文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 用蒙特卡罗方法对隧道围岩稳定的可靠性分析

用蒙特卡罗方法对隧道围岩稳定的可靠性分析

用蒙特卡罗方法对隧道围岩稳定的可靠性分析
用蒙特卡罗方法对隧道围岩稳定的可靠性分析

用蒙特卡罗方法对隧道围岩稳定性的可靠性分析

奚家米 杨更社

摘要:讨论改进的蒙特卡罗方法的优点和可行性在隧道围岩稳定性的可靠性分析的应用。在对隧道围岩确定性分析的基础上,对围岩稳定性的可靠性计算方法来自改进蒙特卡罗方法。计算方法考虑随机的相关参数,因此满足相关性参数。该方法能够合理确定围岩稳定的可靠性。计算结果表明,该方法是一种科学的方法对围岩稳定的鉴别和检查。

关键字:可靠性、围岩、蒙特卡罗、支撑

介绍:

目前评价隧道围岩稳定性通常采用工程类比法和经验,支护结构的稳定和安全程度根据安全系数来设计。由于不确定性参数的计算、失效机理和失效模式与围岩的稳定性有关,虽然安全因素都是一样的但是由于不同围岩结构安全程度是多样的。现行方法将导致修复率越高的隧道设计的可靠性越低,所以这影响了生产力和提高维修成本。

可靠性分析方法通过安全的概率对隧道围岩的稳定性进行评估。该方法可以考虑的不确定性因素有井下工作的固有的不完全性和多样性。而且,这种方法可以修改用安全系数来评价围岩稳定性的不合理因素的确定性分析。最近,许多成功经验已经用在了隧道围岩和支护结构的可靠性研究,然而,还有很多关于可靠性计算方法的问题亟待解决。

1. 改进的蒙特卡罗方法

1.1蒙特卡罗方法

蒙特卡罗法是一种基于概率论与数理统计近似的数值方法, 可靠性可以得到解决通过随机模拟试验和统计检验。假设极限状态方程对围岩稳定性12(,,,)0n g x x x = , 可靠性的计算原理分别对围岩的失效概率

12,,,n x x x 基本变量与岩石稳定相关。i x 根据1()(1,2,,)i

i x i x F r i n -== 来计算,()i x i F x 是关于基本变量i x 的分布函数, i r 是用计算机的余方法计算所产生的随机序列;m 是相对应i r 的大量小于零结果;M 是大量的计算结果与i r 相一致。

1.2改进的蒙特卡罗方法

改进的蒙特卡罗方法结合双条件抽样,最终目的是减少采样仿真的数量。整个过程就是这样的。

首先,选择具有最大离散化的随机变量表示为j x 。

12,1211[(,,,)0][(,,,,,)]f n j j j m p P g x x x P x g x x x x x -+=<=

<

分别计算:1211,,,,,j j m x x x x x -+

来自:12(1)(1),,,,,,i i j i j i ni r r r r r -+

得出:12(1)(1)['(,,,,,)]fi xj i i j i j i ni P F g x x x x x -+=

xj F 关于随机变量j x 函数的分布。

另外,分别计算12(1)(1)1,1,,1,1,,1i i j i j i ni r r r r r -+-----

根据(2)(2)(2)(2)(2)12(1)(1),,,,,i i j i j i ni x x x x x -+

可以得出:(2)(2)(2)(2)(2)(2)12(1)(1)['(,,,,,)]fi xj i i j i j i ni P F g x x x x x -+= 从上面得出:(1)(2)1()2

fi fi fi P P P =+ 重复M 次以上步骤,因此

11M f fi i P P

M ==∑

1.3在改进的蒙特卡罗方法基础上的可靠性分析的优势

(1)这个方法满足性能函数的相关性, 自然是通过随机变量的分布规律。它转化的只是关于服从正态分布的岩土参数,分析结果失真的原因是岩土工程在过去的可靠性设计和研究。

