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地下工程稳定

了解洞室围岩稳定的影响因素及基本理论；熟悉围岩分类及支护类型的设计方法；
14.1 地下工程稳定
由岩体力学可知，在岩体内开挖洞室的结果是破坏了岩体原来平衡状态，引起了应力的重分布，使围岩产生了变形。当重分布以后的应力达到或超过岩石的强度极限时，除弹性变形外还将产生较大的塑性变形，如果不阻止这种变形的发展就会导致围岩破裂，甚至失稳破坏。另外，对于那些被软弱结构面切割成块体或极破碎的围岩，则易于向洞室产生滑落和塌落，使围岩失稳。为了保障洞室的稳定安全必须进行支护以阻止围岩的过大变形和破坏。围岩作用于支护结构上的力就是围岩压力。
由上述可知，围岩压力的形成是由于围岩的过大变形和破坏而引起的。当岩石比较坚硬完整时，重分布以后的应力一般都在岩石的弹性极限以内，围岩应力重分布过程中所产生的弹性变形在开挖过程中就完成了，也就没有围岩压力。若进行支护多是为了防止风化作用等。如果岩石的强度比较低，围岩应力重分布过程中不仅产生弹性变形，还产生了较长时间才能完成的塑性变形，支护的结果限制了这种变形的继续发展，故而引起了围岩压力。显然，它主要由于开挖洞室后所引起的二次应力使围岩产生了过大的变形所引起的，故称这种围岩压力为形变围岩压力。在极其破碎或被裂隙纵横切割的岩体中，围岩应力极易超过岩体强度，使破碎岩体松动塌落，直接作用于支护结构上。由塌落岩体的重量引起的压力，称塌落围岩压力(或松动围岩压力)，其本质可视为荷载。在实际工作中常常碰到的既不是非常完整的岩石，也不是切割成碎块的破碎岩石，而是由一些较大的结构面将岩体切割成大的块体。在这种岩体中开挖洞室，大块体常产生能向洞内塌落或滑动。由塌落或滑动产生围岩压力，称块体滑落围岩压力。其本质和塌落围岩压力类似，它是大块滑落岩体的重量(荷载)对支扩结构产生的压力。
【例题1】当地下洞室所处围岩比较坚硬完整时，重分布以后的应力一般都在岩石的弹性极限以内，这时作用在支挡结构上的围岩压力为( )。
A、由围岩产生的弹性变形控制；
B、由围岩产生的塑性变形控制；
C、由塌落岩体的重量控制；
D、零(或没有围岩压力)；
答案：D
【例题2】对于塌落围岩压力或块体滑落围岩压力，其实质为( )。
A、由围岩弹性形变引起；
B、由围岩塑性形变引起；
C、由岩块之间的摩擦力控制；
D、由塌落或滑落的岩体重量作用于支护结构上的力；
答案：D
由此可知，围岩压力的形成和大小与岩石的强度特征和地质结构特征有密切的关系。不仅如此，它还与洞室的形状、大小、支护的刚度、支护的时间、洞室埋深及施工方法等都有关系。
对于较坚硬的岩石，一般当洞壁围岩的切向应力值小于岩石的允许抗压、抗拉强度时，则可认为洞壁是稳定的。反之，则不稳定，需要支护。作用在支护结构物上的围岩压力大小视其具体情况不同而不同。
对不同原因产生的围岩压力采用的计算方法往往不同。对于“形变围岩压力”可采用弹、塑性理论；对于“塌落围岩压力”可采用松散围岩的围岩压力理论；对于“块体滑落围岩压力”采用块体极限平衡理论。
【例题3】对于塌落围岩压力的计算方法，可采用( )。
A、弹、塑性理论；
B、松散围岩的围岩压力理论；
C、块体极限平衡理论；
D、以上三者均可；
答案：B