基于梁柱稳定理论的深埋隧洞岩爆破坏及孕育机理研究_肖建清

第３４卷第２期２０１４年４月

防灾减灾工程学报

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｄｉｓａｓｔｅｒ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．２

Ａｐｒ．２０１４

基于梁柱稳定理论的深埋隧洞岩爆破坏

及孕育机理研究＊

肖建清１，２，杨玉东１，冯夏庭２

（１．安阳师范学院建筑工程学院，河南安阳４５５０００；

２．中国科学院武汉岩土力学研究所、岩土力学与工程国家重点实验室，武汉４３００７１）

摘要：深埋隧洞中岩爆轴向位置的确定以及破坏机理的研究是岩爆灾害预测和防治的理论基础。根据深埋长大隧

洞围岩的结构、受力以及变形特点，建立了梁柱力学模型。在弹性范围内，运用力法，求解了该一次超静定梁柱的

挠曲线方程和转角方程，得出了临界力的解析表达式。以锦屏ＩＩ级水电站的松动圈实测数据为依据，给出了梁柱

模型截面尺寸的确定方法，计算了围岩各部位存在稳定性问题的临界长度值以及达到临界稳定状态的特征长度

值。最后，给出了深埋隧洞坑状岩爆的演化模型，分析了掌子面推进过程中，开挖卸荷、动力扰动等对于裂纹的萌

生和扩展、围岩结构的形态和稳定性以及岩爆破坏模式的影响。

关键词：深埋隧洞；岩爆机理；稳定理论；梁柱模型

中图分类号：ＴＶ５５４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－２１３２（２０１４）０２－０２０３－０８

Ｒｏｃｋ　Ｂｕｒｓｔ　Ｄａｍａｇｅ　ａｎｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｎ　Ｄｅｅｐ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｂａｓｅｄ

ｏｎ　Ｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｔｈｅｏｒｙ

ＸＩＡＯ　Ｊｉａｎ－ｑｉｎｇ１，２，ＹＡＮＧ　Ｙｕ－ｄｏｎｇ１，ＦＥＮＧ　Ｘｉａ－ｔｉｎｇ２

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ａｎｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ａｎｙａｎｇ　４５５０００，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　ａｎｄ　Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ　４３００７１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｂｕｒｓｔ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ａｘｉａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｃａｎ

ｐｒｏｖｉｄｅ　ｂａｓｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｂｕｒｓｔ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｔｕｎｎｅｌ．Ｔｈｅ

ｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｅａ－

ｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｔｕｎｎｅｌ．Ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｆｏｒｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ

ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｌｏｐｅ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｏｒｄｅｒ　ｓｔａｔｉｃａｌｌｙ　ｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅ　ｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎ　ｗｅｒｅ　ｄｅ－

ｒｉｖｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｆｏｒ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ

ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ　ｚｏｎｅ（ＥＤＺ）ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　ＪｉｎＰｉｎｇ　ＩＩ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ

ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｉｚｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｒｉｔｉ－

ｃａｌ　ｌｅｎｇｔｈｓ，ｂｅｙｏｎｄ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓｓｕｅ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｔａｋｅｎ　ｉｎｔｏ　ａｃｃｏｕｎｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ

ｌｅｎｇｔｈｓ，ａｔ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｒｅａｃｈｅｄ，ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔ－

ｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ　ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｂｕｒｓｔ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｔｕｎｎｅｌ

ｗａｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ　ａｎｄ

ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃｒａｃｋｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｂｕｒｓｔ

ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｔｕｎｎｅｌ；ｒｏｃｋｂｕｒｓｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｔｈｅｏｒｙ；ｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎ　ｍｏｄｅｌ

＊收稿日期：２０１３－０４－０９；修回日期：２０１３－０５－１５

基金项目：国家重点基础研究发展规划（９７３）项目（２０１０ＣＢ７３２００６）、国家青年自然科学基金项目（１１００２０６７）、河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目（２０１１ＧＧＪＳ－１４４）资助

作者简介：肖建清（１９７８－），男，副教授，博士后。主要从事岩石疲劳理论及岩爆机理方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｊｑｘｉａｏ＠１６３．ｃｏｍ

引　言

岩爆是地下工程中一种由高应力引起的突发性灾害，破碎的岩块向开挖空间弹射，对于设备和人员形成了极大的危害，其成灾机理与预测预报是岩石力学界面临的一大难题。在岩爆的孕育及破坏机理方面，研究者从不同的角度运用各种力学和数学原理，取得了强度理论、能量理论、刚度理论和岩爆倾向理论等一系列成果。其中，Ｏｒｔｌｅｐｐ教授的研究成果较具代表性，他根据矿山中岩爆的震源机理，将岩爆划分为应变型（Ｓｔｒａｉｎ－ｂｕｒｓｔ）、弯曲破折型（Ｂｕｃｋｌｉｎｇ）、矿柱型（Ｆａｃｅ　ｃｒｕｓｈ／Ｐｉｌｌａｒ　ｂｕｒｓｔ）、剪切破坏型（Ｓｈｅａｒ　ｒｕｐｔｕｒｅ）和断层滑移型（Ｆａｕｌｔ－ｓｌｉｐ）５大类［１，２］。对于水电和交通工程中的长大隧洞，虽然环境不如矿山复杂，但破坏类型的多样性以及破坏的严重性并不亚于矿山。如锦屏Ⅱ级水电站的交通辅助洞和引、排水洞中发生了大大小小数百次岩爆［３－６］，让采用钻爆法和ＴＢＭ法开挖的施工方都蒙受了巨大的损失，其大埋深、高地应力、断层发育的地质条件在国内实属罕见。除此之外，还有天生桥二级水电站引水隧洞［７］、太平驿水电站引水隧洞［８］以及秦岭公路隧道［９］、二郎山公路隧道［１０］、苍岭公路隧道［１１］等也都发生了岩爆灾害。由于水工及交通隧洞和矿山中的井巷在岩体、矿体的赋存条件上具有一定的差异性，因此，针对深埋隧洞的工程结构特点，借鉴矿山岩爆研究中的理论成果，分析深埋隧洞中岩爆的孕育及破坏机理，是建立深埋隧洞岩爆灾害预测预报系统、制定岩爆防治措施的理论基础。本文主要针对其破坏机理进行探讨。

１　围岩结构的梁柱模型

在岩爆问题的理论研究中，绝大部分已发表的研究成果都是以垂直于隧洞轴线的一个横截面为研究对象，运用弹塑性、损伤、断裂等理论，通过解析计算（或数值计算）得到围岩结构的应力、变形及能量的演化和分布规律，以此来揭示岩爆破坏的特征。这些成果在确定横截面上爆坑位置及形状等方面具有重要的现实意义。不足之处在于，工程中我们不仅需要知道横截面上的危险部位，更重要的是确定沿轴线方向的危险截面所在位置。大量现场监测资料（文献［５］）［１２］表明，开挖卸荷以及较为剧烈的应力调整影响的范围都是有限的，一般在掌子面后方１～３倍洞径范围之内。按照冯夏庭等（文献［３］）的定义，开挖卸荷效应影响范围内发生的岩爆都属于即时型岩爆。所以，与矿山不同，在深埋水电或交通隧洞中，即时型岩爆最为常见。基于以上已有的研究成果，本文选定掌子面附近的“即时型”岩爆为研究对象。

对于掌子面后方的区域，沿周向取单位长度，沿径向取至松动圈边界，切割出一根沿轴向的长梁，如图１所示。与掌子面相接的一端线位移和角位移都被约束，故简化为固定端，另一端沿轴向的线位移被约束（相当于平面应变问题），同时转角为零，因此可以简化为滑移支座。梁上的外力包括轴向、切向和径向应力，而且其分布并不均匀，但对于硬脆性岩体，通过动态开挖的解析计算和现场监测，发现围岩变形的时间效应不明显，在隧洞围岩结构的成型过程中开挖卸荷占主导作用，所以可以近似假设其分布是均匀的。在梁柱结构稳定性分析中，轴向和径向应力是影响梁柱结构失稳的主要因素，切向应力是次要因素，但切向应力影响着梁柱的几何及物理结构（即松动圈的深度和分布性状以及松动圈内岩的不均质性），而这些影响在截面尺寸的确定以及横向扰动中已经考虑了。故而，抓住主要因素忽略次要因素后抽象的力学模型如图２所示，其中ｐ表示隧洞轴向压力，ｑ表示径向荷载集度。值得一提的是，梁柱当作理想等截面轴向受压构件对待，材料的不均质性和几何缺陷等都等效为径向（横向）扰动

。

图１　梁柱结构

Ｆｉｇ．１　Ｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒ

ｅ

图２　岩爆倾向性围岩的力学模型

Ｆｉｇ．２　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｂｕｒｓｔ－ｐｒｏｎｅ　ｓｕｒ－ｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ

４

０

２　防灾减灾工程学报　第３４卷　

对于城门形隧洞，如果边墙较高，切向应力可能引起边墙的失稳，此时切向应力与轴向应力可对换后进行讨论，方法相同。

２　弹性稳定性分析

这是一个一次超静定结构，可以利用力法进行求解。如图３所示，取Ｂ端的约束反力偶为多余约束力，运用叠加原理，原超静定结构在径向均布力和轴向力作用下的响应（图３（ａ））可以看作是基本结构（

静定结构）在径向均布力、轴向力作用下的响应（图３（ｂ））与多余约束力、轴向力作用下的响应（图３（ｃ

））的叠加。对于图３（ｂ），取坐标系如图４所示，由截面法得到任意截面的弯矩

Ｍ＝－ｑ２

（Ｌ－ｘ）２

－Ｐ（

δ－ｙ）（１） 根据挠曲线近似微分方程以及边界条件，

得到

该问题的数学模型为

图３　超静定结构的力法分解

Ｆｉｇ．３　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｔｉｃａｌｌｙ　

ｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅ　ｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｆｏｒｃｅ　

