水工地质8(-地下建筑的工程地质研究).pptVIP

第八章

地下建筑的工程地质分析;地下洞室:是指建筑于地下岩土体中，具有一定断面形态和尺寸，并有较大延伸长度的地下建筑。

而洞室周围的岩体简称为围岩。实际工作中，一般认为其是受到开挖影响，大体相当于洞室宽度或平均直径3倍距离范围内的岩土体。;地下建筑位置的选择，除取决于工程目的要求外，首先要考虑区域和山体稳定，其次为地形、岩性、地质构造、地下水及地应力等因素的影响。;一〕地形地貌;隧

洞

选

线

利

用

沟

谷

地

形

示

意

图

;1.尽量避开不良围岩，使洞室置于坚硬岩层中。

2.软硬互层且层较薄时，将顶围置于硬岩中。

;地质构造条件对洞室围岩稳定有重要的影响。

1.尽量使轴线与地区构造线的方向相垂直或成大角度相交。

2.尽量避开大的断层破碎带或呈小角度相交。

3.倾斜岩层地区，注意洞轴线与岩层产状的关系。

;断层对地下洞室选线的影响;褶皱剧烈地区：断裂也发育，尤其褶皱核部岩层完整性最差。

①背斜核部，虽岩层破碎，然犹如石砌的拱形结构，能将上覆岩层的荷重传递至两侧岩体中去，所以有利于洞顶的稳定。洞顶虽张裂隙发育，然岩块呈上宽下窄形，不易掉块。

②向斜核部岩层呈倒拱形，顶部被张裂隙切割的岩块上窄下宽易坍落。

另-----向斜核部往往是承压水储存的场所，地下洞室开挖时地下水会突然涌人洞室。因此，在向斜核部不宜修建地下洞室。;地下洞室轴线与褶皱的关系;须做工作：

调查分析地下水的埋藏条件、类型及泉水出露情况。

水量方面：对易透水的岩层和构造，特别是喀斯特地区，应注意其分布规律和发育程度，并结合隧洞设计高程，分析评价地下水涌水的可能性及涌水量。

水质方面：资料分析，对PH＜5的酸性地下水，应分析水中侵蚀性CO2和SO4-2侵蚀性对混凝土衬砌的影响。;五〕地应力;地下洞室在开挖前，山体内部的岩石处于天然应力〔地应力〕状态。

地应力一般可分为：

自重应力

构造应力

变异应力;二、围岩应力的重分布

地下洞室开挖前，岩体内任意点上的应力都是平衡的。围岩内任???点都有：;以圆形洞室为例〔右图〕，假定开挖前只存在压应力δ，无拉、剪力，那么极坐标下围岩中任意一点有：;第八章地下建筑的工程地质分析;第八章地下建筑的工程地质分析;有最大值

;〔1〕概念：

山岩压力〔简称山压〕----洞室上部岩体作用于洞室支撑衬砌结构上的作用力。

可分为：

变形山压

松动山压;〔2〕普式平衡拱与普式山压;计算前提

①围岩为水平岩层或散体结构岩体

②洞室侧壁未发生滑坍

;第八章地下建筑的工程地质分析;取平衡拱左半拱，该块岩体受力〔同三铰拱〕为：

铅直重力，右半拱水平推力T，拱角水平反力F，铅直反力V，依据静力平衡条件，对拱角A点取力矩，那么有;当到达平衡时，必然有

F=TV=×b1;一般地，当F＞T时，拱围即可到达稳定，但为保证平安，设计时常取F=2T，即平安系数为2，代入有:;即;*普氏还认为：平衡拱是呈抛物线形式的，由此洞顶普氏山岩压力Q应为〔面积×容重〕。;2.弹性抗力

弹性抗力：指有压隧洞充水后，衬砌局部或整体〔如压力隧洞衬砌的周边〕发生向围岩方向变形时，在围岩中产生的抵抗力。

弹性抗力常用弹性抗力系数来表示,即：

P——岩石承受的压力〔内水压力〕

y——洞壁的径向变形。

隧洞半径愈大，岩体的弹性抗力系数越小。工程上常采用隧洞半径为1m时的弹性抗力系数作为单位抗力系数.;3.外水压力

外水压力：作用在隧洞衬砌上的地下水静水压力。

其大小是由两方面因素所决定的：

①隧洞围岩的水文地质条件：如地下水位的上下、岩石的透水性以及地下水的埋藏条件；

②隧洞设计和施工情况：如排水设置、衬砌本身的透水性、衬砌与岩石的结合程度以及灌浆效果等。;?隧洞外水压力示意图;第三节??洞室施工的工程地质问题;2．侧围突出与滑塌：

多发生于陡立层状岩体中。这种岩层侧围滑塌后又会发生顶围坍落〔天然应力δ引起〕，但不会形成坍落拱。;3．底围鼓胀与隆破：多见于塑性、弹塑性岩体中或裂隙发育，有适当结构面的围岩中，或因洞室埋深过大而引起。;4．围岩缩径与岩爆：前者指顶、侧、底三围以相似速度向洞内变形，多见于弹塑性和塑性岩体中，后者是脆性岩体中各别岩块在失去一侧围压阻挡后，突然向洞室内弹出的现象.

弹出岩块不可能再塞回

原位

①岩块体积增大

②原位变形;二、提高围岩稳定性的措施

常用的支衬结构有支撑、衬砌、锚杆支护、锚喷支护等。

〔一〕支撑、衬