地下洞室圍岩(土)穩定性
正文
地下洞室周圍岩、土體的穩定程度。地下洞室的開挖,會引起初始應力的釋放,洞室周圍岩、土體中產生應力集中和新的變形。應力低、變形小的洞室可以在不支護條件下長期使用。應力高、變形較大的,往往引起岩、土體破壞,因而必須利用支護或加固岩、土體的措施,才能保持使用洞室所必需的斷面尺寸。在應力大、變形嚴重的情況下,不僅會造成洞室周圍岩、土體的破壞,而且還可能導致地表沉陷,危及地面建築物的安全。根據洞室所在地層的性質,地下洞室分為土洞和岩洞兩大類。土體和岩體的工程性質差別較大,兩類洞室的變形破壞型式、影響因素,以及穩定性評價方法等,均有所不同。
與大部分岩洞相比較,土洞的穩定性要低得多。一般來說,土洞如果不給予支護,通常都不能保持長期穩定。影響土洞穩定性的因素,主要是土層類型、地下水的狀態、洞室斷面尺寸、形態以及埋深等。在堅硬和較堅硬的土層中,洞室穩定性較好;在淤泥層、沙層、粘性土層及遇水軟化的粘土岩、膨脹土層中,洞室穩定性很差,常常給施工帶來巨大困難。土洞的穩定性和土壓力的評價,通常採用土力學的分析方法進行。
岩洞的穩定性主要取決於岩體中的初始應力狀態、岩體質量(主要是岩體結構和岩塊質量)、地下水狀況、洞室的斷面尺寸、形狀及其埋深等。初始應力不高,水平初始應力與鉛直初始應力的數值越接近,岩體質量越好。地下水越不發育,洞室斷面尺寸越小,洞室圍岩的穩定性就越好。反之,當初始應力很高時,岩洞穩定性很差,常使圍岩發生板裂、剝落和岩爆,甚至導致洞室完全封閉。岩體結構不良時,圍岩可能發生塊體崩塌、滑移和彎折破壞;洞室通過含水的泥質岩體、雲母質岩體、含有斷層泥的破碎帶,以及膨脹岩體時,圍岩可能發生擠入和膨脹破壞;洞室通過位於地下水位以下的斷層破碎帶時,飽水的岩屑將可能象漿液一樣流入洞室,充填洞室;當地下水非常豐富、水壓力非常大時,甚至在堅硬岩體中,也可能使洞室頂板、底板、洞壁或掌子面圍岩發生水壓突破破壞。
岩洞穩定性的評價,一般採用以下3類方法:①圍岩分類評價法。這是普遍採用的一種方法,它是以岩體質量評價為基礎,結合已建工程的實踐經驗進行的。②連續介質力學分析法。利用彈性理論、彈塑性理論以及各種數值分析方法,評價圍岩的穩定性。③塊體極限平衡分析法。套用極限平衡理論,分析圍岩脆性開裂、塊體滑移以及層狀岩體彎折等問題。