岩質地下洞室圍岩變形
正文
在開挖洞室之前，岩體處於應力平衡的初始應力狀態（見岩石和岩體、岩體中應力）。洞室開挖後洞壁周邊失去原有岩體的約束，圍岩向內變形。圍岩的變形與破壞，因岩性、岩體結構和初始應力狀態不同而異。地下洞室開挖後，破壞了洞室四周岩體原有的應力平衡狀態，使洞室四周一定範圍內的岩體中應力重新分布，使圍岩中某些部位產生應力集中。此時若應力超過岩體的強度極限時，則在該處發生局部破壞，同時引起附近圍岩中應力分布進一步變化。若應力使局部破壞範圍繼續擴大，最終將導致圍岩大範圍的破壞和坍塌。初始應力場應力的大小、作用方向與圍岩主要結構面和與洞室空間形狀相對方位，都對圍岩變形和破壞有重大影響。
地下洞室圍岩變形和破壞情況隨岩體本身結構而異，在完整圍岩中變形主要是岩石的變形；塊裂結構的圍岩變形主要是結構面的變形；碎裂結構的圍岩變形是結構面與岩石變形共同作用的結果；但都表現有流變現象。在二次應力場的作用下，具有結構面的圍岩的破壞，首先是從結構面最不利的組合部位開始滑移的。若岩體完整但其試塊強度較低，其變形具有彈塑性介質變形的特點，洞室周邊出現較大變形，且隨時間而繼續增大，表現明顯的流變現象。若岩體中含有膨脹性礦物，洞室開挖後岩體膨脹，形成洞壁嚴重內擠現象，即使及時採用較強的支護措施，也不能完全阻止圍岩的變形；若圍岩非常破碎，已呈碎石狀的鬆散結構，其變形與破壞具有散體介質的特點。
存在於節理、裂隙或岩石中的地下水，一方面影響圍岩的力學性質，另一方面也改變圍岩應力狀態。若圍岩開挖後出現大量湧水，可能直接破壞圍岩穩定。水對岩石中礦物的化學作用常對圍岩穩定帶來不利影響。因此分析圍岩變形和破壞時，不應忽略地下水的作用。
地下洞室本身的工程條件也影響洞室的變形和破壞。洞室整體空間幾何形狀，截面的幾何形狀，以及洞室附近是否還有其他洞室等都會影響岩體二次應力場的分布狀態，進而影響圍岩的變形與破壞。當地下洞室埋深較淺時，岩體的地面地形對地下洞室的變形和破壞也有很大的影響，應不同於埋置很深的地下洞室。
圍岩變形和破壞根據不同的岩體結構分為三類。岩體力學性質明顯受結構面控制的圍岩，如塊裂結構的圍岩屬第一類；岩體力學性質受結構面及岩石共同影響的碎裂結構圍岩屬第二類；岩體力學特性沒有受到結構面的明顯控制的圍岩如完整的岩體屬於第三類，其變形和破壞近似於連續介質的性質。①第一類的塊裂岩體可視作許多塊體的拼合，用塊體理論利用赤平投影的解析方法核算圍岩的穩定性。②第二類圍岩變形由圍岩結構面的張開、閉合、岩塊滑移和轉動以及岩石彈塑性變形所組成。其破壞形式多為結構面上應力超過其強度後，使岩塊沿結構面滑移的局部破壞（圖1）。若有較大結構面時，如剪下破碎帶，當其中應力超過該剪下破碎帶的強度極限時,將產生較大的坍塌（圖2）。③第三類圍岩的變形有幾種形式：完整結構的岩體，若質地堅硬，其變形具有彈性介質的特點，岩體強度及變形模量均較高，洞室周邊變形很小，流變現象不明顯，常不用任何支護，洞室可維持長期穩定。若洞室處於高地應力區的脆性圍岩中，可能出現岩爆；若岩石強度較低，則會出現前述的彈塑性介質的變形性質和明顯的流變現象，應適時地予以支護，以保證其穩定。
岩質地下洞室圍岩變形
岩質地下洞室圍岩變形鑒於圍岩的岩性、結構均不相同，計算不得不包含許多假定。為了反映實際情況，常在開挖好的岩洞中進行觀測，印證原來假定的計算結果是否合適，必要時進行適當的調整。
參考書目
E.Hock and E.T.Brown，Underɡround Excavation in Rock,The Institution of Mining and Metallurgy，London，1980.