(2)这种方法服从复杂的性能的功能具有简捷计算的巨大优势。这个复杂状态变化的计算公式几乎不能在电脑上运用FOSM 或JC 方法分析围岩稳定的可靠性完成。

(3)该方法避免了许多需要在电脑上用蒙特卡罗方法完成的工作的缺陷。

2.隧道围岩稳定性的可靠性分析

2.1隧道围岩的稳定性的基本准则和标准

隧道围岩的破坏机理和破坏模式与许多因素相关, 然而,它可以被归结为三个原则:应力、位移和剪切应变准则。剪切应变准则采用围岩的稳定性的计算,这是说它是由切向应变值控制的。在三维复杂应力状态下,转变的围岩元素的三种主应变运用塑料理论计算到八面体的等效塑性剪切应变和比较由三轴试验得出的岩石样本的相应的临界剪切应变值(当应变值匹配时岩石发生剪切强度破坏)。它的目的是来判断元素是否被破坏(即是否进入隧道围岩区)。因此,我们可以基于这一标准计算在大岩洞周围的围岩宽松区域大小和特定的深度范围,然后确定围岩的稳定性。

应用参考值软岩石的极限应变是0.67%。所以,假设周围洞穴的软岩石的极限应变00.67%ξ≥,可以确定元素是宽松破坏,那么岩洞是稳定的。对于硬岩石,极限应变是0.1%。至于这个岩洞的工程应用价值,岩石的极限应变值可以通过三轴试验探测到。

2.2隧道围岩的弹性可塑性分析

计算原理图如图1

假设如下:

(1) 岩石是连续弹性可塑性的各向同性和均匀粘性介质。

(2) 围岩岩体产量仍摩尔库仑符合标准。

(3) 当围岩发生塑性屈服时体积不压缩,意味着。。。

(4) 对于岩洞,这个问题可以被视为一种平面应变的问题。

(5) 岩洞是圆形的,非圆形的岩洞采用等效循环的形状完成。

(6) 侧压系数E =1.0,换句话说岩洞是在静压力下的统计。

通过塑性理论可以知道对于岩洞塑性区是一个同心圆;围岩在整圈处达到塑性状态。在上述假定的基础上可以通过推理得出:

20020

[cot cot ()]()3e F P P P e e e e P R R P c c R r R E r R μξ??+=+-≤≤ 其中,00(cot )(1sin )()cot e F e e e P e e P c R R c ???+-=,2sin 1sin e e e

F ??=-; P ε是剪切应变;μ是泊松比;E 是弹性模量;P R 是塑性区的半径;0P 是围

岩压力;e c 和e ?是内聚力和内部摩擦角。

2.3隧道围岩的稳定性的可靠性理论分析

根据极限应变准则,对围岩稳定性的极限状态方程可以被看作:

00(,)0P P g εεεε=-=

0ε――围岩极限应变值

围岩稳定性的极限状态方程可以表示为:

000'(,,,,,,)0E g P c R r ?με-=

围岩的失稳概率的解决方案可以表示为:

000['(,,,,,,)]f P P E g P c R r ?με=<

以下公式可以在所有随机变量的情况利用改进的蒙特卡罗方法实现。

(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)000['(,,,,,,)]fi XE P F g P c R r ?με=

(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)000['(,,,,,,)]fi XE P F g P c R r ?

με= XE F 是关于随机变量E 的分布函数

(1)(2)1()2

fi fi fi P P P =+ 当模拟数字是m ,对围岩失稳概率可以表达:

11M f fi i P P

M ==∑

3.工程分析实例

对地下建筑设计和隧道围岩的稳定性验算来证明改进的蒙特卡罗方法的可行性和准确性。本文对没有支撑的围岩II 和IV 的失稳概论计算,另外比较了失稳概率的确定性。

在深层圆形岩洞是半径2.4米,岩石的相关稳定性分析参数显示在表1。 基于改进的蒙特卡罗方法,破坏概率和统计的精度显示在表2。

4.结论

(1)当前岩土工程设计方法是一种决定性的计算方法,它很少考虑岩石特性和结构参数可变性。本文提出的可靠性分析方法是基于蒙特卡罗方法。该方法

把随机参数考虑进去并且合理确定围岩的稳定性。

(2)从表1和表2可以看出:II号围岩围岩稳定性优于IV号围岩,这就是说,围岩性能对围岩的稳定性有较大影响其确定性分析的结果是一致的。

(3)本文提出了改进的蒙特卡罗方法具有计算简单和精度高的特征。因此它能满足参数的相关性和随机变量分布的无约束。

隧道开挖围岩稳定性分析

隧道开挖围岩稳定性分析 发表时间:2020-04-03T01:52:44.878Z 来源:《建筑学研究前沿》2019年24期作者:马智勇[导读] 我国西部地区地质条件复杂,存在岩溶、高地应力等复杂地质体。隧道穿越这些复杂地质构造时,会产生严重的变形破坏。 中铁二十局集团有限公司 摘要:我国西部地区地质条件复杂,存在岩溶、高地应力等复杂地质体。隧道穿越这些复杂地质构造时,会产生严重的变形破坏。如果处理不当,可能造成重大事故,造成人员和财产损失。在开挖过程中,不同的开挖方法对隧道围岩的影响也会不同,导致隧道围岩应力重分布的差异很大。围岩应力应变随开挖断面的变化而变化。目前,对围岩稳定性的判断方法主要有理论分析、工程类比和数值分析,其中数值分析法是最适合分析隧道施工的方法。 关键词:隧道开挖;围岩;稳定性 1地形地貌 隧道高程93.05m~640.1m,相对高差547.05m,地层岩性主要为中侏罗统自流井组(J2Z)和沙溪庙组、下侏罗统和上三叠统香溪组(t3-j1x)。岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩,含薄层炭质页岩、炭质泥岩。 2软弱岩群稳定性 2.1软岩地层工程地质特征 单轴抗压强度小于30MPa的岩层称为软岩。软岩地层具有强度低、孔隙率低、胶结程度高、受构造面切割和风化影响大等特点。在隧道围岩压力的作用下,工程岩体具有明显的变形。软岩隧道围岩具有强度低、结构软弱、易吸水膨胀等特点,隧道围岩变形较大。 2.2软岩地层围岩变形分析 对于围岩是否会发生较大变形及变形量,支护压力和地应力作用下隧道围岩相对变形及掌子面变形预测公式如下:式中:εt一一隧道径向相对变形,指径向挤压变形量和隧道半径或者跨度之比; εf一一隧道掌子面相对变形,指掌子面挤压变形量和隧道半径或者跨度之比; σcm一一岩体单轴抗压强度; σci一一岩石单轴抗压强度; Pi一一支护压力; Po一一隧道中的原岩应力,取3σ1–σ3,即σmax。 3坚硬岩组围岩稳定性分析 根据切向应力准则,将围岩的切向应力(σo)与岩石的抗压强度(σc)之比作为判断有无岩爆及发生岩爆等级划分原则,结果表明: σo/σc<0.30一一一一一一一一一一一无岩爆 σo/σc介于0.30~50一一一一一一一轻微岩爆 σo/σc介于0.50~0.70一一一一一一中等岩爆 σo/σc>0.70一一一一一一一一一一一强烈岩爆 由于地下洞室的开挖,原地应力状态将受到一定程度的扰动,在洞壁及其一定深度范围形成应力的二次分布和应力集中。应力集中的结果,使得洞壁附近的切向应力有可能超过其临界值,从而产生岩爆。为了计算围岩的切向应力(σ0),首先需要作一定假设,将隧道的横截面抽象为受两向正应力作用的平面应变模型。两向正应力其中之一为上覆岩石自重作用引起的垂向应力(Sv);其二维水平向正应力(σn),它是根据实测的原地应力状态(SH、Sh以及SH的方向)利用线弹性理论公式计算得出,其计算公式如下:

隧道围岩级别划分与判定

隧道围岩级别划分与判定 隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性,作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。 1 国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级 1.1围岩分级 围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表1.1规定。 表1.1 围岩分级 注1 围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。 2 本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。 3 层状岩体按单层厚度可划分为 厚层大于0 .5m 中厚层0 .1~0 .5m 薄层小于0 .1m 4 一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m,服务年限小于10 年的工程确定围岩级别时可采用点荷载强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试 5 测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。 3公路隧道围岩分级 3.1公路隧道围岩分级 围岩级别可根据调查、勘探、试验等资料、岩石隧道的围岩定性特征、围岩基本质量指标(BQ)或修正的围岩质量指标[BQ]值、土体隧道中的土体类型、