ｍｅｔｈｏ

ｄ图４　均布力的作用

Ｆｉｇ．４　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ　

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｆｏｒｃｅ ＥＩｙ

″＝－Ｍ＝ｑ２（Ｌ－ｘ）２＋Ｐ（δ－ｙ）ｙ（０）＝０，ｙ′（０）＝０，ｙ（

Ｌ）＝烅

烄烆δ（２） 微分方程的通解为，

ｙｑ＝Ａ

ｃｏｓ（ｋｘ）＋Ｂｓｉｎ（ｋｘ）＋（κ４δ＋γ２κ２（Ｌ－ｘ）２－２

γ２）／κ４（３

）式中　κ２

＝ＰＥＩ，γ２＝ｑ２ＥＩ

；Ａ、Ｂ为积分常数，δ

为最大挠度，由边界条件得到：

Ａ＝（２γ２－κ４δ－γ２κ２　Ｌ）／κ

４

（４．１

）Ｂ＝２γ２　Ｌ／κ

３

（４．２

）δ＝ｑＬ４８ＥＩ·χｑ（μ

）＝δｑ０·χｑ（μ

）（５）式中　μ＝

κＬ，χｑ（μ）＝４［２μｓｉｎ（μ）＋２ｃｏｓ（μ）－μ２

ｃｏｓ（μ）－２］μ４ｃｏｓ（μ

）。因为ｌｉｍμ→０

χｑ（μ）

＝１，故而上式的第１个因子δｑ

０表示只有径向荷载作用时Ｂ端的挠度，第２个因子χｑ（μ）

反映了轴向荷载Ｐ对于Ｂ端挠度的影响。因此，其挠曲线方程和转角方程分别为

ｙｑ＝ｑＬ４８ＥＩ·１μ

４［ψｃｏｓ（κｘ）＋８μｓｉｎ（κｘ）－ ψ－８μ２　

ｘＬ＋４κ２　ｘ２Ｌ

２］（６

）θｑ＝

ｑＬ３６ＥＩ·１μ３［６μｃｏｓ（κｘ）＋３４

ψｓｉｎ（κｘ）－ ６μ＋６μｘＬ］

（７

）式中　ψ＝８－４μ２－μ４

χ

ｑ

。图５　集中力偶的作用

Ｆｉｇ

．５　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ　ｍｏｍｅｎｔ对于集中力偶的作用，同理建立如图５所示坐标系，由截面法得到任意截面的弯矩Ｍ＝－Ｍｅ－Ｐ（δ－ｙ）

，根据挠曲线近似微分方程以及边界条件，得到该问题的数学模型为

ＥＩｙ

″＝－Ｍ＝Ｍｅ＋Ｐ（δ－ｙ）ｙ（０）＝０，ｙ′（０）＝０，ｙ（

Ｌ）＝｛

δ（８

） 微分方程的通解为

　ｙｍ＝Ｃ

ｃｏｓ（ｋｘ）＋Ｄｓｉｎ（ｋｘ）＋（λ２　Ｍｅ＋κ２δ）／κ２

（９）式中　κ２

＝ＰＥＩ，λ２＝

１ＥＩ

；５

０２　第２期肖建清等：基于梁柱稳定理论的深埋隧洞岩爆破坏及孕育机理研究

　Ｃ、Ｄ为积分常数，δ为最大挠度，由边界条件得到：

Ｃ＝－（λ２　Ｍｅ＋κ２δ）／κ２

，

Ｄ＝０（１０

）δ＝ＭｅＬ２

２ＥＩ

·χｍ（μ）＝δｍ

０·χｍ（μ）（１１）式中　μ＝

κＬ；　χｍ（μ）＝２［１－ｃｏｓ（μ）］μ２ｃｏｓμ

。因为ｌｉｍμ→０

χｍ（μ）

＝１，故而上式的第１个因子δｍ

０表示只有集中力偶作用时Ｂ端的挠度，第２个因子χｍ（μ）

反映了轴向荷载Ｐ对于Ｂ端挠度的影响。因此，该问题的解为

ｙｍ＝ＭｅＬ２

２ＥＩ·１μ

２（２＋μ２

χｍ）［１－ｃｏｓ（κｘ）］（１２）θｍ＝

ＭｅＬＥＩ·１μ（１＋１２

μ２χｍ）ｓｉｎ（κｘ）（１３

） 对于图３中的超静定问题，

由Ｂ端的变形协调条件，即ｘ＝Ｌ时θｑ

Ｂ＝θｍＢ，得到Ｍｅ＝ｑＬ２６·３μ４χｑ＋１２μ２

－２４＋２４μｃｔｇ（μ）２μ２（

２＋μ２

χｍ）（１４

）由叠加原理得到的挠曲线方程和转角方程为

ｙ＝ｙｑ－ｙｍ＝ｑＬ４ＥＩ·２μ３｛μＬ２

ｘ２－２μＬ

ｘ＋２ｓｉｎ（κｘ）＋２［ｃｏｓ（κｘ）－１］ｃｏｔ（μ）｝（１５）θ＝ｑＬ３ＥＩ·１μ２［ｘＬ

＋ｃｏｓ（κｘ）－ｃｏｔ（μ）ｓｉｎ（κｘ）－１］（１６）最大挠度位于Ｂ端，

δＢ＝

ｑ

Ｌ４２４ＥＩ·χ（μ

）＝δ０·χ（μ）（１７

）式中　χ（μ）＝１２μ

３［２ｃｓｃ（μ）－２ｃｏｔ（μ）－μ］

。由于ｌｉｍμ→０

χ（μ）

＝１，故而上式的第１个因子δ０表示只有均布荷载作用在原超静定结构时Ｂ端的挠度，第２个因子χ（μ）反映了轴向荷载Ｐ对于Ｂ端挠度的影响。同时，由ｌｉｍμ→π

－

χ（μ）

＝∞，即μ＝Ｐｃｒ／槡ＥＩ·Ｌ＝π，可得到该结构的临界荷载Ｐｃｒ＝

π２　ＥＩ／Ｌ２

。３　特征尺寸的计算

３．１　梁柱的截面尺寸

运用梁柱力学模型进行围岩稳定性分析的前提是确定梁柱的截面尺寸，由于ｂ取的是单位尺寸，所

以关键是得到ｈ的大小。有２种方法可供选择，其一是通过解析计算或数值计算得到塑性区半径，以塑性区半径作为ｈ的尺寸；其二是依据松动圈现场测试结果，

以松动圈的厚度作为ｈ的尺寸。鉴于弹塑性解析目前还仅对于均匀地应力场下圆形隧道有完善的解析解，故而本节将以现场测试结果来说明截面特征尺寸的确定原则。

以锦屏Ⅱ级水电站交通辅助洞Ａ为例，其断面为城门洞型，断面尺寸为１１ｍ×６．４ｍ。在桩号ＡＫ１３＋５９５处进行了单孔及双孔穿透声波测试，

以了解洞壁岩体的松动层厚度。此处的埋深约为

１８００ｍ，岩性为Ｔ５

２ｙ白色厚层状大理岩，

岩体

完整，钻孔布置以及测试结果如图６所示。

图６　钻孔布置及测试结果示意

Ｆｉｇ．６　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｂｏｒｅｈｏｌｅｓ　ａｒｒａｎｇ

ｅｍｅｎｔ　ａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄ　

ｒｅｓｕｌｔ从图中可以看到，在非均匀地应力场中，此断面各部位的围岩松动深度是不相同的，变化范围为０．６～１．

８ｍ，断面左、右侧壁松动深度大致相当，拱顶略小，底板略大。在稳定性分析中，可以取不同部位的岩体分别进行计算，ｈ的值采用现场实测数据，也可以用平均厚度进行整体估算。３．２　存在稳定性问题的临界长度

基于工程区的地质构造和地质历史，结合现场地应力及开挖隧洞收敛变形的测试成果，应用回归分析法可得到整个工程区的地应力场及岩体力学参

数。根据反演计算结果，对于埋深１８００ｍ的Ｔ５２ｙ大

理岩，取弹性模量１８ＧＰａ、泊松比０．２４、单轴抗压强度１０２ＭＰａ、比例极限８１．５ＭＰａ、粘聚力１２ＭＰａ、摩擦角２８°，轴向水平地应力４２．９８ＭＰａ、垂直地应力４６．６２ＭＰａ

。根据弹性稳定理论，材料在线弹性６

０２　防灾减灾工程学报　第３

４卷　

范围内工作，故而以上结论仅对于细长梁柱成立，即其适用条件为λ≥λｐ。

λｐ＝

π２

Ｅσ槡

ｐ

＝π２×１８×１０９

８１．５×１０

槡

６

＝４６．６９（１８） 矩形截面梁的柔度为

λ＝

Ｌ

Ｉ／槡

Ａ＝Ｌ（ｂｈ３１２

）槡

ｂｈ

＝槡１２ｈＬ（１９

）式中　Ｉ为截面惯性矩；

　Ａ为截面面积；

　Ｌ为梁柱的长度；

ｂ为环向截取的单位宽度；　

ｈ为径向等效深度。从柔度计算式可以看到柔度与ｂ无关，这从一个侧面说明了使用梁－柱力学模型足以代表掌子面附近隧洞的受力及变形特征，无需借用较为复杂的板壳稳定理论。利用等式λ＝λｐ，ｈ采用ＡＫ１３＋５９５断面的现场测试结果，可以得到围岩结构存在稳定性问题的临界长度，

