岩石地下工程概要.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 5.6 软岩工程简介 一、软岩的定义 1.地质软岩：单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀性一类岩体的总称。多为泥岩、页岩、粉沙岩和泥质岩石等。 2.国际岩石力学学会定义：单轴抗压强度0.5~25MPa之间的一类岩石，其分类基本上是依强度指标。 3.工程软岩：在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。此定义揭示了软岩的相对性实质，即取决于工程力与岩体强度的相互关系。当工程力一定时，不同岩体其强度高于工程力水平的大多表现为硬岩的力学特性，强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性；对同种岩石，在工程力较低时表现为硬岩的变形特性，在工程力较高时则表现为软岩的变形特性。 二、软岩的工程特性 1.可塑性； 2.膨胀性； 3.崩解性； 4.流动性； 5.扰动性。 三、两个基本概念 1.软化临界载荷 蠕变试验表明，当所施加的载荷小于某一载荷水平时，岩石处于稳定变形状态，蠕变曲线趋于某一变形值，随时间增长而不变化；当所施加的载荷大于某一载荷水平时，岩石出现明显的塑性变形加速现象，即产生不稳定变形，这一载荷称为岩石的软化临界载荷。 2.软化临界深度 当巷道的位置大于某一开采深度时，围岩产生明显的塑性大变形，出现地压大和难以支护的现象，当巷道的位置小于该深度时，大变形、大地压现象消失，这一深度称之为岩石软化临界深度。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * —岩体的重力密度; q—作用在地面的附加荷载。 将上述的各应力分量代入式(5-50)，并加以整理得： 解上述微分方程可得： 根据边界条件 ；其积分常数为： 代入通解，并令z=H时作用在洞顶的围岩压力公式： （5-51） 若令 ，则可得教材中的公式。 四、计入深度影响的巷道地压估算公式 1.原因：普氏反映了地压中的拱效应，计算公式都与巷道所处深度无关。近年来一些深部巷道的实践表明，它们地压的大小、破坏范围都要比较浅的更为严重。因此需要有计入深度影响的简便地压估算公式。 2.计算：假设前面计算的圆形巷道塑性 半径就是岩石破裂的范围，其内部的岩石会全部滑落而不存在拱效应。这样，支护承受的就是上部破裂区将滑落的岩石全部重量。实验结果还表明，面积相同的巷道，断面形状对 的影响很小。因此，计算中所用的 可以采用不同形状巷道的外接圆半径，为计算 简单，选定无支护时的最大 （即5-31式）作为计算值。这样就可以写出与深度有关的地压公式。 对于圆形巷道的顶压集度： 对于矩形巷道的顶压集度： 5.4.3 岩石地下工程稳定与围岩控制 一、维护岩石地下工程稳定的基本原则 1.合理利用和充分发挥岩体强度 （1）尽量选择岩性好的岩层； （2）避免岩石强度的损坏； （3）充分发挥岩体的承载能力； （4）加固岩体。 2.改善围岩的应力条件 （1）选择合理的巷道断面形状和尺寸； （2）选择合理的位置和方向，避免受构造应力大的地方，且要注意最大应力的方向； （3）“卸压”方法，在一些应力集中的区域，通过打钻孔或其他方法进行“卸压”处理，改善围岩应力的不利分布。 3.合理支护 合理支护包括支护形式、支护刚度、支护时间、支护受力情况的合理性以及支护的经济性。支护参数的选择应着眼于充分改善围岩应力状态，调动围岩的自承能力和考虑支护与岩体的相互作用的影响，提高支护的能力和效率。 4.监测和信息反馈 （1）由于地质条件的复杂性，岩体的力学性质具有许多不确定性，通过围岩在施工过程中和后期监测反馈的信息，结合数学和力学的现代理论，推测以后可能出现的变化规律，获得预测的结果或用于指导设计和施工。 （2）采用新奥法支护技术。 二、支护分类与围岩加固 支护分类： 1.按支护材料分有：钢、木、钢筋混凝土、砖石、玻璃钢等； 2.按形状分有：矩形、梯形、直墙拱顶、圆形、椭圆形、马蹄形等； 3.按施工和制作方式分有：装配式、整体式、预制式、现浇式等； 4.根据支护作用的性质分，可分为：普通支护和锚喷支护两类。 （1）普通支护是在围岩的外部设置支撑和围护结构。普