水利水电工程地质7_地下洞室围岩稳定性的工程地质详解.ppt

2.衬砌 衬砌是加固围岩的永久性工程结构。衬砌的作用主要是承受围岩压力及内水压力，坚硬完整的岩体中，围岩的自稳能力高，也可以不衬砌。 衬砌有单层混凝土及钢筋混凝土衬砌，也可以用浆砌条石衬砌。 双层的联合衬砌，一般内环用钢筋混凝土或钢板，外环用混凝土，多用于岩体破碎，水头高的隧洞。 分部开挖、逐步扩挖示意图 衬砌类型示意图 二、喷锚支护 当地下洞室开挖后，围岩总是逐渐地向洞内变形。喷锚支护就是在洞室开挖后，及时地向围岩表面喷一薄层混凝土(一般厚度为5～20cm)，有时再增加一些锚杆，从而部分地阻止围岩向洞内变形，以达到支护的目的。 1.喷射混凝土 喷射混凝土的作用 喷锚支护与常规衬砌支护比较示意图 楔缝式及楔头式锚杆 胀壳式及砂浆粘结式预应力锚杆 2.锚杆的作用 锚杆有楔缝式金属锚杆、钢丝绳砂浆锚杆、普通砂浆金属锚杆、预应力锚杆及木锚杆等。目前在大中型工程中，常用的是楔缝式金属锚杆和砂浆金属锚杆两种。锚杆的作用可概括为下述三个方面。 (1)悬吊作用。 (2)组合作用。对于层状岩层，锚杆可以将数层薄的岩层组合联成整体，类似锚钉加固的组合梁，提高了岩层整体的抗震、抗剪、抗弯能力。 (3)加固作用。 为了防止锚杆之间岩块的坍落，可采用喷层和钢丝网来配合。 支护时间与支护压力关系图 第三节 围岩稳定的工程地质分析 围岩的抗压强度和抗拉强度是否适应围岩应力。 围岩的抗剪强度是否适应围岩的剪应力。 一、围岩稳定的概念 围岩稳定是指在一定时间内，在一定的地质力和工程力作用下岩体不产生破坏和失稳。围岩在压应力、拉应力及剪应力作用下能否破坏的判断： 二、围岩变形破坏的特点 由于岩体在强度和结构方面的差异，洞室围岩变形与破坏的形式多种多样，主要的形式有脆性破裂、块体滑移、弯曲折断、松动解脱、塑性变形等。 1．坚硬完整岩体的脆性破裂 在坚硬完整的岩体中开挖地下洞室，围岩一般是稳定的。但是在高地应力地区，经常产生岩爆现象。岩爆是储存有很大弹性应变能的岩体，在开挖卸荷后，能量突然释放所形成的，它与岩石性质、地应力积聚水平及洞室断面形状等因素有关。 围岩失稳机制及破坏形式 围岩变形破坏的常见形式 2．块体滑移 块体滑移是块状结构围岩常见的破坏形式。这类破坏常以结构面交切组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。分离块体的稳定性取决于块体的形状有无临空条件、结构面的光滑程度及是否夹泥等。 坚硬岩体中的块体滑移 块状结构岩体的块体滑移 三类典型的分离体 3．层状弯折和拱曲 岩层的弯曲折断，是层状围岩变形失稳的主要形式。 平缓岩层，当岩层层次很薄或软硬相间时，顶板容易下沉弯曲折断。 在倾斜层状围岩中，当层间结合不良时，顺倾向一侧拱脚以上部分岩层易弯曲折断，逆倾向一侧边墙或顶拱易滑落掉块。 在陡倾或直立岩层中，因洞周的切向应力与边墙岩层近于平行，所以边墙容易凸邦弯曲。 层状结构围岩变形破坏特征 4．碎裂岩体的松动解脱 一般强烈风化、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。常见的塑性变形和破坏的形式有边墙挤入、底鼓及洞径收缩等。 5．松软岩体 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。 碎裂岩体松动解脱 碎裂结构围岩塌方示意图 散体结构岩体发生塑性挤出的几种情形 三、围岩质量等级与自稳能力的关系 I 类为稳定岩体，围岩可长期稳定。 Ⅱ类为基本稳定围岩，不会产生塑性变形，局部可能产生掉块。 Ⅲ类围岩稳定性差，围岩强度不足，局部会产生塑性变形，不支护可能产生塌方或变形破坏，完整的较软岩稳定性较好，可定为“暂时稳定”。 Ⅳ类为不稳定围岩，规模较大的各种变形破坏都可能发生。 V 类为极不稳定围岩，不能自稳，变形破坏严重。 水电地下洞室围岩工程地质分类 岩石强度评分表(A) 围岩完整程度评分表（B) 结构面状态评分表（c） 地下水评分表（D) 主要结构面产状评分表(E) 地下工程围岩自稳能力 第四节 山岩压力与弹性抗力 山岩压力也称围岩压力，是指围岩的强度适应不了围岩应力而产生塑性变形或破坏时，作用在支护或衬砌上的力。 确定山岩压力的大小在工程上具有重要的意义。如果取值过大，则衬砌需要做得很厚，造成浪费。反之，取值太小，衬砌做得很薄，承受不了实际的山岩压力，造成衬砌的破坏和围岩失稳。 一、山岩压力 1．山岩压力的类型 根据山岩压力形成机理，可分为变形山压、松动山压和冲击山压