华北水利水电学院：《岩石力学》课程教学课件（PPT讲稿）第六章 山岩压力及围岩稳定性分析

第6章 山岩压力及围岩稳定性分析 岩石力学课程组 华北水利水电学院

山岩压力及围岩稳定性分析 岩石力学课程组 华北水利水电学院 第６章

学习指导 本章主要介绍了两部分内容为山岩压力 与围岩稳定性分析,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 影响因素,太沙基理论

学习指导 本章主要介绍了两部分内容为山岩压力 与围岩稳定性分析，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

本章重点 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

本章重点 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

61地下洞室开挖引起的围岩应力重分布 概念: 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

6.1 地下洞室开挖引起的围岩应力重分布 概念： 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

62地下洞室围岩的变形破坏 围岩变形破坏的形式与特点,除与岩体内 的初始应力状态和洞形有关外,主要取决 于围岩的岩性和结构 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

6.2 地下洞室围岩的变形破坏 围岩变形破坏的形式与特点，除与岩体内 的初始应力状态和洞形有关外，主要取决 于围岩的岩性和结构 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

脆性围岩的变形破坏 ●脆性围岩的变形破坏有不同的类型 1)张裂坍落 2)劈裂 3)剪切滑动或破坏 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。 5)弯折内鼓

脆性围岩的变形破坏 脆性围岩的变形破坏有不同的类型 1)张裂坍落 2)劈裂 3)剪切滑动或破坏 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。 5)弯折内鼓

塑性围岩的变形破坏 (1)挤出 洞室开挖后,当围岩应力超过塑性围岩的屈服强度时, 软弱的塑性物质就会沿最大应力梯度方向向消除了阻力的 自由空间挤出。易于被挤出的岩体,主要是那些固结程度 差、富含泥质的软弱岩层,以及挤压破碎或风化破碎的岩 体 2)膨胀 膨胀变形有吸水膨胀和减压膨胀两类不同的机制 3)涌流和坍塌 涌流是松散破碎物质和高压水一起呈泥浆状突然涌入洞 中的现象,多发生在开挖揭穿了饱水断裂破碎带的部位。 坍塌是松散破碎岩石的重力作用下自由垮落的现象

塑性围岩的变形破坏 （1）挤出 洞室开挖后，当围岩应力超过塑性围岩的屈服强度时， 软弱的塑性物质就会沿最大应力梯度方向向消除了阻力的 自由空间挤出。易于被挤出的岩体，主要是那些固结程度 差、富含泥质的软弱岩层，以及挤压破碎或风化破碎的岩 体。 （2）膨胀 膨胀变形有吸水膨胀和减压膨胀两类不同的机制。 （3）涌流和坍塌 涌流是松散破碎物质和高压水一起呈泥浆状突然涌入洞 中的现象，多发生在开挖揭穿了饱水断裂破碎带的部位。 坍塌是松散破碎岩石的重力作用下自由垮落的现象

围岩变形破坏的累进性发展 大量的实践表明,地下工程围岩的变形破坏通常 是累进性发展的。由于围岩内应力分布的不均匀 性以及岩体结构、强度的不均匀性及各向异性, 那些应力集中程度高,而结构强度又相对较低的 部位往往是累进性破坏的突破口,在大范围围岩 尚保持整体稳定性的情况下,这些应力强度关 系中的最薄弱部位就可能发生局部破坏,并使应 力向其它部位转移,引起另一些次薄弱部位的破 坏,如此逐次发展连锁反应,终将导致大范围围 岩的失稳破坏

围岩变形破坏的累进性发展 大量的实践表明，地下工程围岩的变形破坏通常 是累进性发展的。由于围岩内应力分布的不均匀 性以及岩体结构、强度的不均匀性及各向异性， 那些应力集中程度高，而结构强度又相对较低的 部位往往是累进性破坏的突破口，在大范围围岩 尚保持整体稳定性的情况下，这些应力 强度关 系中的最薄弱部位就可能发生局部破坏，并使应 力向其它部位转移，引起另一些次薄弱部位的破 坏，如此逐次发展连锁反应，终将导致大范围围 岩的失稳破坏

63地下工程岩体稳定性的影响因素 1)岩土性质 2)地质构造和岩体结构 3)地下水因素 4)地应力

6.3 地下工程岩体稳定性的影响因素 1)岩土性质 2)地质构造和岩体结构 3)地下水因素 4)地应力

64山岩压力与洞室围岩稳定性计算 山岩压力的概 在水工建设中,把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,有的称为“地层压力”, “围岩压力”,“地压”,“岩石压力” 都是与山岩压力同一个意义

6.4 山岩压力与洞室围岩稳定性计算 山岩压力的概念 在水工建设中，把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，有的称为“地层压力”， “围岩压力”，“地压”，“岩石压力”， 都是与山岩压力同一个意义