂带的岩体变位或失稳。

3)地震活动在我国有些地区十分强烈，常引起大范围的构筑物的失稳和破坏。

幻灯片2二、岩体破坏类型分析1.岩体失稳的主要影响因素①受区域地壳稳定性控制。

②受岩体的结构特征、变形特征、强度特性、水稳性等控制。

③失稳的边界条件：岩体失稳要有一定的边界条件，即存在临空面和结构面组成的分离体。

④荷载的类型、大小和方向决定了岩体的受力状态。

⑤工程类别对岩体失稳方式有重要影响。

幻灯片32. 岩体破坏类型分析①当区域稳定性为相对稳定，工程岩体条件较好时，岩体失稳破坏的类型取决于边界条件、工程类型及工程荷载性质的组合特点，岩体失稳破坏的方式往往以剪切滑移方式为主。

②当区域稳定性为相对活动，工程的场地条件较好时③区域环境和工程场地均处于突出的高水平构造应力状态时④当区域相对稳定，岩体抗压强度较高，不具备滑移的边界条件，地面建筑物承受强大的风荷载时，可能发生张拉破坏导致建筑物倾倒。

幻灯片4⑤区域相对稳定，工程场地为河流之滨，岩体本身条件较差，在建筑物荷载的作用下，建筑持力层将发生过大的压缩沉陷变形，与其侧向膨胀变形相对应的侧向压力将使岸坡前持力层发生压缩破坏，导致建筑物向河中倾覆，或沿可能的滑动面滑动。

幻灯片53. 岩体稳定分析国内外应用于岩体稳定性分析的方法有：地质分析类比法岩体结构分析与计算法岩体稳定性分类法数值模拟计算法地质模拟试验法等。

第四节岩体结构和稳定分析岩体是指由各种岩石块体所组成的自然地质体。

它通常具有不连续性、非均匀性和各向异性的特点。

一般将与工程有关的岩体叫工程岩体，其中组成岩体的岩块称为结构体，将岩体分割成岩块的不连续界面称为结构面，结构面和结构体的组合关系称为岩体结构，其组合类型称为岩体结构类型。

一、岩体结构面和结构体的类型和特征（一）结构面的类型和特征结构面是指各种不同成因、不同特性的地质界面，如层面、节理裂隙面、断层面、不整合接触面及软弱夹层等，使岩体成为一种不连续介质。

结构面是控制岩体工程地质性能的重要因素。

1．结构面的类型按成因，结构面可分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三大类。

（1）原生结构面原生结构面是指在成岩阶段形成的结构面，可分为沉积、火成和变质结构面三种类型。

①沉积结构面：在沉积岩成岩过程中形成的各种地质界面，如层理面、沉积间断面（假整合、角度不整合）及原生软弱夹层等。

②火成结构面：岩浆侵入、喷溢、冷凝所形成的各种结构面，包括火成岩中的流层、流线、原生节理、侵入体与围岩的接触面及软弱接触面等。

③变质结构面：是指变质岩形成时产生的结构面，如片麻理、片理、板理等。

(2)构造结构面在构造应力作用下在岩体中形成的破裂面或破碎带称为构造结构面，其中包括劈理、节理、断层和层间错动带等。

(3)次生结构面次生结构面是地表浅层的岩体经风化、卸荷及地下水等作用下形成的结构面，如风化裂隙、卸荷裂隙和泥化夹层、爆破裂隙等。

2.结构面的特征结构面的特征包括结构面的规模、形态、结构面的间距、连通性、方位、张开度及胶结充填情况等。

（1）结构面的规模中国科学院地质研究所将结构面的规模分为五级，直接影响工程区域稳定性的区域断裂破碎带属于一级结构面，一般在规划选点时，应尽量避开。

二级结构面是指延展性较好，贯穿整个工程地区或在一定范围内切断整个岩体的结构面，如断层、层间错动带、软弱夹层、沉积间断面、大型接触破碎带等的分布和组合，控制了山体及工程岩体的破坏方式及滑动边界。

