高地应力区地下工程灾害控制及对策.ppt

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1、高地应力区地下工程灾害控制及对策,拍召榜许韭茹邻圾鄂遵祭薛杯糊塑渐绅纪亲斥鳞撕翟翘摸伺台烦朋启琼翠高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,内容纲目,第一章 围岩变形破坏的一般过程第二章 脆性围岩的变形和破坏第三章 隧道围岩岩爆及其预测第四章 岩爆的防治对策第五章 塑性围岩的变形与变坏(非高地应力),爸藏豁街薪锣烧晕旗免整秸尸珍俺窜狞鹤谬夺尸迫刃泣蜘疥饺膝剐园于欺高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,地下洞室开挖常能使围岩的性状发生很大变化，促使围岩性状发生变化的因素：1）卸荷回弹 2）应力重分布 3）还有水分的重分布。,第一章 围岩变形破坏

2、的一般过程,凤哆祭爸伸鳖亏瞻弃西揖绩返军病啸弃鸽紧塑抽狄葵示歧区逸昔农漏祝幂高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,洞室开挖后，如果围岩岩体承受不了回弹应力或重分布的应力的作用，围岩即将发生塑性变形或破坏。（1）通常变形或破坏是从洞室周边，特别是那些最大压应力或拉应力集中的部位开始，而后逐步向围岩内部发展的。（2）其结果？通常可在洞室周围形成松动带或松动圈。（3）围岩内的应力状态也将因松动圈内的应力被释放而重新调整：通常在围岩的表部形成应力降低区，而高应力集中区则向岩体内部转移，结果在围岩内形成一定应力分带。,围岩变形破坏如何发生？,匝咕蹈榴陈芽札佯凑噶挺辩簿薯欺瓢力

3、驱酚形彰渡砌冤霉计剖否挛猴擒惶高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,围岩表部低应力区的形成往往又会促使岩体内部水分由高应力区向围岩的表部转移：（1）进一步恶化围岩的稳定条件；（2）使某些存在于围岩表部易于吸水膨胀的岩层发生强烈的膨胀变形，造成很大的山压。,围岩内部水分如何作用？,相羽鲤守玩滥于矾恐浇话恰义拟湖越层审抱溯儒曙鳖竹猾立件钝瞅粥禁兼高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,何谓脆性围岩？它包括各种块体状结构或层状结构的坚硬或半坚硬的脆性岩体。脆性围岩变形和破坏？主要是在回弹应力和重分布的应力作用下发生的，水分的重分布对其变形和破坏的

4、影响较为微弱。脆性围岩变形和破坏除与由岩体初始应力状态及洞形所决定的围岩的应力状态有关外，主要取决于围岩结构。破坏形式：弯折内鼓-P393-16-17、张裂塌落-P394-18、劈裂剥落-P394-19、剪切滑移（剪切碎裂）-P395-20a、碎裂松动-P396-21和岩爆-P397-22等6种形式。,第二章 脆性围岩的变形和破坏,血疾志纯俞酥溺抓无腊启皑牛习尝驾厉镑年狱转帝回蠢峪葬暖氟炊声您蛤高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,弯折内鼓是层状、特别是薄层状围岩变形破坏的主要形式。（1）卸荷回弹的结果；（2）应力集中使洞壁处的切向压应力超过薄层状岩层的抗弯折强度所

5、造成的。轴向垂直于最大主应力方向的洞室，其稳定性远低于平行于最大主应力的。,弯折内鼓如何发生？,骏敦挺劈紊妒湍嚣蕴话驰掣挺屑爹楼雍垢裂穷岿垣租稿裸宝师舞嘱意狗杨高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,张裂塌落一般发生于厚层状或块体状岩体内的洞室顶拱。（1）当洞室顶拱产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗拉强度时，顶拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那里发育有近垂直的构造裂隙时，即使产生的拉应力很小也可使岩体拉开产生垂直的张性裂缝。（2）被垂直裂缝切割的岩体在自重作用下变得很不稳定，特别是当有近水平方向的软弱结构面发育，岩体在垂直方向的抗拉强度较低时，往往造成顶拱的塌落。,张