密实状态等定性特征,按表3.1确定。当根据岩体基本质量定性划分与(BQ)值确定的级别不一致时,应重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性,并对它们重新观察、测试。在工程可行性研究和初勘阶段,可采用定性划分的方法或工程类比方法进行围岩级别划分。 表3.1 公路隧道围岩分级 注:本表不适用于特殊条件的围岩分级,如膨胀性围岩、多年冻土等。 3.2围岩分级的主要因素 公路隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级,并按以下顺序进行:(1)根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标(BQ),综合进行初步分级。(2)对围岩进行详细定级时,应在岩体基本质量分级基础上,考虑修正因素的影响修正岩体基本质量指标值。(3)按修正后的岩体基本质量指标[BQ],结合岩体的定性特征综合评判,确定围岩的详细分级。 3.2.1岩石坚硬程度 1 岩石坚硬程度可按表3.2.1-1定性划分。 表3.2.1-1 岩石坚硬程度的定性划分 2岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度(Rc)表达。Rc一般采用实测值,若无实测值时,可采用实测的岩石点荷载强度指数Is(50)的换算值,即按式(3.2.1)计算: Rc= Is(50)0.75 (3.2.1) 3 Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系,可按表3.2.1-2确定。 表3.2.1-2 Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系 3.2.2岩体完整程度 1岩石完整程度可按表3.2.2-1定性划分。

【精品】第9章边坡稳定性分析

第9章边坡稳定性分析 学习指导:本章介绍了边坡的破坏类型,即:岩崩和岩滑;着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法,包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法;介绍了岩坡处理的措施。 重点:1边坡的变形与破坏类型; 2影响边坡稳定性的因素; 3边坡稳定性分析与评价. 9。1边坡的变形与破坏类型 9。1.1概述

随着社会进步及经济发展,越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题,通过长期的工程实践,工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系,并通过理论对人类工程活动,进行有效地指导。近年来,随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展,人类已认识到:边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展,而是与人类活动密切相关;人类在进行生产建设的同时,必须顾及到边坡的环境效应,并且把人类的发展置于环境之中,因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域,在这些领域中,边坡作为地质工程的分支之一,一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域,边坡工程都是整体工程不可分割的部分,为保证工程运行安全及节约经费,广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而,随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国,目前的露天采矿的人工边

坡已高达300—500m,而水电工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米,其中涉及的工程地质问题极为复杂,特别是在西南山区,边坡的变形、破坏极为普遍,滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。

(完整版)第八章地下洞室围岩稳定性分析

第八章地下洞室围岩稳定性分析 第一节概述 1.地下洞室(underground cavity): 指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。 2.我国古代的采矿巷道,埋深60m,距今约3000年左右(西周)。 目前,地下洞室的最大埋深已达2500m,跨度已过50m,同时还出现有群洞。 3.分类: 按作用分类:交通隧洞(道)、水工隧洞、矿山巷道、地下厂房仓库、地铁等等; 按内壁有无水压力:有压洞室和无压洞室; 按断面形状为:圆形、矩形或门洞形和马蹄形洞室等; 按洞轴线与水平面间的关系分为:水平洞室、竖井和倾斜洞室三类; 按介质,土洞和岩洞。 4.地下洞室→引发的岩体力学问题过程: 地下开挖→天然应力失衡,应力重分布→洞室围岩变形和破坏→洞室的稳定性问题→初砌支护:围岩压力、围岩抗力(有内压时) (洞室的稳定性问题主要研究围岩重分布应力与围岩强度间的相对关系) 第二节围岩重分布应力计算 1.围岩:指由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化,而这部分被改变了应力状态的岩体。 2.地下洞室围岩应力计算问题可归纳的三个方面: ①开挖前岩体天然应力状态(一次应力、初始应力和地应力)的确定; ②开挖后围岩重分布应力(二次应力)的计算; ③支护衬砌后围岩应力状态的改善。 3.围岩的重分布应力状态(二次应力状态): 指经开挖后岩体在无支护条件下,岩体经应力调整后的应力状态。

一、无压洞室围岩重分布应力计算 1.弹性围岩重分布应力 坚硬致密的块状岩体,当天然应力()c v h σσσ2 1 ≤ 、,地下洞室开挖后围岩将呈弹性变形状态。这类围岩可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体,其围岩重分布应力可用弹性力学方法计算。重点讨论圆形洞室。 (1)圆形洞室 深埋于弹性岩体中的水平圆形洞室,可以用柯西求解,看作平面应变问题处理。 无限大弹性薄板,沿X 方向的外力为P ,半径为R 0的小圆孔,如图8.1所示。 任取一点M (r ,θ)按平面问题处理,不计体力。则: ……………………① 式中Φ为应力函数,它是x 和y 的函数,也是r 和θ的函数。 边界条件: ()()()()()??? ? ?? ???===>>-=??? ??--=>>+=-++=====003103131R b 0)(2sin 22sin 2)(2cos 222cos 22b r r b r r b r r b r r R b p R b p p θθτσθθσστθθσσσσσ ………………② 设满足方程①的应力函数φ为: () θ2cos ln 222F Dr cr Br r A ++++=Φ- ………………………………③ 由③代入①,并由②可得: 2 R F ,4-D ,4-c ,4B ,2204020p pR p p pR A = ===-= ???? ???????Φ ?-?Φ?=?Φ?= ?Φ ?+?Φ?=θθτσθσθθr r r r r r r r r 22 2 22 221111 图 8.1柯西课题分析示意图