计算结果如表１所示。该临界长度称为稳定临界长度，

简称稳定长度，当开挖卸荷影响范围大于该长度时，其稳定性问题必须考虑，但到底会不会发生失稳还不能判断，还依赖于所承受的地应力及外界扰动；开挖卸荷影响范围小于该长度时，

则不存在稳定性问题，不会发生像岩爆这类结构性的失稳破坏。

３．３　处于临界稳定平衡状态的长度

当轴向应力等于梁柱的临界应力时，压杆处于临界稳定平衡状态，径向的扰动达到一定水平时便可能引发梁柱的失稳破坏。

梁柱的临界应力为

σｃｒ＝

π２

Ｅλ

２＝π２

　Ｅｈ２

１２Ｌ２

（２０

）式中　Ｅ为裂隙区的等效弹模；

ｈ为松动圈的深度；　Ｌ为掌子面到监测断面的距离；

　σｃｒ为临界应力。

令临界应力等于隧洞轴向地应力，即σｃｒ＝σａ，

便可求得围岩结构处于临界稳定平衡状态的长度，如表２所示。此临界长度称为失稳临界长度，简称为失稳长度，

在该地应力水平下，当开挖卸荷影响范围大于该长度时，径向的微小扰动便可引起围岩结构的失稳破坏，

即岩爆。对照图６松动圈测试结果和表２的计算结果，显而易见，顶拱最容易发生岩爆，其次是左侧拱肩，左右拱、右侧洞壁和右下脚发生岩爆的概率相当，底板的概率最低。当然，

这是在不考虑切向应力影响下得出的结论，切向应力对于圆拱部分的稳定事实上是有利的，所以综合考虑后可以得出，较为危险的部位包括拱顶（虽然有切向应力的稳定强化作用，但相对其它部位松动圈非常薄）、左拱肩（起拱部位应力非常集中）、右侧壁（切向应力几乎不影响其稳定性，

而松动深度较小）。根据图２挠曲线（即隧洞位移）的特点，在不考虑其它径向扰动的情况下，可以判断最危险的截面为Ｂ截面。如果考虑其它径向扰动，那么危险截面将位于Ｌ／２与Ｂ之间，可以圈定一个较小的范围，具体位置依赖于扰动源的特征。

４　坑状岩爆的演化模型

综合岩爆孕育和破坏过程的相关研究［１２］

，给出

表１　辅助洞ＡＫ１３＋５９５横断面的松动深度及稳定临界长度

Ｔａｂｌｅ　１　Ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ　ｄｅｐｔｈ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　

ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｌｅｎｇｔｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ＡＫ１３＋５９５ｏｆ　ｐｉｌｏｔ　ｔｕｎｎｅｌ　Ａ部 位

右下

右侧

右肩

右拱

顶拱

左拱

左肩

左侧

左下

底板

平均值

松动深度／ｍ　１．２　１．２　１．４　１．２　０．６　１．２　１．０　１．４　１．６　１．８　１．

２６稳定长度／ｍ　１６　１６　１９　１６　８　１６　１３　１９　２２　２４　

１７表２　辅助洞ＡＫ１３＋５９５横断面的松动深度及失稳临界长度

Ｔａｂｌｅ　２　Ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ　ｄｅｐｔｈ　ａｎｄ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　

ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｌｅｎｇｔｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ＡＫ１３＋５９５ｏｆ　ｐｉｌｏｔ　ｔｕｎｎｅｌ　Ａ部 位

右下

右侧

右肩

右拱

顶拱

左拱

左肩

左侧

左下

底板

平均值

松动深度／ｍ　１．２　１．２　１．４　１．２　０．６　１．２　１．０　１．４　１．６　１．８　１．２６失稳长度／ｍ　２２　２２　２６　２２　１１　２２　１９　２６　３０　３３　

２３７

０２　第２期肖建清等：基于梁柱稳定理论的深埋隧洞岩爆破坏及孕育机理研究

图７　掌子面未开挖至监测断面

Ｆｉｇ．７　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　

ｓｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｙｏｎｄ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｆａｃ

ｅ图８　开挖卸荷效应及邻近开挖振动的影响

Ｆｉｇ．８　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｌｏｃａｌ　ａｎｄ　ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ　

ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　

ｓｅｃｔｉｏ

ｎ图９　掌子面逐渐远离监测断面

Ｆｉｇ．９　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　

ｓｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｈｉｎｄ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｆａｃ

ｅ图１０　Ｖ形岩爆

Ｆｉｇ．１０　Ｖ－ｓｈａｐ

ｅｄ　ｒｏｃｋ　ｂｕｒｓ

ｔ图１１　锅形岩爆

Ｆｉｇ．１１　Ｐｏｔ－ｓｈａｐ

ｅｄ　ｒｏｃｋ　ｂｕｒｓｔ坑状（Ｖ形和锅形）岩爆演化过程的概念模型。当掌子面未推进至监测断面，但开挖影响已波及监测断面时，如图７所示，由于影响范围内的应力调整，应力可能达到岩石的抗拉或抗剪强度而形成微裂纹。微裂纹的分布及尺度有一定规律，因为卸荷发生在掌子面附近，此处易形成应力集中，故而掌子面附近的微裂纹较为密集，同时，损伤尺度亦比较大，裂纹萌生和扩展的趋势线在图中用斜线已标识。

当ＴＢＭ开挖至监测断面时，如图８所示，由于应力状态的急剧改变，监测区域内会形成大量的拉、剪微裂纹。现场监测结果表明，围岩结构在开挖的瞬时便基本成形，

随着掌子面的推进，开挖振动使监测断面的应力集中区略有偏移（即松动圈略有扩

大），而且该区域由于“震实”效应反而更为均匀（文献［１２］）。临近洞壁的裂隙区则不断有新的裂纹产生或扩展，损伤不断累积，而且一般发生在离掌子面一定距离的区域，说明非即时型的岩爆在时空上都存在滞后性。理论计算表明，在开挖卸荷的瞬时，洞壁浅层易形成径向拉伸裂纹，

之后，切向应力变为压应力并维持在高位，“刀劈”效应易形成层板结构。当围岩为硬脆性岩石材料时，应力集中位置非常接近于弹塑性区交界面，

形成该部位的高应力梯度，“刀劈”效应进一步加强［

１３］

。由梁柱模型的特征可以看到，

若此时监测断面离掌子面不远，未过隧道位移线的反弯点时，

洞壁在轴向应力和弯曲压应力的高压作用下，裂纹多数处于闭合状态，裂纹的萌生和扩展都不易发生，故而发生岩爆的概率不大。

随着掌子面的向前推移，如图９所示，虽然掌子

面离监测断面渐远，

开挖振动可能反而会引起监测断面附近区域的损伤急剧增加而达到一定的水平（文献［１２］）。若监测断面已过隧道位移线的反弯点，

那么，此时在洞壁，弯曲拉应力可抵消部分轴向应力的作用，而使径向或与径向成小角度相交的裂纹发生扩展，

其扩展的趋向在图中用斜线标识。随着掌子面的进一步推移，若监测断面仍在开

挖振动的影响范围之内，如图１０所示，

根据本文得出的梁柱临界稳定条件σｃｒ＝π２　

Ｅｈ２／１２Ｌ２＝σａ，

即临界应力等于轴向地应力时，

因为ｈ基本不变，随着损伤的累积，Ｅ逐渐减小，而Ｌ逐渐增大，故而即便是σａ不变，但σｃｒ逐渐减小，

最终可能也会导致围岩结构满足临界稳定条件。其后，应力调整和开挖振动

都有可能触发围岩结构的失稳破坏而发生岩爆灾害。爆坑的形状可基本由２条裂纹的萌生和扩展趋势线圈定，由于岩爆多发生在硬岩中，其隧道位移非常小，

故２条趋势线与洞壁的夹角较大（与径向夹角较小），易形成Ｖ型爆坑，这类岩爆一般为中等及中等以上的强度，裂纹发育充分，岩块呈块状或片状，爆坑边缘一般为陡阶梯状，断口多为沿晶断裂。

当洞壁的动态扰动比较强烈时，在浅层易形成锅形岩爆，如图１１所示，一般为轻微岩爆，裂纹发育不充分，岩块呈薄片状或贝壳状，爆坑边缘较为光滑，穿晶断裂较为明显。从梁柱整体结构来看，轻微

８

０２　防灾减灾工程学报　第３

４卷　

锅形岩爆过后，在此处留下了一个较大的几何缺陷，非常有利于二次岩爆的触发，从而形成中等甚至强烈的Ｖ形岩爆，这种情况在锦屏时有发生。

综上所述，岩爆的轴向定位，一方面要分析动力扰动的强弱，另一方面要分析裂纹成核（或几何缺陷）的部位。在硬岩隧洞中，当动力扰动较弱时，隧洞发生Ｖ形岩爆的概率较大，而且只可能发生在Ｌ／２至Ｂ断面。当动力扰动较强时，锅形岩爆发生的概率较大，在Ｌ／２至Ｂ断面的区域最容易发生，而且有可能触发二次Ｖ形岩爆；由于隧洞收敛变形很小，在掌子面至Ｌ／２断面的区域若有薄弱部位的存在，也会发生锅形岩爆。

