第六章岩体的初始应力状态..ppt

注意：声发射法测定的为岩体先前受到的最大应力，而非现今地应力。 研究高地应力问题的必要性： 研究高地应力本身就是岩石力学的基本任务。 岩体的本构关系、破坏准则以及岩体中应力传播规律都要受到地应力大小的变化而变化。 随着采矿深度的增加，我国中西部的开发，尤其是水电工程建设，在高地应力地区出现特殊的地压现象，给岩体工程稳定问题提出了新课题。 6.5 高地应力地区的主要岩体力学问题 6.5.1 高应力区判别准则和高地应力现象 ①高应力判别准则 目前国际国内无统一的标准。 国内一般岩体工程以初始地应力在20-30MPa为高地应力(大于800米深)。 不同岩石弹性模量不同，岩石的储能性能不同，地应力也不同，高地应力是相对于围岩强度而言的。 高应力为一相对概念，埋深大不一定存在高应力问题，埋深小可能存在高应力问题。当围岩内部最大应力与围岩强度比值达到一定水平时，才能称为高应力，即： 极高地应力 高地应力 一般地应力 法国隧道协会 2 2-4 4 我国工程岩体分级基准 （GB50218-94） 4 4-7 7 日本新奥法指南1996 4 4-6 6 日本仲野分级 2 2-4 4 高初始地应力岩体在开挖中出现的主要现象 应力情况 主要现象 强度比 极高应力 硬质岩：开挖过程有岩爆产生，有岩块弹出，硐室发生剥离，新生裂缝多，成洞性差，基坑开挖有剥离现象，成型性差。 软质岩：岩芯有饼化现象，开挖工程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长。不易成洞，基坑发生显著隆起或剥离，不易成形。 4 高应力 硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂纹增多，成洞性较差，基坑时有剥离现象，成形性一般尚可。 软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖工程中洞壁岩体位移显著，持续时间长，成洞性差。基坑时有隆起现象，成形性较差。 4-7 ②高地应力现象 岩芯饼化现象：是一种岩体力学现象，高地应力区所特有的钻进过程中岩芯裂成饼状的现象。中等强度以下岩体在高应力作用下会产生饼化现象，钻孔会产生缩径。 岩爆：坚硬完整岩体在强地应力作用下产生的能量突然以岩块崩塌的形式释放的事件。 洞壁剥离：中等强度的岩体中开挖隧道，洞壁出现层层脱离的现象。 基坑底部隆起：岩体开挖卸荷，出露岩石短期回弹。 原位参数增高：岩体中高应力的存在，使得岩体波速、弹性模量增高。 6.5.2 岩爆及其防治措施 岩爆：围岩处于高应力场条件下所产生的岩片（块）飞射抛撒，以及洞壁片状剥落等现象。它是岩石被挤压到弹性限度，岩体内积聚的能量突然释放所造成的一种岩石破坏现象。 岩爆一般具有如下特征： 爆裂声有强有弱； 弹射基本上是弱弹射到无弹射； 爆落岩石有体积较大的岩块和小体积的贝壳状岩片； 爆落形成的爆坑有直角、阶梯形和窝型； 岩爆发生的部位有一次性的也有重复性的； 从岩爆声响到岩石爆落的时间间隔方面可分为速爆型和滞后型； 从岩爆坑沿洞轴方向连续分布情况看有连续型、断续型和零星型。 （a）直角形； （b）阶梯型； （c）窝状形； 岩爆类型： 考虑岩爆危害方式、危害程度以及对其防治对策等因素，分为 破裂松脱型：围岩成块状、板状、鳞片状，爆裂声响微弱，弹射距离很小，岩壁上形成破裂坑，其深度主要受围岩压力和强度控制。 爆裂弹射型：岩片弹射及岩粉喷射，爆裂声响如枪声，弹射岩片体积通常0.33m3，直径5~10cm。硐室开凿后，一般出现片状岩石弹射、崩落或成笋皮状的薄片剥落，弹射距离一般为2~5m。岩块多为中间厚，周边薄的菱形岩片。 爆炸抛射性：岩爆发生时巨石抛射，其声响如炮弹爆炸，抛射岩块的体积数立方米到数十立方米，抛射距离几米到十几米。 岩爆发生机理 岩爆规模划分 小规模岩爆 0.25m 弹性，稳定 中规模岩爆 0.75m 稳定 大规模岩爆 0.75m 弹射 岩爆机理及规模： 岩爆产生的条件： 地下工程开挖，洞室空间的形成是诱发岩爆的几何条件； 围岩应力重分布和集中导致围岩积累大量弹性变形能，这是诱发岩爆的动力条件； 岩体承受极限应力产生初始破裂后的剩余弹性变形能的集中释放量决定岩爆的弹射程度； 岩爆通过何种方式出现，这取决于围岩的岩性、岩体结构特征、弹性变形能的积累和释放时间长短。 岩爆发生的判据： 我国工程岩体分级基准（GB50218-94）采取以下的判据： 当 时，无岩爆； 当 时，可能发生轻微岩爆或中等岩爆； 当 时，可能发生严重岩爆。 6.5.2 岩爆及其防治措施 岩爆的防治： 围岩加固：对已开挖硐室周边进行加固或在掌子面前方实行超前加固。 改善应力条件：选择合理路线；设