边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析方法 1.1 概述 边坡稳定性分析是边坡工程研究的核心问题,一直是岩土工程研究的的一个热点问题。边坡稳定性分析方法经过近百年的发展,其原有的研究不断完善,同时新的理论和方法不断引入,特别是近代计算机技术和数值分析方法的飞速发展给其带来了质的提高。边坡稳定性研究进入了前所未有的阶段。 任何一个研究体系都是由简单到复杂,由宏观到微观,由整体到局部。对于边坡稳定性研究,在其基础理论的前提下,边坡稳定分析方法从二维扩展到三维,更符合工程的实际情况;由于一些新理论和新方法的出现,如可靠度理论和对边坡工程中不确定性的认识,边坡稳定分析方法由确定性分析向不确定性分析发展。同时,由于边坡工程的复杂性,边坡稳定评价不能依赖于单一方法,边坡的稳定性评价也由单一方法向综合评价分析发展。 1.2 边坡稳定性分析方法 边坡稳定性分析方法很多,归结起来可分为两类:即确定性方法和不确定性方法, 确定性方法是边坡稳定性研究的基本方法,它包括极限平衡分析法、极限分析法、数值分析法。不确定性方法主要有随机概率分析法等。 1.2.1 极限平衡分析法 极限平衡法是边坡稳定分析的传统方法,通过安全系数定量评价边坡的稳定性,由于安全系数的直观性,被工程界广泛应用。该法基于刚塑性理论,只注重土体破坏瞬间的变形机制,而不关心土体变形过程,只要求满足力和力矩的平衡、Mohr-Coulomb准则。其分析问题的基本思路:先根据经验和理论预设一个可能形状的滑动面,通过分析在临近破坏情况下,土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡,计算土体在自身荷载作用下的边坡稳定性过程。极限平衡法没有考虑土体本身的应力—应变关系,不能反映边坡变形破坏的过程,但由于其概念简单明了,且在计算方法上形成了大量的计算经验和计算模型,计算结果也已经达到了很高的精度。因此,该法目前仍为边坡稳定性分析最主要的分析方法。在工程实践中,可根据边坡破坏滑动面的形态来选择相应的极限平衡法。目前常用的极限平衡法有瑞典条分法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Sarma法Morgenstern-Price 法和不平衡推力法等。