５　结　语

对深埋隧洞中岩爆沿轴向的演化过程进行了分析和探讨：

（１）根据深埋隧洞围岩的结构及受力特点，以松动圈为界，沿轴向截取出一矩形截面长杆为研究对象，分析两端的约束条件后建立了岩爆倾向性围岩的梁柱力学模型。

（２）运用力法，在弹性范围内求解了该一次超静定梁柱的挠曲线方程和转角方程，得出了该梁柱模型临界力的解析表达式。

（３）以锦屏２级水电站的松动圈实测数据为依据，给出了梁柱模型截面尺寸的确定方法，计算了围岩各部位存在稳定性问题的临界长度值以及达到临界稳定状态的特征长度值。

（４）给出了深埋隧洞坑状岩爆的演化模型，分析了掌子面推进过程中，开挖卸荷、动力扰动等对于裂纹的萌生和扩展、围岩结构的形态和稳定性以及岩爆破坏模式的影响。

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９

０

２

　第２期肖建清等：基于梁柱稳定理论的深埋隧洞岩爆破坏及孕育机理研究

［１１］汪　琦，唐义彬，李　忠．浙江苍岭隧道岩爆工程地质特征分析与防治措施研究［Ｊ］．工程地质学报，２００６，１４（２）：２７６－２８０．

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［１２］肖建清，冯夏庭，林大能．爆破循环对围岩松动圈的影响［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１０，２９（１１）：２２４８－２２５５．

Ｘｉａｏ　Ｊ　Ｑ，Ｆｅｎｇ　Ｘ　Ｔ，Ｌｉｎ　Ｄ　Ｎ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｂｌａｓｔｉｎｇ

ｒｏｕｎｄ　ｏｎ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｄａｍａｇｅｄ　ｚｏｎｅ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ－ｉｎｇ，２０１０，２９（１１）：２２４８－２２５５．

［１３］肖建清，冯夏庭，邱士利，等．圆形隧道开挖卸荷效应的动静态解析方法及结果分析［Ｊ］．岩石力学与工程

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Ｘｉａｏ　Ｊ　Ｑ，Ｆｅｎｇ　Ｘ　Ｔ，Ｑｉｕ　Ｓｈ　Ｌ，ｅｔ　ａｌ．Ｄｙｎａｍｉｃ　ａｎｄｓｔａｔｉｃ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｔｕｎ－ｎｅｌ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，３２（１２）：

櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃

２４７１－２４８０．（上接第１９６页）

［４］　蒋建群，卢慈荣，沈林冲，等．盾构法隧道纵向地震响应特性［Ｊ］，中国铁道科学，２００５，２６（６）：８４－８７．

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Ｚｈｏｕ　Ｊ，Ｑｉｎ　Ｔ，Ｋｏｎｇ　Ｇ．Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ＲｅｓｉｓｔａｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ，２００７，２９（２）：８４－９２．［６］　耿　萍，何　川，晏启祥．水下盾构隧道抗震设计分析方法的适应性研究［Ｊ］，岩石力学与工程学报，２００７，２６

（增２），３６３６－３６３０．

Ｇｅｎｇ　Ｐ，Ｈｅ　Ｃｈ，Ｙａｎ　Ｑ　Ｘ．Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ａｓｅｉｓ－

ｍｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　ｓｈｉｅｌｄ　ｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］，Ｃｈｉ－

ｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｃｋ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，２６（Ｓ２），３６３６－３６３０．［７］　楼梦麟，王文剑，朱　彤，等．土－结构体系振动台模型试验中土层边界影响问题［Ｊ］．地震工程与工程振

动，２０００，２０（４）：３０－３６．

Ｌｏｕ　Ｍ　Ｌ，Ｗａｎｇ　Ｗ　Ｊ，Ｚｈｕ　Ｔ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｏｉｌ　ｌａｔｅｒａｌ　ｂｏｕｎｄ－

ａｒｙ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　ｓｈａｋｉｎｇ　ｔａｂｌｅ　ｍｏｄｅｌ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｓｏｉｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，２０００，２０（４）：３０－３６．

［８］　赵伯明，蒋英礼，陈　靖．软土地铁车站结构在三维强地震动作用下的响应分析［Ｊ］．中国铁道科学，２００９，３０

（３）：４５－５０．

Ｚｈａｏ　Ｂ　Ｍ，Ｊｉａｎｇ　Ｙ　Ｌ，Ｃｈｅｎ　Ｊ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ａｎａｌｙｓｉｓｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｒａｉｌｗａｙ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ　ｕｎ－

ｄｅｒ　ｓｔｒｏｎｇ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００９，３０（３）：４５－５０．

［９］　陈育民，徐鼎平．ＦＬＡＣ／ＦＬＡＣ３Ｄ基础与工程实例［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００８．

０

１

２　防灾减灾工程学报　第３４卷　

滑坡的形成机理与其安全防护措施(正式)

编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 滑坡的形成机理与其安全防护措施(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑

文件编号：KG-AO-3699-80 滑坡的形成机理与其安全防护措施 (正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 摘要：滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象，它经常会破坏地面工程、环境和造成人员伤亡、经济损失惨重等现状。本文就滑坡的形成因素进行了详细剖析，并提出了一些针对性的安全防护措施。 关键词：滑坡；地震；地质构造；时空分布 0 引言 中国是滑坡地质灾害十分严重的国家。据初步调查，全国大约有中型以上灾害点3万处，小型灾害点多达数十万甚至100多万处。1949一20xx年的45年间，共发生破坏较灾害6000多次，造成重大损失的严

重灾害事件至少有1200次。崩滑流灾害分布十分广泛。在全国32个省(市、自治区)中．除上海等个别省自治区3外，均受到不同程度的危害。而最近，20xx 年6月5日下午，重启市武隆县铁矿乡鸡尾山发生重大山体滑坡事件，据20xx年6月15日网上最新报道，事故发现9具遗体，另外有63人失踪，20xx年9月8日，发生山西襄汾新塔矿业公司的“9?8”特别重大尾矿库溃坝事故，已确认262人遇难，……，所有这些，都无不表明，研究滑坡形成机理及做好其安全防护性的必要性和紧迫性。 1 滑坡形成机理 1.1基本条件 产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面。例如中国西南地区，特别是西南丘陵山区，最基本的地形地貌特征就是山体众多，山势陡峻，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面。广泛存在滑坡发生的基本条件，滑坡灾害相当频繁。

隧道岩爆应急预案

一、应急预案的方针与原则 坚持“安全第一，预防为主”、“保护人员安全优先，保护环境优先”的方针，贯彻“常备不懈、统一指挥、高效协调、持续改进”的原则。更好地适应法律和经济活动的要求；给参建职工的工作提供更好更安全的环境；保证各种应急资源处于良好的备战状态；指导应急行动按计划有序地进行；防止因应急行动组织不力或现场救援工作的无序和混乱而延误事故救援；有效地避免或降低人员伤亡和财产损失；帮助实现应急行动的快速、有序、高效；充分体现应急救援的“应急精神”，坚持“早预防、早发现、早报告、早救治”原则。 二、编制目的 对潜在的隧道岩爆事故做出应急准备，并对已发生的隧道岩爆进行控制，最大限度降低事故的损害程度。 三、编制依据 1、《实施性施工组织设计》 2、《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002） 3、《新建铁路黔江至张家界至常德线大坡隧道施工设计图》 4、依据沪昆公司标准化管理体系的要求，结合本工区的工程特点特制定本预案。 5、依据张家界建设指挥部的有关应急处理的规定要求；本工程实施性施组及本单位在相关工程中的经验。 6、国家相关法律、法规，国家有关部门、铁道行业及中国铁路总司相关技术标准、规范、指南、中国铁路总公司相关规章制度。 7、中国铁路总公司《铁路工程设计措施优化指导意见》（铁总建设【2013】103号）。 8、原铁道部《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道

设计施工有关技术规定的通知》（铁建设【2010】120号）。 9、中国铁路总公司《中国铁路总公司办公厅关于2014年铁路建设质量安全重点工作安排的通知》（铁总办【2014】10号）。 10、勘察设计合同以及合同的有效组成文件、设计施工图。 11、当前铁路建设的技术水平、管理水平和施工装备水平。 12、地质勘查报告。 四、工程概况 大坡隧道位于湖南省龙山县兴隆街乡三塘村及茅坪乡水沙坪村之间。隧道起讫里程为DK92+550～DK99+228，全长6678m，双线隧道，洞身最大埋深727m，最小埋深44m。隧道进口端位于兴隆街乡三塘村东侧山坡上，出口端位于茅坪乡水沙坪村西侧一山坡脚下，隧道通过处地势陡峻、沟谷深切，谷深坡陡，仅进出口有乡村公路通达，交通较不便利。 隧道采用进、出口各1座平导辅助施工。隧道进口：平导起讫里程PK92+570～PK95+870，长度3300m，位于线路左侧 25m，与线路平行，设计坡度与正洞一致。平导与正洞间每隔500m左右设一处横通道作为疏散横通道，共设7处，后期作为疏散隧道及运营排水通道。隧道出口：平导起讫里程 PK97+225～PK99+192长度1967m，位于线路左侧25m，与线路平行，设计坡度与正洞一致。共设4处横通道，后期作运营排水通道。 隧道进口段DK92+550～DK95+600(3050m)及出口段DK98+810～DK99+228（418m）为可溶岩段落，DK95+600～DK98+810（3210m）为非可溶岩段落，非可溶岩及可溶岩形成不同的地形地貌。隧道 DK92+550～DK93+671.710、DK97+315.661～DK98+540.480段位于 R=4500的曲线上，其余均位于直线段上；洞身纵坡依次为17.4‰ /1300、17.5‰/2750、8‰/600、-3.5‰/2028。

