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2022一造计量,地下工程围岩稳定问题

作者:233网校-正思齐 2022-03-12 10:00:00
导读:地下工程埋于岩体中,首先要考虑的就是地下工程围岩的稳定性问题,如围岩塌方、地下水渗漏等。

一、地下工程位置选则的影响因素

地下工程位置的选择,除取决于工程目的要求外,还需要考虑区域稳定、山体稳定及地形、岩性、地质构造、地下水、地应力等因素的影响。

(1)地形条件

选择隧洞位置时,隧洞进出口地段边坡应下陡上缓,无滑坡、崩塌现象存在。洞口岩石应直接出露或坡积层薄,岩层最好倾向山里以保证洞口坡的安全。

(2)岩性条件

一般而言,岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及变质岩,围岩的稳定性好,适于修建大型的地下工程。

凝灰岩、黏土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩,稳定性差,不宜建大型地下工程。

(3)地质构造条件

1)褶皱的影响(2018、2019)

向斜核部不宜修建地下工程(2019)。

在布置地下工程时,原则上应避开褶皱核部(2014)。若必须在褶皱岩层地段修建地下工程,可以将工程放在褶皱的两侧(2018)。

(2019)隧道选线尤其应该注意避开褶皱构造的(  )。

A.向斜核部

B.背斜核部

C.向斜翼部

D.背斜翼部

233网校答案:A
233网校解析:褶皱剧烈地区,一般断裂也很发育,特别是褶皱核部岩层完整性最差。在背斜核部,岩层呈上拱形,虽岩层破碎,然犹如石砌的拱形结构,能将上覆岩层的荷重传递至两侧岩体中去,所以有利于洞顶的稳定。向斜核部岩层呈倒拱形,顶部被张裂隙切割的岩块上窄下宽,易于塌落。另外,向斜核部往往是承压水储存的场所,地下工程开挖时地下水会突然涌入洞室。因此,在向斜核部不宜修建地下工程。从理论而言,背斜核部较向斜优越,但实际上由于背斜核部外缘受拉伸处于张力带,内缘受挤压,加上风化作用,岩层往往很破碎。因此,在布置地下工程时,原则上应避开褶皱核部,若必须在褶皱岩层地段修建地下工程,可以将地下工程放在褶皱的两侧。

2)断裂的影响

选址尽量避开大断层(2015)。

地下工程轴线垂直或近于垂直断裂带,所需穿越的不稳定地段较短,但也可能产生塌方。

3)岩层产状的影响

对于地下工程轴线与岩层走向垂直的情况,围岩的稳定性较好,特别是对边墙稳定有利。当岩层较陡时,稳定性最好。当岩层倾角较平缓且节理发育时,在洞顶易发生局部岩块塌落现象,地下工程顶部常出现阶梯形超挖;

在水平岩层中布置地下工程时,应尽量使地下工程位于均质厚层的坚硬岩层中。若地下工程必须切穿软硬不同的岩层组合时,应将坚硬岩层作为顶板,避免将软弱岩层或软弱夹层置于顶部,后者易于造成顶板悬垂或坍塌

软弱岩层位于地下工程两侧或底部也不利,它容易引起边墙或底板鼓胀变形或被挤出。

当洞身穿过软硬相间或破碎的倾斜岩层时,顺倾向一侧的围岩易于变形或滑动,造成很大的偏压,逆倾向一侧围岩侧压力小,有利于稳定。

(4)地下水

在选址时最好选在地下水位以上(2016)的干燥岩体内,或地下水量不大、无高压含水层的岩体内。

(5)地应力

初始应力状态是决定围岩应力重分布的主要因素。

二、围岩的工程地质分析

(1)围岩稳定性分析

围岩稳定,是指在一定时间内,在一定的地质力和工程力作用下,岩体不产生破坏和失稳。围岩在压应力、拉应力作用下能否破坏,一般可采用如下判据:

一是围岩的抗压强度和抗拉强度是否适应围岩应力;

二是围岩的抗剪强度是否适应围岩的剪应力。

变形与破坏的形式主要有五种(2017):

1)脆性破裂,经常产生于高地应力地区,形成机理是复杂的,它是储存有很大弹性应变能的岩体。

2)块体滑移,是块状结构围岩常见的破坏形式,常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。

3)岩层的弯曲折断,是层状围岩变形失稳的主要形式。

4)碎裂结构岩体在张力和振动力作用下容易松动、解脱,在洞顶则产生崩落,在边墙上则表现为滑塌或碎块的坍塌。当结构面间夹泥时,往往会产生大规模的塌方(2013),如不及时支护,将愈演愈烈,直至冒顶。