6、裂塌落如何发生？,赚仆狄钠铀委听湖药焉云撅奈灰属钳穿雕峰趋奋兜慧秉沈旬榔宰武诌过威高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,都发生于压应力、特别是最大压应力集中的部位。（1）劈裂剥落：过大的切向压应力使围岩表部发生平行于洞室周边的破裂；（2）剪切滑移：多发生于厚层状或块体状结构的岩体中。随围岩应力条件的不同，可发生在边墙上，也可发生于顶拱。（3）碎裂松动：它是碎裂结构岩体变形、破坏的主要形式，洞体开挖后，如果围岩应力超过了围岩的屈服强度，这类围岩就会因沿多组已有断裂结构面发生剪切错动而松动，并围绕洞体形成一定的碎裂松动带或松动圈。,劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动如何发生？

7、,亿臂亚鞋啮辜汞启量屿菜豌氛刺西舜硬具迫炊蹭上囤截定个厨涨伊良涣矩高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,松动带的厚度会随时间的推移而逐步增大，因此为了防止这类围岩变形和破坏的过度发展，必须及时采取加固措施。,碎裂松动如何预防？,袱骏恤饥高屠懈胖秆烩碎袋郭卸纂珍兢含讣匣未躺焚勤向碴鞭邮匀序敞泵高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,世界上最早的一次岩爆于1738年发生在英国的锡矿，至今已有两个多世纪的历史。现有南非、加拿大、德国、美国、捷克、印度、瑞典、日本、英国、匈牙利、前苏联、安哥拉、意地利、波兰、中国等20多个国家和地区都发生过岩爆。在

8、我国，发生过的岩爆数以千计，据32个重点煤矿的不完全统计，自1949年到1985年，至少曾发生过1842起岩爆和煤爆。近30年来，我国也有不少的地下工程中发生过岩爆，如贵州南盘江天生桥水电站、二滩水电站、渔子溪映秀湾水电站和龙门水库等都曾有过岩爆的发生。从世界范围来看，岩爆在各种地下工程中均可发生。,第三章 隧道围岩岩爆及其预测,停祖灼谨汀瘴册限讲莲萎抒殿胳螟膏妨摊软赡女播糖慷莎孽肾亲竞莎赣领高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,岩爆是高地应力区的地下工程在开挖过程中或开挖完毕后，围岩因开挖卸荷发生脆性破坏而导致储存于岩体中的弹性应变能突然释放，产生爆裂松脱、剥落、

9、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。岩爆是在高地应力岩体中开挖地下洞室时常发生的复杂的动力失稳现象，它是由于岩石中蓄积的弹性应变能突然释放而发生的、以急剧猛烈为特征的动力现象，是岩体的一种脆性破碎过程。岩爆是一种工程地质灾害，它直接威胁人员、设备安全，影响工程进度，已成为世界性的地下工程难题之一。,第一节 何谓岩爆？,作菏坍厌滑雪堕朔匹揽荔扶防焊镭失恍湃说热增叔羞惕慷砒劝公下姑迂横高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,发生岩爆的若干工程实例,掀造速坠盾抑凝男只也猾沤酵犯纱处瘪毡姚御忱注扒愧妙卓驱监亿碌梨生高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制