隧道岩爆施工方案

目录 1 编制说明 (3) 1.1编制依据 (3) 1.2编制原则 (3) 1.3编制范围 (4) 2 工程概况 (4) 2.1线路概况 (4) 2.2隧道主要工程量 (4) 3 岩爆的特点及辨识 (4) 3.1岩爆的基本特征 (4) 3.2岩爆产生的条件 (5) 3.3判断岩爆发生的应力条件 (6) 3.4地应力计算与隧道岩爆预测 (6) 3.4.1XX (6) 3.4.2XX (6) 3.4.3XX (7) 3.4.4XX (8) 4、岩爆的预防及处理方案 (10) 4.1总体施工方案 (10) 4.2超前地质预报 (10) 4.2.1超前探孔 (11)

4.2.2地质素描 (11) 4.3加强光面爆破控制，提高爆破效果 (11) 4.4加强初期支护 (12) 4.4.1轻微岩爆区 (12) 4.4.2中等岩爆区 (12) 4.5超前应力释放 (12) 4.6加强高压水冲洗 (13) 4.7加强效果检测 (13) 4.8岩爆发生时的处理措施 (13) 4.9、岩爆防护开挖台架 (14) 5、安全防护措施 (15) 5.1成立岩爆预防及救援小组 (15) 5.2安全防护措施 (16) 5.3洞内作业安全技术措施 (16) 5.3.1钻爆作业安全措施 (16) 5.3.2人员及机械防护措施 (18) 5.3.3洞内作业救援逃生措施 (18)

隧道岩爆防治专项施工方案 1 编制说明 1.1 编制依据 ⑴、《XXXXX标招标图》；《XXXXX两阶段施工图》； ⑵、国家和交通部现行有关工程的设计规范、施工指南、工程质量检验评定标准及安全技术规程； ⑶、国家和四川省政府的有关法律、法规和条例、规定； ⑷、现场详细的施工技术调查资料； ⑸、施工单位资源状况、施工技术水平及管理水平； 1.2 编制原则 ⑴、贯彻执行国家、交通部、当地政府制定的有关政策。 ⑵、按照公路工程施工程序，合理安排施工进度，保证质量，确保按期完工，节约资源，保护环境，取得社会和建设单位信誉。 ⑶、坚持科学性、先进性、经济性与合理性、实用性相结合的原则，采用先进的施工技术、科学的组织方法，合理安排施工。 ⑷、坚持高起点规划、高标准要求、高质量落实，全面实现质量目标的原则。积极推广应用新技术、新工艺、新设备、新材料、新测试方法，采用国内外先进、成熟、可靠的方法和工艺，优化施工方案，实现安全、质量目标。 ⑸、坚持以人为本，安全生产的原则。施工生产活动始终把人的健康安全放在首位，严格执行GB/T28001-2001职业健康安全管理体系，认真编制施工安全技术方案，加强过程控制，落实保证措施，保证安全生产投入，实现安全生产。

浅谈滑坡形成机理及防治措施

题目：浅析滑坡的形成机理及防治措施专业：土木工程（工程管理） 学号：10924408 姓名：黎省 指导教师：李华东 学习中心：南充奥鹏 西南交通大学 网络教育学院 2013年03月29日

院系西南交通大学网络教育学院专业土木工程年级201009 学号10924408 姓名黎省 学习中心南充奥鹏指导教师李华东 题目浅析滑坡形成机理及防治措施 指导教师 评语 是否同意答辩过程分(满分20) 指导教师(签章) 评阅人 评语 评阅人(签章) 成绩 答辩组组长(签章) 年月日

毕业论文任务书 班级201009 学生姓名黎省学号10924408 开题日期：2013年03 月20 日完成日期：2013年03月29 日 题目浅析滑坡形成机理及防治措施 1、

2、学生应完成的任务 第一步：在全面掌握有关理论的基础上积极着手收集资料，拟定该论文大纲； 第二步：依据指导老师修改后的论文提纲撰写论文； 第三步：向指导老师提交论文初稿； 第四步：依据老师的指导对论文进行反复修改； 第五步：论文定稿并对论文进行装订； 第六步：对论文答辩进行准备。 2、论文各部分内容及时间分配：（共10 周） 第一部分完成开题( 1 周) 周) 3 周) 第四部分滑坡发生时的应对措施( 2 周) 第五部分结束语( 1周) 评阅或答辩( 1 周) 3、参考文献 [1] 张浩、李东哲，1987，滑坡与泥石流，地质出版社。 [2] 张永年，1990，环境水文地质学，地质出版社。 [3] 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，1991，中国滑坡分布，成都地图出 版社。 [4] 地质矿产部等，1991，中国地质灾害与防治，地质出版社。

混凝土损伤的研究现状

混凝土结构损伤的研究现状 一、混凝土结构的损伤机制及分类 混凝土是由粗骨料、细骨料和水泥浆组成的非均质混合物，其表现出来的力学性能并不仅仅是这几种材料性能的简单叠加，而是与其内部的组成结构紧密相关。这一特点决定了混凝土材料的非均质性和物理性态的复杂性。这使得混凝土在承受外载之前，由于干缩、泌水等原因，已存在大量的微孔隙和界面裂缝，且这些缺陷的分布完全是随机的。当混凝土受到外界作用以后，弥散在材料内部的微裂缝开始逐渐长大，并随着荷载的变化，在部分区域出现贯通，直至形成宏观大裂缝。混凝土的破坏是结合缝的产生、成核、扩展、分叉、和失稳的过程。 混凝土具有微观、细观、宏观等不同的层次结构，以往对于混凝土的研究大多基于宏观层次，把混凝土均匀化为宏观均质连续材料，不考虑混凝土内部的细观结构及其演化。这种均匀化的处理方法对于研究混凝土结构的宏观力学性能无疑是行之有效的，但是要想深入研究混凝土的工作机理还应从混凝土的细观组成结构入手，抓住材料非均质性的特点，揭示混凝土结构宏观表现的内在机制。现在通常先在细观层次建立了混凝土的数值模型，分析混凝土损伤破坏机理，并以此为基础在宏观层次提出了混凝土损伤断裂理论分析模型，通过宏、细观两个层次的相互联系与补充对混凝的破坏行为进行研究。 从细观角度看，混凝土材料的力学特性是由其内部的细观结构及其变化决定的。作为一种典型的非均质材料，混凝土在多种尺度下都表现出了非均质性。根据复合材料的观点，将混凝土结构分为三级。第一级，即混凝土。可将砂浆视为基相，骨料视为分散相。骨料和砂浆的结合面为薄弱面，该处常因各种原因产生结合缝。混凝土的破坏首先从这里开始。第二级，即砂浆」将水泥视为基相，砂视为分散相。砂和水泥的结合面也是薄弱面，也产生结合缝，但其尺寸笔砂浆和骨料之间的结合缝至少小一个量级。第三级，即硬_ 化水泥浆。硬化水泥浆也不是匀质材料，其中包裹着一些未被水化的水泥颗粒及孔隙，他- 们就是缺陷。因此可将硬化水泥浆胶体视为基相，将这些缺陷视为分散相。水泥浆体的破坏可能从这些缺陷开始，裂纹由于克服硬化水泥浆分子间的引力而扩展。未被水化的水泥颗粒尺寸通常比砂和水泥浆的结合缝至少小几个量级。 从损伤力学的观点来看，如果混凝土体受到外界因素的作用，则混凝土体中原有损伤将会有所发展并会导致出现新的损伤，当损伤积累到一定程度时，混凝土体中将会出现宏观裂缝，而宏观裂缝的端部又将会发生新的损伤及产生新的损伤区，再经积累而引起裂缝的扩展，直至混凝土体的破坏，由上可见，混凝土的破坏过程实际上是损伤、损伤积累、宏观裂纹出现、宏观裂纹扩展交织发生的过程。 二、混凝土结构的破坏机理 在上述损伤机制下，混凝土的裂纹扩展存在四个阶段： （1）预存微裂纹阶段。即在混凝土成形过程中，由于水泥浆硬化干缩，水分蒸发留下裂隙等原因，使构件中预存原始微裂纹。它们大都为界面裂纹，极少量为砂浆裂纹，这些裂纹是稳定的。这些裂纹的存在是混凝土具有初始损伤的原因之一。 （2）裂纹的起裂和稳定扩展阶段。在较低的工作应力下，构件内部的某些点会产生拉应力集中，致使相应的预存微裂纹延伸或扩展，应力集中则随之缓解，如果荷载不再增加，

隧道岩爆施工方案

目录 1 编制说明 (2) 1.1编制依据 (2) 1.2编制原则 (2) 1.3编制范围 (3) 2 工程概况 (3) 2.1线路概况 (3) 2.2隧道主要工程量 (3) 3 岩爆的特点及辨识 (4) 3.1岩爆的基本特征 (4) ⑤岩爆主要发生在埋深较大，所处岩层性状较单一，弹性模量等物理力学性能较高，能储存一定的应变能量。 (4) 3.2岩爆产生的条件 (4) 3.3判断岩爆发生的应力条件 (5) 3.4地应力计算与隧道岩爆预测 (5) 3.4.1XX (5) 3.4.2XX (6) 3.4.3XX (6) 3.4.4XX (7) 4、岩爆的预防及处理方案 (9) 4.1总体施工方案 (9) 4.2超前地质预报 (9) 4.2.1超前探孔 (10) 4.2.2地质素描 (10) 4.3加强光面爆破控制，提高爆破效果 (10) 4.4加强初期支护 (11) 4.4.1轻微岩爆区 (11) 4.4.2中等岩爆区 (11) 4.5超前应力释放 (12) 4.6加强高压水冲洗 (12) 4.7加强效果检测 (12) 4.8岩爆发生时的处理措施 (12)

