岩爆与大变形611.1.ppt

* 深部隧道围岩的大变形和岩爆 研究和探讨 中国科学院研究生院硕士课程 近年来，我国高速公路、高速铁路、大型水电站工程及长距离调水等工程建设的快速发展，深埋长大隧道将越来越多。 根据我国《中长期高速公路发展规划》，预计到2020年我国高速公路将形成7条放射线、9条南北纵线、18条东西横线、17条纵向联络线和19条横向联络线，运营里程将达到8.5万公里； 根据我国《中长期铁路发展规划（2008版）》，预计到2020年我国时速≥200公里的高速铁路建设里程将超过1.8万公里，届时省会及主要城市之间都将建成客运专线或城际铁路； 目前在建的锦屏二级水电站工程包括2条交通隧洞、1条排水隧洞和4条引水隧洞，每条隧洞长度均超过16公里； 目前处于项目建议书阶段的我国南水北调西线一期工程，输水隧洞长达540多公里，穿越青藏高原东部高山峡谷地区，最长的4#隧洞长达72.4公里。 研究意义 同时，金属和煤炭矿山开采深度越来越大， 以煤矿为例，目前我国煤矿开采深度以每年8~12m的速度增加，未来20年我国很多煤矿将进入1000~1500m深度，我国埋深在1000m以下的煤炭储量为2.95万亿吨，占煤炭总储量的53%。金属矿方面： 南非金矿1000m，最大3700m； 印度Kolar金矿区，3个2400m，最大3260m； 俄罗斯克里沃罗格铁矿区，8个~900m； 我国铜陵狮子山铜矿~1100m； 山东玲珑金矿~800m； 抚顺红透山铜矿~900-1100m；湘西金矿850m. 研究意义 深埋长大交通、水利隧道和矿山巷道施工和运营中，经常出现大变形、岩爆、塌方、突涌水等地质灾害。 而目前对于深埋隧道围岩大变形、岩爆等施工地质灾害变形机制、防治方法等研究尚不足。 一、深部隧道围岩的大变形 中国科学院研究生院硕士课程 什么是软岩？ 什么是围岩挤压大变形？ 围岩挤压大变形的预测和分级 围岩大变形的机理 兰武二线乌鞘岭隧道F7围岩大变形 南山集团柳海煤矿巷道大变形 长期以来，国内对软岩和弱岩的定义存在较大争议： 软岩一般指岩石(intact rock)，即单轴抗压强度为0.5～20MPa的岩石（ISRM，国际岩石力学学会），或单轴抗压强度小于17MPa的岩石，或饱和单轴抗压强度小于30MPa的岩石（工程岩体分级标准-1994、岩土工程勘察规范-2004）。 Hoek Marinos (2000)将完整岩块（即岩石）单轴抗压强度25MPa定义为弱岩(Weak rock)。 我国煤矿系统在1984年12月的昆明会议上将松软岩层定义为“强度低，空隙大，胶结程度差，受构造切割面及风化影响显著或含有大量膨胀粘土矿物成分的松、散、软、弱岩层”，显然这里的软岩是岩体，是松散软弱岩层的简称。 E. Hoek (1998)对弱岩体进行了如下定义 “弱岩体是由构造运动造成的，微观表现为原岩受到了剪切和压碎，原联结结构受到了扰动，工程特点表现为岩体强度非常低、隧道或边坡开挖很容易诱发失稳破坏”。 顾宝和等(2006)将断层破碎带岩体归为具有不良地质特性并易引发工程事故的“劣质岩”之一。 挤压大变形隧道则主要出现在以泥岩、泥质砂岩/粉砂岩、粘土岩、泥灰岩、煤系地层、复理石为主的沉积岩，以页岩、片岩、泥质板岩、千枚岩、蛇纹岩、片麻岩等为主的变质岩等这些传统软岩中。断层破碎带岩体与传统软岩相比，大变形本质相同但影响因素和过程却存在着显著差别。 什么是挤压性围岩？国内外学者从不同角度进行了不同定义。国外对挤压性围岩的研究比较早也比较系统： Terzaghi (1946)—挤压性岩石仅仅指那些含有相当多粘土的岩石，粘土可能是原生的如页岩内的，也可以是蚀变产物。这类岩石可能主要是高岭土类，或者蒙脱石类的。因此，挤压性岩石范围可能很宽。挤压性岩石缓慢地向隧道内移动，但并没有明显的体积增加。挤压的首要条件是云母类矿物或粘土矿物含量高但膨胀能力却很低。 2. Gioda(1982)—挤压意味着时间相依性的变形，是由开挖空间周围的剪应力集中造成的。偏应变和体积变形都可能出现，后者与岩土介质的膨胀有关。 3. Tanimoto(1984)则假设挤压变形现象是围岩的一种弹塑性行为，并认为当岩石应变到其残余塑性状态时将发生挤压变形 4. O’Rourke(1984)—挤压性地层是指因荷载强度超过其强度而在隧道附近出现时间相依性变形的地层。挤压性地层的结果是隧道支护结构将在数周甚至数月内经受比初始荷载高数倍的不断增加的荷载。 5. Singh(1992)—挤压意味着岩体应力过大引起的与体积膨胀有关的破坏。挤压条件下隧道收敛可能长期持续，有时超过1年。 7. Kovari(1998)—岩石对开挖的挤压响应意味着：地层大变形造成隧道截面收缩，变形持续很长时间，如果变形收到抑制，地层压力可