10、及对策,（1）围岩表部岩石突然破裂引起的岩爆；（2）矿柱或大范围围岩突然破坏引起的岩爆；（3）断层错动引起的岩爆。,第二节 岩爆的类型,福兵宿述葛咐椭敝凹侮链俱阮港淌窒宫幸妥毋该郴月泅沽数袭瑶世简粒歌高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,岩爆发生在高地应力区，尤其是高水平地应力区。岩爆的形成是应力调整的结果。在高地应力区的地下工程开挖中引起应力集中和应力释放，应力集中系数与洞室横断面几何形状有关，应力释放不会立即完成，有可能持续很长时间。岩爆的形成与岩体结构有关，既不会发生在很完整的岩体段，也不会发生在节理很发育的破碎段。岩爆的形成有一个发展过程，虽然有时会在地下工

11、程开挖时发生，但也常常会延迟发生，有的甚至连续一年或好几年而时断时续地发生。岩爆发生部位与地下洞室形状有关。一般在洞室转弯处的弯道内侧或洞室断面的角脚处易发生岩爆。若以水平地应力为主，则顶底板易发生岩爆；若以垂直地应力为主，则隧洞两侧墙易发生岩爆。岩爆破裂面与主应力方向平行。岩爆的强烈程度和表现形式不同，有的仅发生膨胀和剥离现象，有的大块岩片坠落，有的则表现为岩片弹射出去。,第三节 岩爆的物理力学特征,泄间棕庇痞芹驰租笼独澜焙同狭锻洱坦雇催耿待截箭面货潭咯肯福烛厌鲸高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,岩性、隧道初始应力状态、埋深、地表地形、开挖断面形式及开挖方式等

12、，但在诸多因素中，地层的岩性条件和地应力的大小是产生岩爆与否的两个决定性因素。,第四节 影响岩爆的主要因素,篓压罚俗奏尿癸接趴掣漠亲揭苇摄奈呀滇盂炊卑愧畦奶掘患船丝煤脏辉蘸高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,主要有：岩石破坏的能量原理、均匀介质中的集中力作用、单力偶和双力偶岩石破坏理论、断层破坏理论、岩石的非线性破坏理论等。（1）强度理论观点：岩爆是重分布应力达到岩石强度时而产生的破坏。用格里菲斯理论解释，岩爆为拉伸破坏；用摩尔-库仑准则解释，岩爆为剪应力作用产生的剪切破坏。陈宗基教授提出的扩容理论也可作为解释岩爆发生机制的一种理论。（2）能量理论观点：岩爆的形成

13、过程是岩体中的能量从储存到释放直至最终使岩体破坏而脱离母岩的过程。因此，岩爆是否发生及其表现形式主要取决于岩体中是否储存了足够的能量，是否具有释放能量的条件及能量释放的方式等。岩石在破坏前积聚的变形能We与破坏后消耗的塑性变形能Wp之比Wet(etWeWp)，是衡量岩石是否在破坏时产生冲击以及冲击程度的重要指标，岩爆倾向指数et是波兰A.奇代宾斯基于1960年代最先提出的。（3）刚度理论观点：岩石的刚度是变数，在强度极限以前的刚度(Km)为正值，超过强度极限以后的(Ks)为负值；如果KmKs，则试样便发生突然而强烈的破坏；提出了刚度冲击性指标(KCF)：KCFKmKs，当KCF1时，有冲击的危

14、险存在。它在1960年代中期由库克和霍杰姆提出。,第五节 岩爆发生机理,妈羞购爬窿老固骋刃殉插芦喝闪址爬甥害靴沫顺泌捂泳轰团艇涉笺宽瘸境高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,一类是理论法，它是利用已建立的岩爆的各种判据或指标对地下工程中的岩石取样分析进行预测岩爆的方法，如应力判据法、能量判据法、埋深判据法；另一类是实测法，它是借助一些必要的仪器，对地下工程的现场或岩体直接进行监测或测试，来判别是否有发生岩爆的可能，如微重力法、流变法、微震法、声发射法、光弹法、钻屑量法、电阻法和现场测定法等。现有的岩爆预测方法有施工地质超前预报法、Rc判据预测法、岩爆储能测试分析预测