4.9、岩爆防护开挖台架 (13) 5、安全防护措施 (14) 5.1成立岩爆预防及救援小组 (14) 5.2安全防护措施 (15) 5.3洞内作业安全技术措施 (16) 5.3.1钻爆作业安全措施 (16) 5.3.2人员及机械防护措施 (17) 5.3.3洞内作业救援逃生措施 (17) 隧道岩爆防治专项施工方案 1 编制说明 1.1 编制依据 ⑴、《XXXXX标招标图》；《XXXXX两阶段施工图》； ⑵、国家和交通部现行有关工程的设计规范、施工指南、工程质量检验评定标准及安全技术规程； ⑶、国家和四川省政府的有关法律、法规和条例、规定； ⑷、现场详细的施工技术调查资料； ⑸、施工单位资源状况、施工技术水平及管理水平； 1.2 编制原则 ⑴、贯彻执行国家、交通部、当地政府制定的有关政策。

深部开采

深部矿井开采技术问题 摘要:本文根据我国主要深部矿区30余对矿井的实地调查、部分井下观测和25个矿务局的函调材料,对我国煤矿深部开采的基本状况及其在开采中遇到的巷道维护、冲击地压、瓦斯突出及地热等主要问题作了总结和剖析,并就今后煤矿深部开 技术问题提出了几点看法和建议。 1煤矿深部开采的现状及趋势 深井开采技术是当今世界主要深井开采国家(如德国、原苏联、波兰等)十分关注的问题之一。随着我国煤矿开采规模的扩大,开采深度的逐渐增加,深部开采中遇到的各种技术问题日益增多,对当前的煤矿生产和今后矿井建设的影响日趋严重。因此,研究深部开采问题,对安全、经济、合理地开发深部煤炭资源无疑有特别重要的意义。 我国是世界第一产煤大国,1997年原煤产量13.3亿吨。全国主要国有矿区90多个,井工开采的生产矿井588对(1996年统计)。据不完全统计,采深超过800m的深井19对,其中开滦矿务局赵各庄、沈阳矿务局彩屯矿采深超过1000m,新汶矿务局孙村矿、华丰矿、长广七矿采深超过800m。“八五”期间新打深井65个,平均深度588m,其中700~800m的井筒28个,800~1000m的井筒13个,1000m以上井有12个。 据煤炭资源开发和资源保护研究指出,在我国预测总储量中73.2%埋深在1000m 以下,浅部储量较少。因此,深井开采技术不仅是目前一些深矿井面临的问题,而且从长远看,它将是我国今后进一步开发利用深部煤炭资源的带有战略意义的问题。 2深井开采的主要技术问题 2·1矿压显现加剧,巷道维护困难随着矿井采深的不断增加,一方面,巷道断面必需加大,据对开滦矿区统计,近10年间采深平均增加100m,岩石巷道断面平均增加8.1%,煤、半煤岩巷平均增加32%;另一方面,地压增大,在深部高应力作用下,围岩移动更为剧烈,巷道产生变形破坏更为严重。在调查的超过700m的深井中,巷道矿压问题普遍严重,底鼓成为常见的地压现象,特别在采准巷道中尤其严重。失修和严重失修巷道比例增加,据开滦局调查统计,井深1000m时巷道失修率约是同条件下500~600m埋深巷道失修率的3~15倍,部分矿井巷道失修和严重失修率达20%以上。巷道维修占用大量人力物力,林西矿井深800m,巷道维修工占井下工人的比重为7.00%~10.50%。很多深部巷道由于严重破坏无法行人、行车而被迫停产反修。且常常出现前掘后修、重复反修的象。深井巷道维护问题已成为整个矿井生产系统中的最薄弱环节。 出现上述现象的主要原因是客观上井深、围岩应力增加。主观上没有充分认识深井巷道矿压规律,巷道支护形式不能适应深井巷道围岩变形的要求,支护形式、支架参数

某土质滑坡形成机理及稳定性分析

某土质滑坡形成机理及稳定性分析 摘要：平原地区发育的滑坡通常规模较小且稳定性较好。崔庄乡周湾村位于河南省南阳市南召县西北部，属丘陵区。据野外调查发现，崔庄乡周湾村绞坡路滑坡为该地区较有代表性的土质滑坡之一。为了充分认识其形成机制和稳定性，论文采用定性分析和定量评价相结合的方法，分析了不同工况下该滑坡的稳定性，对滑坡的发展趋势进行了预测，并提出了防治方案建议。结果显示，该滑坡变形破坏机制为蠕滑-拉裂型，在天然和地震情况下处于基本稳定状态，降雨情况下处于欠稳定状态。建议采用截排水沟+抗滑桩的方式进行防治。 关键词：土质滑坡；形成机理；变形破坏机制；稳定性分析 崔庄乡位于南召县西北部，距南召县城约为6km，滑坡区位于崔庄乡周湾村绞坡路，有乡村公路经过，总体上交通较为便利。据野外调查，发现崔庄乡周湾村绞坡路滑坡为该地区较有代表性的土质滑坡之一。，为了便于分析该地区该类型滑坡灾害的性质，更为有效的防治地质灾害，本文对该滑坡进行了形成机制分析和稳定性评价[1]。论文运用极限平衡法分析了不同工况下该滑坡的稳定性[2-10]，最后对滑坡的发展趋势进行了预测，并提出了防治方案建议。 1滑坡区地质条件 1.1 气象水文条件 崔庄乡位于北亚热带大陆性季风气候区的北缘，夏季高温多雨，冬季干寒。年均气温14.8～13℃，为亚热带向暖温带过渡地带。县境年平均降雨量851.9mm 左右，历年，1小时、1日最大降雨量分别为89.6 m、328.9 mm。 滑坡区水文地质条件简单，地表水主要为降雨条件下，区内冲沟产生的地表径流。地下水主要有松散堆积层孔隙水及基岩裂隙水两大类。 松散堆积层孔隙水赋存于第四系松散堆积层中，接受大气降水及地表水补给，向坡下沟谷及下伏基岩裂隙排泄。松散堆积层中孔隙水具有富水性、透水性差的特点，其含水量较小。基岩裂隙水主要赋存于砂岩裂隙中，接受大气降水的补给，在地势低洼处排泄。但是基岩含有大量泥岩层，故基岩裂隙水的排泄量很小，一般小于0.5L/S。 1.2 地形地貌及地层岩性 工作区地貌类型为丘陵区，滑坡区高程为310～360m，为山地到平原过渡带。冈峦起伏，整体坡度约为17°，丘陵山顶多为圆状，坡积层发育，坡体局部见基

混凝土损伤理论的分析研究

SHANGHAI UNIVERSITY 结构非线性分析课程论文 UNDERGRADUATE PROJECT (THESIS) 题 目:钢筋混凝土结构有限元分析及其断裂损伤理 论应用 学 院 土木工程系 专 业 建筑与土木工程 学 号 xxxxxxxx 学生姓名 xxx 指导教师 xx 日 期 2017.12.24

上海大学2017～2018学年冬季学期研究生课程考试 小论文 课程名称：结构非线性分析课程编号：18Z147004 论文题目:钢筋混凝土结构有限元分析及其断裂损伤理论应用 研究生姓名: xxx 学号: xxxxxxxx 论文评语: 成绩: 任课教师: xx 评阅日期:

目录 一混凝土损伤理论的研究背景 (1) 二国内外对混凝土损伤理论的研究现状 (2) 1）国外混凝土损伤理论研究现状 (2) 2）国内混凝土研究现状 (2) 三混凝土损伤理论研究中的问题和研究方法 (3) 1）试验条件相差较大时混凝土的本构关系将发生变化 (3) 2）复杂的多轴应力状态下的损伤理论 (3) 3）试验难度大 (3) 4）研究方法 (3) 四钢筋混凝土非线性损伤理论及有限元法 (4) 1）混凝土非线性本构模型 (4) 2）规范中的混凝土损伤理论 (5) ①混凝土单轴受压时的本构模型及dc的选取 (5) ②混凝土单轴受拉时的损伤理论 (6) 2）ABAQUS算例 (6) ①混凝土塑形损伤模型 (6) ②数值分析 (7) 五研究成果与创新 (8) 1)当今国际的研究成果 (8) 2)理论研究的新进展 (8) 3)在有限元中的应用 (8) 六研究混凝土损伤理论的意义和结论 (9) 1)社会意义 (9) 2)经济效益 (9) 3)结论 (9) 七展望 (9) 八建议 (10)

11-岩爆地段专项施工方案

岩爆地段专项施工方案 一、编制依据 xx 铁路六xx 设计图纸 六xx 隧道施工组织设计 《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》(TZ231-2007) 《铁路隧道工程施工质量验 收标准》(TB10417-2003) 二、工程概况 六狼山隧道进口位于朔城区下团乡大白坡村东南侧，隧道出口位于平鲁区 白堂乡卧场村东南侧，隧道进口里程为改DK20+575出口里程为改DK35+750, 全长15175m，最大埋深达443m。隧道区位于管涔山脉中南段低中山区，区内山峰林立，延绵起伏，改DK24+100改DK32+600基岩初露。峡谷深切，多呈“V’ 字形，地形起伏较大，最大高差约500余米。由于隧道埋深达443m,隧道埋深较大，穿越II 级坚硬的围岩地段较多、地应力较大，有可能围岩的应力超过围岩的强度而使围岩突然发生破坏，出现微弱岩爆或中等岩爆现象。发生岩爆，会给工程的施工带来极大的困难，并威胁着施工作业人员和设备的安全，施工中应采取防范措施。 三、岩爆的特点 岩爆是岩体具有高应力的一种典型的表现形式。岩体内由于开挖洞室改变了岩体的初始应力状态，引起洞室周围应力场的重新分布。在洞室附近由于应力集中，其应力值可能达到初始应力的几倍，从而导致岩爆的发生。但是实际观测得知，高地应力并不是岩体发生岩爆的唯一条件，这还与围岩储存弹性应变能的能力以及围岩的变形速度等因素也有关系。岩爆多发生在埋藏很深、整体、干燥和质地坚硬的岩层中。产生岩爆的时间，一般在开挖后几个小时，但也有的是在较长时间后发生。隧道中常遇见的岩爆以顶部或拱腰部位为多。 隧道内岩爆有如下特点： 岩爆在未发生前并无明显的预兆，虽然经过仔细找项，并无空响声。一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。在没有

