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............................................................................................................. 1 2 高地应力区隧道硬岩岩爆工程问题................................................................ 2
2.1 岩爆现象的认识..................................................................................... 2 2.2 岩爆分类研究......................................................................................... 2 2.3 岩爆强度分级研究................................................................................. 3 2.4 岩爆形成机理研究................................................................................. 3 2.5 岩爆预测研究......................................................................................... 5
2.5.1 强度理论预测.............................................................................. 6 2.5.2 能量理论预测.............................................................................. 7 2.5.3 刚度冲击理论预测...................................................................... 8 2.5.4 数学预测...................................................................................... 8 2.5.5 损伤理论...................................................................................... 9 2.5.6 以探测技术为基础的岩爆预测................................................ 10 2.5.7 根据特殊的地质现象进行宏观预测........................................ 10 2.6 岩爆的防治研究................................................................................... 11
2.6.1 改善围岩的物理力学特性........................................................ 11 2.6.2 改善围岩应力条件.................................................................... 11 2.6.3 加固围岩.................................................................................... 11 2.6.4 改进施工工艺............................................................................ 11
3 高地应力区软弱围岩隧道工程大变形问题.................................................. 12
3.1 大变形现象........................................................................................... 12 3.2 大变形的机理与分类研究................................................................... 13 3.3 大变形预测........................................................................................... 16
3.3.1 挤出预测.................................................................................... 16 3.3.2 膨胀变形预测............................................................................ 19 3.4 大变形防治........................................................................................... 20 4 存在的问题...................................................................................................... 23
5 学习高等岩石力学的思考.............................................................................. 24
5.1 收获....................................................................................................... 24 5.2 对课程的希望和建议........................................................................... 26
1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
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