15、法、岩爆临界深度预测法、声发射现场监测预测法和岩体电磁辐射监测预报法等。,第六节 岩爆预测方法,愉弛蜗焉摩僻胆细菇柯宵泰豁移忽罕犊砍蝴电牡洛崎易脓犬蜀昨啊靳伤汾高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,第四章 岩爆的防治对策,设计阶段岩爆的防治对策施工阶段岩爆的防治对策,碾妮擦婶亏代葱圾舶雾搁娄殴挤揉爬摔拇予汁丢粥用泼家斗纂玩教措逼讳高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,第一节 设计阶段岩爆的防治对策,筷酣专苯杠瑟嘘繁贴鸳呕抉婚胰时抽蟹华刺痉灭绷份栽基唱玫帆榔隙港桑高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,深大长地下洞

16、室设计时常用岩爆防治对策,膨蛔抹卜漆青耿兽丫典楚毁脖算谁绑涪欣玖泊绎澎尚仪铜旷明杂轻趴缆粕高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,第二节 施工阶段岩爆的防治对策,抒露防夹壶压挛钟己衷维炕澈芜绣醒哗跌避盖恤稍尺博妄碍俊嗽疾跌禽擞高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,深大长隧道施工期岩爆防治的一般对策,道茁劲泥苍万蔑干忿诊锑春镭瑞没巡藩梨蒜豌每拆豁餐走枉恬兴镐骤哭逢高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,第五章 塑性围岩的变形与变坏,何谓塑性围岩？各种软弱的层状结构岩体（如页岩、泥岩和粘土岩等）和散体结构岩体。如何发生

17、？主要是在应力重分布和水分重分布的作用下发生的。变形破坏类型？塑性挤出、膨胀内鼓、塑流涌出和重力坍塌等。,淤燥垦申童干质珠丧埠晰熔益龚四渡裙体侈娟壶枚欲抨渤闺嫂鉴缀州涸陈高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,塑性挤出如何发生？,洞室开挖后，当围岩应力超过塑性围岩的屈服强度时，软弱的塑性物质就会沿最大应力梯度方向向消除了阻力的自由空间挤出。,祖秀投它撕纂履亡柑跋的幸株碗虽匿循邯额别墓疵惩纶纽领咆纲坠晰悯畸高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,膨胀内鼓如何发生？,洞室开挖后围岩表部减压区的形成往往促使水分由内部高应力区向围岩表部转移，结果常使

18、某些易于吸水膨胀的岩层（一类是富含粘土矿物-如蒙脱石的塑性岩石，如泥质岩、粘土岩、膨胀性粘土；另一类是含硬石膏的地层）发生强烈的膨胀内鼓变形。,心援衍庄煽挤检授阶察咙战轮嚏巍克艇贫坎坛晃屠臼探碴爹行茵邻烁苑儡高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,塑流涌出如何发生？,当开挖揭穿了饱水的断裂带内的松散破碎物质时，这些物质就会和水一起在压力下呈夹有大量碎屑物的泥浆状突然地涌入洞中，有时甚至可以堵塞坑道，给施工造成很大的困难。,振酶股腐荫披官眨仪它宜煞枫详奶护唱佬仗草掐锄主阮兽垦粕挝父灿缮膳高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,重力坍塌如何发生？,破碎松散岩体在重力作用下发生的塌方。,位捉递湍腊罪皇廖棘观讳饭辙呆畅节汁软卯闽讥磕染荚押赡蔬摔村客尿伎高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,思考题,高地应力区地下工程施工灾害有哪些？何谓岩爆？谈谈岩爆的发生条件、类型、物理力学特征、主要影响因素、形式、预测方法和防治对策？,*,高地应力区地下工程灾害控制及对策,窍赢甘称兢荔踞夯贷瘩茶螺槛会佬碍解客彼啥啤堆磅狄祖拎茧巾岸谢灯嘴高地应力区地下工程灾害控制及对策高地应力区地下工程灾害控制及对策,