深部围岩变形破坏时效性分析

深部围岩变形破坏时效性分析 1.引言 围岩应力场和位移场的分布规律是地下工程设计中必须解决的主要问题。地下洞室的失稳破坏，往往是从洞室周边开始、由于围岩应力超载或围岩位移过量所致，而岩石的流变性使得围岩的变形具有很强的时效性。一方面由于岩石和岩体本身的结构和组成反映出明显的流变性质，另一方面也由于岩体的受力条件(包括长期受力和三轴应力状态)使流变性质更为突出，因此，在矿山和地下工程中表现的力学现象，包括地压、变形、破坏等等几乎都与时间有关。巷道或隧道开挖后，在地应力的作用下，围岩往往会向巷道或隧道内慢慢地移动收敛，具体表现是:侧墙逐渐向内移动，底板慢慢隆起，顶拱则进一步开裂。各种长期监测资料表明，自洞室开挖至数月或数年内，围岩的变形和应力分布均随时间发生变化。现在己经认识到岩体流变的普遍性，并用塑性流动和粘性流动来解释地下工程的时间效应问题。岩石的流变变形也是导致岩体地下工程中支护结构产生变形和破坏的主要原因，作用于地下结构衬砌上的载荷会随时间而增长，大型边坡和地下洞室的变形会逐渐加大，甚至会引起灾难性的后果。 因此，对地下洞室变形时效性的研究，也是我们在地下工程中合理选择支护类型及支护结构的前提，对于研究开挖后的工程岩体的动态特征以及岩体工程的设计，均具有十分重要的意义。 2.岩体时效(Rock Timeliness)的影响因素 岩体流变性质和时效特征是岩石材料的固有力学属性，也是用以解释和分析地质构造运动现象和进行岩体工程长期稳定性预测的重要依据。根据大地构造测试结果，地壳目前的平均蠕变速率为106l/s。不少大断层至今仍有持续移动的迹象。在边坡、隧洞、基坑、矿井、铁路路基等岩体工程中，岩体流变现象很常见。近年来，由于能源开发的扩大和环境保护要求的提高，所进行的天然气、液化气、油料以及核废料地下储藏课题研究，将岩石材料在不同荷载水平和不同温度条件下的长期变形与稳定问题提到了十分紧迫和重要的地位。一般认为，岩体工程中的时间效应主要是由以下几个方面的因素所引起的： (l)、岩石材料本身所具有的粘性性质，如蠕变、松弛、滞后以及弹性后效等。一般的软岩，如盐岩、泥岩、粘土岩等，其粘滞系数都达到106-109MPa.S。硬岩的流变性态相对较弱，如测得的花岗岩的粘滞系数为1013MPa .S。然而，由于受到成岩过程中的地质构造运动影响，岩石材料中存在各种裂隙、节理、层理等构造面，这一结构特点导致脆性岩体亦呈现较强的

滑坡的形成机理与其安全防护措施(新版)

滑坡的形成机理与其安全防护 措施(新版) Safety work has only a starting point and no end. Only the leadership can really pay attention to it, measures are implemented, and assessments are in place. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0346

滑坡的形成机理与其安全防护措施(新版) 摘要：滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象，它经常会破坏地面工程、环境和造成人员伤亡、经济损失惨重等现状。本文就滑坡的形成因素进行了详细剖析，并提出了一些针对性的安全防护措施。 关键词：滑坡；地震；地质构造；时空分布 0引言 中国是滑坡地质灾害十分严重的国家。据初步调查，全国大约有中型以上灾害点3万处，小型灾害点多达数十万甚至100多万处。1949一2009年的45年间，共发生破坏较灾害6000多次，造成重大损失的严重灾害事件至少有1200次。崩滑流灾害分布十分广泛。在

全国32个省(市、自治区)中．除上海等个别省自治区3外，均受到不同程度的危害。而最近，2009年6月5日下午，重启市武隆县铁矿乡鸡尾山发生重大山体滑坡事件，据2009年6月15日网上最新报道，事故发现9具遗体，另外有63人失踪，2008年9月8日，发生山西襄汾新塔矿业公司的“9?8”特别重大尾矿库溃坝事故，已确认262人遇难，……，所有这些，都无不表明，研究滑坡形成机理及做好其安全防护性的必要性和紧迫性。 1滑坡形成机理 1.1基本条件 产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面。例如中国西南地区，特别是西南丘陵山区，最基本的地形地貌特征就是山体众多，山势陡峻，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面。广泛存在滑坡发生的基本条件，滑坡灾害相当频繁。 从斜坡的物质组成来看，具有松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低，容易产生变形面下滑；坚硬岩石中由

钢筋混凝土梁受弯破坏机理尺寸效应试验研究

文章编号: 1005- 0930( 2012) 06-1051-012 d o i : 10． 3969 / j ． i ss n ． 1005-0930． 2012． 06． 011 中图分类号: T U 375． 1 文献标识码: A 钢筋混凝土梁受弯破坏机理 尺寸效应试验研究 周宏宇， 李振宝， 杜修力， 郭二伟 ( 北京工业大学建筑工程学院，北京 100124) 摘要: 针对尺寸效应特性对梁构件受弯破坏的影响机理，对不同截面尺寸简支梁 相似试件开展单调加载试验，测试构件在不同加载阶段的承载力、挠度和截面应 变等试验数据． 按不同加载阶段分析其力学性能的影响因素，并阐述其破坏机理 的尺寸效应． 试验分析表明，混凝土材料抗压特性在受弯构件力学性能中表现为 负面尺寸效应，这种负面尺寸效应对构件整体力学行为的影响并不显著． 相比之 下，内力臂和钢筋等因素对试件承载力和延性均产生显著的正面影响． 随截面尺 寸增大，受弯承载力和延性均呈增长趋势． 根据试件在不同尺度上表现出的显著 破坏特征和实测数据，推导相关计算参数随试件尺寸的关系，建立考虑尺寸效应 的极限承载力计算方程． 同时也验证了现有极限承载力计算理论的安全性． 关键 词:钢筋混凝土梁;抗弯性能;尺寸效应;试验研究;破坏机理 现阶段对钢筋混凝土结构的设计依据主要基于小尺寸构件试验结果，这与工程实际 使用的大构件存在差异． 目前，在实验室开展大体积的钢筋混凝土结构试验依然比较困 难，相关试验对加载设备性能、边界条件模拟等都不同于常规试验． 就钢筋混凝土梁正截 面承载性能而言，虽然部分结论认为梁受弯破坏由受拉纵筋屈服引起，尺寸效应对钢筋混 凝土梁受弯承载性能影响不显著［1-5］． 但相关结论大部分基于小尺寸试件试验结果，对大 尺 寸受弯构件承载性能尺寸效应的细致分析资料更为欠缺． 此外，受弯构件正截面承载性 能还受到构件层次尺寸效应的影响． 就尺寸效应而言，无论是混凝土材料的影响还是构件 因素发挥作用，在构件受力过程中，如何评价其影响程度，均需开展细致研究工作才能解 决． 因此，有必要开展对受弯构件正截面破坏机理尺寸效应的分析研究． 试验概况 依据钢筋混凝土结构设计原理［6-13］，试验试件采用简支梁，如图 1 所示，纯弯段 l 是 1 m 试验观察的主要区段，该区段只有弯矩 M 作用． 结合相似关系，共设计 5 组不同尺寸的简 收稿日期:2011- 08-01;修订日期:2011-12-05 基金项目:国家自然科学基金重点项目( 50838001) ; 北京工业大学青年科学研究创新平台项目( X1004012201001) ; 北

隧道岩爆的防治措施

岩爆，也称冲击地压，它是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象 轻微的岩爆仅有剥落岩片，无弹射现象，严重的可测到4.6级的震级，烈度达7一8度，使地面建筑遭受破坏，并伴有很大的声响。岩爆可瞬间突然发生，也可以持续几天到几个月。发生岩爆的条件是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性，在这种条件下，一旦由于地下工程活动破坏了岩体原有的平衡状态，岩体中积聚的能量导致岩石破坏，并将破碎岩石抛出。 发生原因 发生条件：在硬脆岩体高地应力地区，硐室开挖过程中发生岩爆。 发生原因：围岩强度适应不了集中的过高应力而突发的失稳破坏。 防治措施：应力解除、注水软化和使用锚栓-钢丝网-混凝土防爆支护等。[1] 基本解释 岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。 岩爆-简介 岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。 岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严重的可测到4.6级的震级，一般持续几天或几个月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。预防岩爆的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓-钢丝网-混凝土支护。岩爆-产生的条件 1．近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时； 2．围岩坚硬新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小; 3．埋深较大(一般埋藏深度多大于200m)且远离沟谷切割的卸荷裂隙带； 4．地下水较少，岩体干燥; 5．开挖断面形状不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变化造成局部应力集中的地带。 地质构造

