地下大空间开挖引起的上覆岩层离层的基本机理.pdf

第6章地基基础加固 续表 原因与状况 处治方法选择 基坑 基坑开挖 基坑支护、树根桩或注浆 开挖与 降水 基坑降水 水泥土搅拌桩、高压喷射注浆或注浆止水帷幕 6．2．7结束语 软弱地基在我国不少地区特别是沿海地区分布较广，对上述地区的工程建设造成了许多不 利影响。正确认识软基带来的危害，并认真分析软基沉降的产生原因，从而科学合理地解决软基 造成的工程质量问题，在能够满足地基稳定性要求的前提下，控制较大的工后沉降和不均匀沉 降。既可减少一次处理的困难和投资，又可保证工程的正常使用，对确保工程质量和提高施工效 率具有重要意义。 叶观宝1，2徐超∽王艳1，2裔照洲3 (1同济大学岩土工程重点实验室；2教育部城市环境与可持续发展联合研究中心； 3江苏省盐城市交通规划设计院) 6．3地下大空间开挖引起的上覆岩层离层的基本机理 6．3．1引 言 随着城市建设的飞速发展，城市人口的急剧增加，为了缓解城市地上空间开发的压力，地下 大空间开挖势在必行。但是，地下大空间的开挖利用必将造成上覆岩层内部的原始力学平衡状 态的破坏，从而使岩层内部的应力重分布；上覆岩层开挖顶板向上就会相继发生垮落、断裂、离 层、移动和变形等，并发展到地表，使地表产生一个范围较大的下沉盆地——开挖沉陷，对地表建 筑物带来诸多灾害性后果。这些后果成为制约地下大空间开发利用的瓶颈。因此，研究覆岩移 动和地表下沉基本规律及其控制措施必将对我国地下大空间的开发、社会的稳定、生态环境的保 护产生重大现实意义和深远社会意义。但是由于上覆岩层的强度、变形性质、刚度、载荷、正应力 和剪应力值及其层接触面粘结力的比值等地质条件差别很大，解释各岩层的力学行为极富挑战 性。对此，许多专家学者和工程技术人员进行了大量实验研究和深入研究，并发展为一系列的控 制理论和技术。 本文基于地下大空间开挖引起的上覆岩层离层的基本机理，建立了叠合板理论模型，并进行 了，一系列的研究。 6．3．2地下大空间开挖引起上覆岩层离层破坏的基本特征 在正常的地质条件下地下大空间开挖以后，从地下大空间开始，自下向上依次发生冒落、断 裂、弯曲、离层，表现出明显的四域分布：冒落域、断裂域、离层域和同步弯曲域。这是一个随地下 大空间开挖而动态发展的过程。当大空间开挖以后，受开挖影响的上覆岩体中各点最大主应力 仃，的方向将由开挖前的铅锤方向改变为向地下大空间两侧的偏斜。由于顶板上方有一部分原 岩铅垂应力向地下大空间两侧转移，从而使两侧岩体承受的荷载比开挖前增加，形成地下大空间 两侧的支撑压力带。支撑压力带呈“拱”状作用于上覆岩体中，称其为支承压力拱，两个拱脚分别 349 特种工程新技术 位于工作面后方和工作面前方一段区域上，且随工作面的推进而向前移动；而位于支承压力拱下 方的岩层，由于其上位岩层的压力被支承压力带引导至地下大空间两侧岩体中，使之铅垂应力比 开采前降低，处于卸荷状态，称其为卸荷拱。处于卸荷拱内岩层本身，由于弹性恢复、自重以及水 平地应力的作用使其向地下大空间I临空面方向移动，产生弯曲变形。由于开挖初期卸荷拱各岩 层在各层层面上的拉应力(实际上是层丽的粘结力c)Jl、于面层间的单向抗拉强度[仃。]，甚至可 能各层层面问出现压力，所以各层岩层叠合在一起共同作用；但是随着工作面的不断向前推进， 会产生更大的弯曲变形和层面相互作用力；当各层层面上的相互作用力为拉应力并且大于层面 间的单向抗拉强度时，就发生离层。当工作面继续向前推进，其内部的离层发生一系列变化，原 来的离层不断扩展、进而闭合，新的离层又在更高的位置上产生和扩展。原来的离层闭合后，原 先发生离层的层面问又发生