海底隧道围岩稳定性分析与控制研究

海底隧道围岩稳定性分析与控制研究 随着我国交通事业的大发展,将有大批量的越江跨海通道投入建设,水下隧道已受到越来越多的关注。与山岭隧道相比,跨海隧道通常具有地质勘探困难、单口连续掘进距离较长、衬砌结构受长期的动静水压力作用、防排水难度大、围岩成拱作用较低、不良地质体段易发生涌水事故等特点,因此在海底隧道衬砌结构的设计和分析计算方面,将具有与一般隧道不尽相同的关键技术问题,亟待在设计中着重反映。论文研究以我国目前蓬勃发展的海底隧道为背景,以富水条件下隧道围岩稳定性及其控制技术为研究重点,综合采用理论解析、数值模拟、室内模型试验和现场监测等多种研究手段,主要开展了以下方面的研究工作:(1)基于弹性力学中厚壁圆筒承受均布压力的拉梅解答和Mohr-Coulomb屈服条件,推导了考虑渗流场和围岩超前位移释放的含衬砌海底圆形隧洞的弹塑性解析公式。根据本文推导过程,可推演满足其它屈服条件和流动法则的隧道围岩应力与位移的弹塑性解答。 同时结合一座海底隧道的工程实例,本文采用解析公式对围岩塑性区范围、应力场、位移场和渗流场的分布进行了理论分析,得到了各场的分布规律和演化特点,并讨论了海底隧道顶板厚度、海水深度、内水水头、衬砌围岩物理力学参数及其渗透性关系等因素的影响规律。(2)基于前人研究成果,针对暗挖海底隧道开挖面围岩稳定性问题,总结了极限分析上限法、楔形体模型、二维对数螺旋线模型,以及条分法模型等4种理论分析模型,并考虑了开挖面滑移体上部地层压力等因素,对理论解析公式进行了修正。结合海底隧道工程实例,采用数值模拟方法,与理论解析方法进行了对比分析,并讨论了围岩粘聚力、摩擦角、海水水位、超前注浆等因素的影响。(3)依托厦门翔安海底隧道,对穿越陆域全、强风化花岗岩段的地层变形进行了现场监测,指出了产生地层大变形的力学机制,总结了拱顶沉降、海床沉降、地层水平变形、海床开裂随隧道施工过程的发生、发展规律,并建立了它们之间的关系,提出通过易于监测的隧道拱顶下沉量及收敛值判断海床地层的完整性,实现对海床状态的信息化控制。 (4)采用FLAC3D有限差分软件模拟分析翔安隧道穿越海域F1风化深槽段的围岩稳定性,指出地下水的渗流作用对海底隧道的围岩变形影响较大,由渗流引起的隧道围岩变形在向上传递过程中折减较小,且超前导洞开挖对围岩渗流场的

影响隧道围岩稳定性因素

B RIDGE&TUNNEL 桥梁隧道 毫无疑问,隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要的。从许多隧道发生的交通事故中可以知道,隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关,而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理,才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。 岩石性质及岩体的结构 围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性,是影响围岩稳定性的基本因素。从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆1性围岩主要各类坚硬体,由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度,故这类围岩2的强度主要取决于岩体的结构,岩性本身的影响不是很显著。从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQD、节理组数J n、节理面粗糙程度J y、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SRF 八类因素进行定量分析) 角度,可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩) 即围岩为完整或较完整。那么,隧道开挖后,围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏, 即使发生破坏,变形的量值也是较少 的。这种情况下,围岩岩性对围岩的稳 定性的影响是很微弱的,即一般是稳定 的,可以不采取支护,能适应各种断面 形状及尺寸的隧道。如果隧道围岩的整 体性质差、强度低,节理裂隙发育或围 岩破碎(如塑性围岩)即围岩为破碎、较 破碎或极破碎,则围岩的二次应力会产 生较大的塑性变形或破坏区域,同时节 理裂隙间的岩层错动会使滑移变形增 大,势必给围岩的稳定带来重大的影 响,不利于隧道洞室稳定;软硬相间的 岩体,由于其中软岩层强度低,有的因 层间错动成为软弱围岩而对围岩的稳定 性不利。 从岩体的结构角度,可将岩体结 构划分为整体块状结构(整体结构和块 状结构) 、层状结构(薄层状结构和厚层 状结构) 、碎裂结构(构镶嵌结构和层状 碎裂结构) 、散体结构(破碎结构和松散 结构) 。松散结构及破碎结构岩体的稳 定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状 块体最好。对于脆性的厚层状和块状岩 体,其强度主要受软弱结构面的分布特 点和较弱夹层的物质成分所控制,结构 面对围岩的影响,不仅取决于结构面 的本身特征,还与结构面的组合关系 及这种组合与临空面的交切关系密切 相关。一般情况下,当结构面的倾角 ≤30°时,就会出现不利于围岩稳定 的分离体,特别是当分离体的尺寸小 于隧道洞跨径时,就有可能向洞内产 生滑移,造成局部失稳;当倾角> 30° 时,将不会出现不利于围岩稳定性的 分离体。而软弱夹层对围岩稳定性的 影响主要取决于它的性状和分布。一 般认为软弱夹层的矿物成分、粗细颗 粒含量、含水量、易溶盐和有机质等 的含量是决定其性质的主要因素,对 不同类型的软弱夹层,这些因素是不 大相同的。由于软弱夹层的抗强度较 低,故不利于隧道围岩的稳定。 围岩岩体的变形和破坏的形式特 点,不仅与岩体内的初始应力状态和隧 道形状有关,而且还与围岩的岩性及岩 体结构有关,但主要的是和围岩的岩性 及结构有关(见表1) 。 岩体的天然应力状态 岩体的天然应力是岩体的自重应 力、构造应力、变异及残余应力在某一 个具体地区以特定方式作用的结果。已 经有大量的实践资料证明,大多数地区 的岩体的天然应力状态是以水平方向为 主的即水平应力通常大于垂直应力。一 般情况下,隧道轴向与水平主应力垂 直,以改善隧道周边的应力状态。但水 平应力很大时,则隧道方向最好与之平 行以保证边墙的稳定性。然而,岩体的 天然应力对隧道的影响主要取决于垂直 于隧道轴向水平应力的大小与天然应 力的比值(ζ) ,它们是围岩内应力重分 布状态的主要因素。例如,圆形隧道, 当ζ= 1 时,围岩中不会出现拉应力集 中,压应力分布也比较均匀,围岩稳定 性最好;当ζ≤1/ 3 时围岩出现拉应力, 压应力集中也较大,对围岩稳定不利。 最大天然主应力的数量级及隧道轴向的 关系,对隧道围岩的变形特征有明显的 影响,因为最大主应力方向围岩破坏的 概率及严重程度比其它方向大。因此, 估算这种应力的大小并设法消除或利用 非常重要的。 地质构造 褶曲和断裂破坏了岩层的完整性 降低了岩体的力学强度,一般来说,岩 分析影响隧道围岩稳定性因素 文/王冠勇 TRANSPOWORLD 2012No.13(Jul) 234

