高等岩石力学高地应力区隧道岩体工程问题邓荣贵讲述.docx

高等岩石力学高地应力区隧道岩体工程问题指导教师：邓荣贵教授学生：学号：目录1研究背景12 高地应力区隧道硬岩岩爆工程问题22.1 岩爆现象的认识22.2 岩爆分类研究22.3 岩爆强度分级研究32.4 岩爆形成机理研究32.5 岩爆预测研究52.5.1 强度理论预测62.5.2 能量理论预测72.5.3 刚度冲击理论预测82.5.4 数学预测82.5.5 损伤理论92.5.6 以探测技术为基础的岩爆预测102.5.7 根据特殊的地质现象进行宏观预测102.6 岩爆的防治研究112.6.1 改善围岩的物理力学特性112.6.2 改善围岩应力条件112.6.3 加固围岩112.6.4 改进施工工艺113 高地应力区软弱围岩隧道工程大变形问题123.1 大变形现象123.2 大变形的机理与分类研究133.3 大变形预测163.3.1 挤出预测163.3.2 膨胀变形预测193.4 大变形防治204 存在的问题235 学习高等岩石力学的思考245.1 收获245.2 对课程的希望和建议261研究背景目前，隧道工程己经向“长、大、深、难”方向发展。因而，由于地质灾害、大断面、高地应力、围岩软弱、硬岩、节理裂隙发育、涌水突泥、瓦斯等问题，越来越多的隧道工程的设计与施工遇到了巨大的困难。其中，高地应力、软弱围岩大变形和硬岩岩爆问题是经常遇到且最难解决的问题。对于埋深大或构造应力复杂的高地应力隧道，开挖后围岩受到高地应力作用的特殊作用，岩体被挤压、拉裂从而产生松弛、蠕变，往往会产生岩爆、大变形等诸多问题。工程中，软弱围岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体，具有软、弱、松、散等低强度的特点，承受荷载的能力极低。在一定地应力水平(或埋深)条件下，对软岩(当围岩级别较高时)隧道施工极易发生塌方及较大的塑性变形。岩爆一般是地下工开挖过程中在高地应力条件下，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异，储存于岩体中的弹性应变能突然释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度，己成为世界性的地下工程难题之一。在塑性围岩中，高地应力的存在将导致围岩产生塑性挤出，洞身变形，初期支护严重破坏；拱顶下沉，拱脚、边墙被挤压移位，喷混凝土开裂。因此有必要对隧道大变形进行研究，以便于进行合理的设计，减少投资。深埋特长隧道工期长、造价高，施工难度大，且多为穿越山岭等地质构造复杂区域，有深埋特长隧道特有的高地应力、硬岩岩爆、围岩大变形、高压涌水等关键问题。在深埋特长隧道的修建中，正确的判断和预测隧道修建中的各个关键地质问题，是关系到隧道修建成败或投资控制的关键因素。分析预测岩爆及围岩大变形的关键一方面是岩体力学性质，特别是在高地应力条件下岩石的力学性质如何是其中的核心问题。国内外许多专家学者已对高地应力、软弱围岩、硬岩等问题做了大量研究工作，但在地下工程计算理论中仍然存在不少问题。尤其是对于我国西北地区广泛存在的高地应力、软弱围岩等特殊地质条件下的结构荷载问题，很难通过理论方法获得解析解。比如，在高地应力软岩隧道中，理论与数值分析中围岩参数和本构模型选取等常常具有经验性或难以确定性，计算所得开挖支护后围岩与结构的受力变形规律难以符合工程实际等。针对这一现实问题，结合工程中出现的问题和实际需求，在大量调研国内外资料基础上，在高地应力软岩条件下，目前国内外关于从原岩应力场过渡到开挖后的应力状态变化的研究成果较少，有深入研究的必要。2高地应力区隧道硬岩岩爆工程问题2.1岩爆现象的认识岩爆是岩体具有高地应力的一种重要地质标志,学术界从多方面对岩爆的进行定义。概括起来，岩爆的概念包括有以下几种观点：（1）伴随有地震发生并以突然或猛烈发生方式对地下开挖的破坏。（2）只要岩体破坏时有声响，产生片帮、爆裂剥落甚至弹射等现象，有新鲜破裂面即可称为岩爆；（3）认为只有产生弹射、抛掷性破坏才能称为岩爆，而将无动力弹射现象的破裂归属于静态下的脆性破坏。可以看出，人们对岩爆的定义有多种说法，尚无一致认识，大多侧重于产生岩爆的特征进行描述。本人认为，岩爆的定义应包含岩爆的原因，可以将岩爆定义为：岩爆是地下工程开挖过程中，围岩在高地应力条件下，因开挖卸荷导致岩体内储存的弹性应变能大于因克服岩体产生新的裂隙而消耗的应变能，使岩块脱离母体甚至产生弹射抛掷现象的一种动力失稳的地质灾害。2.2 岩爆分类研究岩爆分类是岩爆预测和防治的基本依据之一，目前，学术界对岩爆划分方案各有侧重，差异较大，尚未达成共识。有的研究侧重于从岩爆特征进行划分，例如有汪泽斌根据国内外34个地下工程岩爆特征，将岩爆划分为破裂松脱型、爆裂弹射型、爆炸抛突型、冲击地压型、远围岩地震型和断裂地震型六大类；武警水电指挥部对岩爆分类有两种标准：一是按破裂程度将岩爆分为破裂