5)一般强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的土体,在重力、围岩应力和地下水作用下常产生冒落及塑性变形。常见的塑性变形和破坏形式有边墙挤入、底鼓及洞径收缩等。

(2)围岩的分类

(2017)围岩变形与破坏的形式多种多样,主要形式及其状况是(  )。

A.脆性破裂,常在储存有很大塑性应变能的岩体开挖后发生

B.块体滑移,常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移形式出现

C.岩层的弯曲折断,是层状围岩应力重分布的主要形式

D.碎裂结构岩体在洞顶产生崩落,是由于张力和振动力的作用

E.风化、构造破碎,在重力、围岩应力作用下产生冒落及塑性变形

233网校答案:BD
233网校解析:A选项错误,塑性不是脆性破坏。C选项错误,岩层的弯曲折断,是层状围岩变形失稳的主要形式。E选项错误,一般强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的土体,在重力、围岩应力和地下水作用下常产生冒落及塑性变形。

三、提高围岩稳定性的措施

两大类:传统的支撑或衬砌、喷锚支护。

(1)支撑与衬砌

支撑是在地下工程开挖过程中用以稳定围岩用的临时性措施。按照选用材料的不同,有木支撑、钢支撑及混凝土支撑等。

衬砌是加固围岩的永久性结构,其作用主要是承受围岩压力及内水压力,有混凝土及钢筋混凝土衬砌,也可以用浆砌条石衬砌。

(2)喷锚支护

混凝土喷层:本身具有一定的柔性和变形特性,控制和调整围岩应力的重分布,防止围岩松动和坍塌。

喷层+锚杆:更有效地提高围岩自身的承载力和稳定性(2017)。

喷混凝土的作用(2014、2018):

首先,能紧跟工作面,速度快,因而缩短了开挖与支护的间隔时间,及时地填补了围岩表面的裂缝和缺损,阻止裂隙切割的碎块脱落松动,使围岩的应力状态得到改善(2014);

其次,由于有较高的喷射速度和压力,浆液能充填张开的裂隙,起着加固岩体的作用,提高了岩体的强度和整体性

此外,喷层与围岩紧密结合,有较高的粘结力和抗剪强度,能传递各种应力,起到承载拱的作用(2014)。

(2018)对于新开挖的围岩及时喷混凝土的目的是(  )。

A.提高围岩抗压强度

B.防止碎块脱落改善应力状态

C.防止围岩渗水

D.防止围岩变形

233网校答案:B
233网校解析:喷混凝土具备以下几方面的作用:首先,它能紧跟工作面,速度快,因而缩短了开挖与支护的间隔时间,及时地填补了围岩表面的裂缝和缺损,阻止裂隙切割的碎块脱落松动,使围岩的应力状态得到改善。其次,由于有较高的喷射速度和压力,浆液能充填张开的裂隙,起着加固岩体的作用,提高了岩体的强度和整体性。此外,喷层与围岩紧密结合,有较高的粘结力和抗剪强度,能在结合面上传递各种应力,可以起到承载拱的作用。

四、各类围岩的具体处理方法

(1)对于坚硬的整体围岩,基本上不存在支护向题。这种情况下喷混凝土的作用主要防止围岩表面风化,消除开挖后表面的凹凸不平及防止个别岩块掉落,其喷层厚度一般3~5cm。当地下工程围岩中出现拉应力区时,应采用锚杆稳定围岩。(

(2)对于块状围岩,喷混凝土支护即可,但对于边墙部分岩块可能沿某一结构面出现滑动时,应该用锚杆加固。

(3)对于层状围岩,应以锚杆为主要支护手段。

(4)对于软弱围岩,该类围岩在地下工程开挖后一般都不能自稳,所以必须立即喷射混凝土,有时还要加锚杆和钢筋网才能稳定围岩。(2018)

(2018)地下工程开挖后,对软弱围岩优先选用的支护方式为(  )。

A.锚索支护

B.锚杆支护

C.喷射混凝土支护

D.喷锚支护

233网校答案:C
233网校解析:对于软弱围岩,相当于围岩分类中的Ⅳ类和V类围岩,一般指强度低、成岩不牢固的软岩、破碎及强烈风化的岩石。该类围岩在地下工程开挖后一般都不能自稳, 所以必须立即喷射混凝土,有时还要加钢筋网,然后打锚杆才能稳定围岩。

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