岩爆施工方案

新建铁路 长沙至昆明铁路客运专线长昆湖南段岩爆地段施工方案 编制： 审核： 批准：

中铁隧道集团沪昆客专长昆湖南段 一、编制依据 1、隧道施工图纸； 2、高速铁路隧道工程施工技术指南（铁建设2010-241号）； 3、批准的《***隧道实施性施工组织设计》。 二、工程概况 ***隧道315m设计为板岩、砂质板岩、炭质板岩、弱风化，裂隙较发育，岩体较完整。洞身深埋，有可能产生岩爆。设计围岩级别为IIIc围岩，支护参数为H150的格栅钢架间距1.0m/榀，C25喷砼23cm，拱部设Φ22中空组合注浆锚杆、边墙设22砂浆锚杆，锚杆纵向间距1.5m，环向间距1.2m，呈梅花形布置。 三、岩爆的形成原因 岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。 四、岩爆的特点 1、在未发生前，并无明显的征兆，虽经过仔细寻找，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。 2、岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近，个别的也有距新开挖工作面较远，常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多；岩爆在开挖后陆续出现，多在爆破后的2～3小时，24小时内最为明

显，延续时间一般1～2个月，有的延长1年以上，事前一般无明显预兆。 3、岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可多达几十吨重。石块由母岩弹出，小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落，脱落面多与岩壁平行。 4、岩爆围岩的破坏过程，一般新鲜坚硬岩体均先产生声响，伴随片状剥落的裂隙出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表部岩爆；在强度较低的岩体，则在离隧洞掌子面以里一定距离产生，造成向洞内临空面冲击力量最大，这种岩爆属于深部冲击型。 五、岩爆的分类 岩爆按规模和烈度分为：轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆三种类型。轻微岩爆规模小，一般多为弹射型、冲击地压型岩爆。岩爆坑较浅，厚度一般小于10cm，岩爆坑沿隧道轴向长度小于10m，呈零星分布。中等岩爆多为爆炸抛射型和破裂剥落型岩爆，岩爆坑呈三角形、弧形及梯形，连续分布，规模较大，岩爆坑一般几十厘米深，最大达150cm，沿隧道轴线长10～20m，成片分布。强烈岩爆多为破裂剥落性岩爆，岩爆坑连续分布，最深可达4.3m，沿隧道轴线长大于20m。剥落的岩块尺寸大，数量多，生成大量超挖现象，洞形不规则，对正常施工影响大。 六、防治岩爆的施工方案及措施 1、岩爆地段的防护措施 1.1结合超前地质预报技术，对掌子面及掌子面前方15～20m的地段进行监测，推算岩石强度，并根据岩石强度及有关经验公式判定存在岩爆的可能性。 1.2在岩爆段开挖前，注意收集开挖过程中的岩爆地质资料，包

巷道围岩破坏机理及防护技术

巷道围岩破坏机理及防护技术 矿产资源的不断开采，开采深度不断加大，渐渐进入深部开采，深部开采引起的三高一绕动严重影响巷道的稳定性，进入千米之后的深部开采围岩压力增大、原始构造应力大、巷道围岩变化剧烈。因此巷道围岩破坏研究机理及技术是我们研究重点，针对围岩稳定的基本状况，提出有针对性的支护方案有重要意义。 标签：巷道围岩；支护；稳定性 1 巷道围岩机理研究 矿井的深部开采的巷道问题已经不能用浅部理论解决，浅部条件下的地质情况以及矿山压力破坏机理都产生变化，深部的地质状况有独特的特点，对于深部要进行特征分析以及重新建立一个符合特点的压力显现理论。根据巷道变形的特点，建立一个科学体系将弹塑性理论以及破碎理论融合，传统的连续介质不适合复杂条件。深部巷道围岩破裂区和完整区多次交替的现象，即分区破裂化。将分区破裂化定义为“在深部岩体中开挖洞室或者巷道时，在其两侧和工作面前的围岩中，会产生交替的破裂区和不破裂区。 在各类的巷道进行施工的过程中，原始的应力场遭到破坏，巷道围岩压力的调整在巷道稳定蠕变期间，一个非线性的复杂的体系是围岩体系的状态，对于深部的巷道破坏不会有明显的显现特征，我们要保证加强对高应力下的巷道控制，做到对于耦合围岩变形的特征还有围岩压力进行控制。对于上覆岩层压力以及扩容压力是围岩失稳的主要方面，破坏扩容及粘土矿物膨胀压力是影响深部软岩巷道稳定的持续性力源。不注重围岩与支护体的变形协调和祸合难以达到理想的支护效果，是不能够合理的分析破坏机理，为此，必须从围岩的变形破坏特征。矿物组成、结构特点、力学作用等多方面深入研究围岩的变形力学机制，只有这样才能设计出一个合理稳定防御体系。对巷道围岩进行分析归类，对于不同的体系采取，对于支护方案进行设计，对参数进行确定，修缮施工工艺，多角度全方位的进行支综合研究。如今支护在材料以及支护设备上有新的突破，在支护材料方面主要研发了锚杆支护、喷射混凝土支护、钢结构支护混凝土预制大弧板结构等，在支护方式是包括锚杆+喷射混凝土、锚喷网、锚喷网+锚索，锚喷网。 2 支护方案 在现场进行锚杆与卸压孔协同作用就行现场应用，评价巷道围岩稳定性。深部测点数据在埋深982m处，最大水平主应力为29.20MPa，垂直应力为23.30MPa，最大水平主应力方向N20.6°E。埋深在1034m，轨道巷中，最大水平主应力33.22/MPa最小水平主应力15.19/MPa垂直应力25.84/MPa最大水平主应力方向N35°E。在1045m深的回风巷最大水平主应力为31.27MPa，最小水平主应力为14.27MPa，垂直应力为22.38MPa，煤矿深部地层应力场类型为H大于V大于A 型应力场，最大水平主应力为最小水平主应力的1.5到2.1倍。地应力数据划分的地应力水平是超高地应力区域，巷道围岩的强度显示，在岩层的完整性来看是

滑坡的形成机理与其安全防护措施完整版

编号：TQC/K394 滑坡的形成机理与其安全防护措施完整版 Through the proposed methods and Countermeasures to deal with, common types such as planning scheme, design scheme, construction scheme, the essence is to build accessible bridge between people and products, realize matching problems, correct problems. 【适用制定规则/统一目标/规范行为/增强沟通等场景】 编写：________________________ 审核：________________________ 时间：________________________ 部门：________________________

滑坡的形成机理与其安全防护措施 完整版 下载说明：本解决方案资料适合用于解决各类问题场景，通过提出的方法与对策来应付，常见种类如计划方案、设计方案、施工方案、技术措施，本质是人和产品之间建立可触达的桥梁，实现匹配问题，修正问题，预防未来出现同类问题。可直接应用日常文档制作，也可以根据实际需要对其进行修改。 摘要：滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象，它经常会破坏地面工程、环境和造成人员伤亡、经济损失惨重等现状。本文就滑坡的形成因素进行了详细剖析，并提出了一些针对性的安全防护措施。 关键词：滑坡；地震；地质构造；

岩爆处理措施

七、岩爆段处理措施 中亚D线部分隧道的地应力都很高，岩体内存在很大的应变能，在施工过程中有发生岩爆的可能性。通过大量的工程实践，我公司积累了大量的施工经验，目前已有许多之有效的治理岩爆的方法，现结合中亚D线隧道的地质特性，拟采用如下措施： 1.加强临时支护 在完整、坚硬的岩层中一般可不加支护，但在岩爆地段，为了从开始就防止岩爆的发生，很重要的一条就是在爆破后尽可能快进行围岩支护。其作用：第一改善围岩的应力状态；第二起防护作用，防止岩石弹射与塌落等破坏性事故发生。所以我公司结合设计要求，拟采用如下措施： 1.1喷射纤维砼 为了保证更安全，采用喷射纤维砼，喷射厚度根据各岩层的情况而定。纤维砼可以提高喷层的抗拉和抗剪强度，具有比普通砼大得多的柔性，并且能承受较大的变形而不使表面开裂。 1.2锚杆加固围岩 这是一种加固围岩最有效方法，也是岩爆防治措施首先考虑选用方法之一，其主要作用是进行岩体加固，以防劈裂和剥落的岩块塌落弹射。根据设计要求，锚杆采用空中锚杆。 1.3锚喷支护 此隧道根据设计要求，除安装锚杆外，还应配合使用喷砼，它可

以起到防止岩块弹射和结构整体支护作用。 1.4锚喷金属网联合支护 这是一种较弱地层临时支护措施。由于锚喷网联合结构强度增长迅速，能很快形成支护能力，其弹性模量与天然岩石弹性模量相近，而且与围岩密贴，与围岩形成弹性共同体，可防止应力集中与深部扩散，起到了可靠的全面防护作用。 1.5在IV类岩围、进洞加强段严重地区，为提高结构整体支护能力，在岩爆地段采用格栅钢架密排支撑，与喷锚网形成联合支护体系，且在进洞加强段采用钢支架临时支撑，待开挖面、锚喷完成后拆除。 2.设临时防护网 主要是防止突然发生岩爆飞石伤人和砸坏机器设备,使用尼龙网和钢丝网等进行拦挡。 2.1在掌子面及其附近岩爆地带加挂铁丝帷幕,可增加作业场所安全感,保护凿岩人员和机具。 2.2在台车上装设钢丝网防护,保护打眼和装药工人的安全。 2.3使用挖掘机开挖时,在掘进机及后配装套上安装“铁甲”,构成一个“防石棚”,避免岩爆石块塌落伤人,砸坏设备。 3.待避及清除危石 待避也是一种有效的安全措施。一般在岩爆比较猛烈的时候，为防止飞石造成事故，可以在安全处躲避一段时间，待避到平静为止。产生在洞顶的岩爆松石必须清除，属破裂松驰型岩爆，弹射危害不大，