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围岩压力的形态及形成

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围岩压力的形态及形成
围岩压力:是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。从狭义上来理解围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力在工程中一般研究狭义的围岩压力。
 
围岩压力按作用力发生形态分为:
1、松散压力:常通过下列三种情况发生:
 
①在整体稳定的岩体中,可能出现个别松动草块的岩石;
 
②在松散软弱的岩体中,坑道顶部和两侧片帮冒落;
 
③在节理发育的裂隙岩体中,围岩某些部位沿弱面发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。
 
2、形变压力:是指由于围岩变形受到与之密贴的支护如锚喷支护等的抑制,而使围岩与支护结构共同变形过程中,围岩对支护结构施加的接触压力。形变压力除与围岩应力状态有关外,还与支护时间和支护刚度有关。
 
3、膨胀压力:是指由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力。它与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起的。
 
4、冲击压力:是指围岩中积累了大量的弹性变性能之后,由于隧道的开挖,围岩的约束被解除,能量突然释放所产生的压力。
 
冲击压力是岩体能量的积累与释放问题,所以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩体,在高地应力作用下,易于积累大量的弹性变形能,一旦遇到适宜条件,就会突然猛烈的大量释放。
 
围岩松散压力的产生
 
开挖隧道所引起的围岩松动和破坏的范围有大有小,对于一般裂隙岩体中的深埋隧道,其波及范围仅局限在隧道周围一定深度,作用在支护结构上的围岩松散压力远远小于其上覆岩层自重所造成的压力,这可用围岩的“成拱作用”来解释。
                                                            
 
围岩松动压力的形成
1、隧道开挖后,在围岩应力重分布过程中,顶板开始沉陷,并出现拉断裂纹,可视为变形阶段;
 
2、顶板的裂纹继续发展并且张开,由于结构面切割等原因,逐渐转变为松动,可视为松动阶段;
 
3、顶板岩体视其强度的不同而逐步坍塌,可视为坍塌阶段;
 
4、顶板塌落停止,达到新的平衡,此时其界面形成一近似的拱形,可视为成拱阶段。
 
自然拱的范围的大小除受上述的围岩地质条件、支护结构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态外,还取决于以下诸因素:
 
1、隧道的形状和尺寸:隧道拱圈越平坦,跨度越大,则自然拱越高,围岩松散压力也越大;
 
2、隧道的埋深:实践证明,只有当隧道埋深超过某一临界值时,才有可能形成自然拱。习惯上称这种隧道为深埋隧道,否则为浅埋隧道。
 
3、施工因素:如爆破所产生的震动,常常是引起塌方的重要原因之一,造成围岩压力过大,又如分部开挖多次扰动围岩,也会引起围岩失稳,加大自然拱范围。

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