隧道围岩的岩层分类与稳定性分析隧道是现代交通建设中不可或缺的一部分，而隧道围岩的岩层分类与稳定性分析是隧道施工和维护过程中的重要环节。

本文将从隧道围岩的分类和稳定性分析两个方面进行探讨。

一、隧道围岩的分类隧道围岩的分类是根据岩性和岩层结构特征来进行的。

根据岩性，可以将隧道围岩分为硬岩和软岩两类。

硬岩主要由花岗岩、片麻岩等坚硬的岩石组成，具有较高的抗压强度和稳定性。

而软岩则包括砂岩、泥岩等相对较软的岩石，其抗压强度较低，容易发生变形和破坏。

根据岩层结构特征，可以将隧道围岩分为均质岩层和非均质岩层两类。

均质岩层具有一致的岩性和结构特征，较为稳定，施工和维护较为简单。

非均质岩层则包括夹层岩、节理岩等，其内部结构不均一，容易发生变形和滑动，对隧道的稳定性造成威胁。

二、隧道围岩的稳定性分析隧道围岩的稳定性分析是为了评估隧道在其施工和使用过程中对岩层的稳定性造成的影响，并根据分析结果采取相应的措施进行加固和维护。

稳定性分析通常包括岩体力学参数的确定、岩体结构分析以及岩体稳定性评估等步骤。

首先，需要确定岩体力学参数，包括岩石的抗压强度、抗剪强度等参数。

这些参数可以通过实验室试验和现场观测等方法进行确定。

岩体力学参数的准确性对于稳定性分析结果的准确性至关重要。

其次，进行岩体结构分析。

通过对隧道围岩的构造特征进行分析，包括夹层的厚度和分布、节理的数量和角度等，来评估岩层的稳定性。

夹层和节理的存在都可能导致隧道围岩的滑动和变形，因此在设计和施工过程中需要采取相应的措施进行防护和加固。

最后，进行岩体稳定性评估。

根据岩体力学参数和岩体结构分析的结果，可以使用数值模拟和解析方法来评估隧道围岩的稳定性。

通过分析隧道围岩受力分布和应力集中情况，可以评估岩体的稳定性并确定采取的加固措施。

总之，隧道围岩的岩层分类与稳定性分析是隧道施工和维护过程中的重要环节。

通过对隧道围岩的分类和稳定性进行分析，可以评估其对隧道稳定性的影响并采取相应的措施进行加固和维护。

第６、7章 地下工程围岩稳定性分析学习指导：本章主要介绍了两部分内容：（一）山岩压力与围岩稳定性分析，（二）有压隧洞稳定性分析。

前部分介绍了围岩应力重分布，地下洞室脆性围岩和塑性围岩的变形破坏形式，影响地下工程岩体稳定的因素，着重介绍了山岩压力与围岩稳定性分析方法，其中包括山岩压力的概念、影响因素，太沙基理论；后部分重点介绍了围岩内附加应力的计算、有压隧洞围岩和衬砌的应力计算。

重 点：1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布2 地下洞室围岩的变形破坏3 地下工程岩体稳定性的影响因素4 洞室围岩稳定性分析6.1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布由于在岩体内开挖洞室，洞室围岩各质点的原有应力的平衡状态就受到破坏，各质点就要产生位移调整，以达到新的平衡位置。

岩体内某个方向原来处于紧张压缩状态，现在可能发生松胀，另一个方向可能反而挤压的程度更大了。

相应地，围岩内的应力大小和主应力方向也发生了改变，这种现象叫做围岩应力重分布。

围岩应力重分布只限于围岩一定范围内，在离洞壁较远的岩体内应力重分布甚微，可以略去不计。

地下开挖引起的围岩变形是有一定规律的。

变形终止时围岩内的应力就是重新分布的应力。

这个重新分布的应力对于评价围岩的稳定性具有重要意义。

为了便于说明起见，我们在这一节中对于最简单的条件(即在连续的均质的各向同性的岩体内开挖圆形隧洞，而且岩体的侧压力系数10=K ，即静水压力式的初始应力状态)下的围岩应力重分布问题，作定性分析，以便对于应力重分布的情况有一概念。

如图6-1所示，设岩体为连续的、均质的以及各向同性的，其侧压力系数为10=K ，亦即岩体的初始应力状态为静水压力式的。

此外，洞室的长度远较横截面的尺寸为大，所以可作为平面应变问题来研究。

在地下开挖以前，岩体内任一点A 的应力，即等于该点的自重应力v p ，而且由于10=K ，所以通过该点任何方向的应力都是v p 。

如果用极坐标来表示该点的应力状态，则该点的应力为：v r p =0σv p =0θσ式中 0r σ 岩体的径向应力；0θσ 岩体的切向应力。