边坡稳定性分析方法及其适用条件资料

边坡稳定性分析方法及其适用条件 摘要:边坡是一种自然地质体,在外力的作用下,边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移,当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力,将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容,并已经形成一个应用研究课题,本文对目前边坡稳定性分析中所采用的各种方法进行了归纳,并阐述了其适用条件。 关键词:边坡稳定性分析方法适用条件 正文: 一、工程地质类比法 工程地质类比法,又称工程地质比拟法,属于定性分析,其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。该方法主要通过工程地质勘察,首先对工程地质条件进行分析,如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查和分类,对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究,了解其成因、影响因素和发展规律等;并分析研究工程地质因素的相似性和差异性;然后结合所要研究的边坡进行对比,得出稳定性分析和评价。其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素,迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测;缺点是类比条件因地而异,经验性强,没有数量界限。 适用条件:在地质条件复杂地区,勘测工作初期缺乏资料时,都常使用工程地质类比法,对边坡稳定性进行分区并作出相应的定性评价,因此,需要有丰富实践经验的地质工作者,才能掌握好这种方法。

二、极限分析法 应用理想塑性体或刚塑性体处于极限状态的极小值原理和极大 值原理来求解理想塑性体的极限荷载的一种分析方法。它在土坡稳定分析时,假定土体为刚塑性体,且不必了解变形的全过程,当土体应力小于屈服应力时,它不产生变形,但达到屈服应力,即使应力不变,土体将产生无限制的变形,造成土坡失稳而发生破坏。其最大优点是考虑了材料应力—应变关系,以极限状态时自重和外荷载所做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功为条件,结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。 三、极限平衡法 该法将滑体作为刚体分析其沿滑动面的平衡状态,计算简单。但由于边坡体的复杂性,计算时模型的建立与参数的选取不可避免地使计算结果与实际结果不吻合。常用的方法有如下几种。 1瑞典条分法。基本假定:A边坡稳定为平面应变问题;B滑动面为圆弧;C计算圆弧面安全系数时,将条块重量向滑面法向分解来求法向力。该方法不考虑条间力的作用,仅能满足滑动体的力矩平衡条件,产生的误差使安全系数偏低。 优缺点:在不能给出应力作用下的结构图像的情况下,仍能对结构的稳定性给出较精确的结论,分析失稳边坡反算的强度参数与室内试验吻合度较好,使分析程序更加可信;但需要先知道滑动面的大致位置和形状,对于均质土坡可以通过搜索迭代确定其危险滑动面,但是对于岩质边坡,由于其结构和构造比较复杂,难以准确确定其滑动

关于隧道围岩的分级

关于隧道围岩的分级 最近一段时间学习了关于隧道围岩分级的问题,逐渐的了解了隧道的施工工艺及工序,也在网上查找了一些关于围岩问题的文章,学习了,很深奥,有很多东西还是不能够理解,希望能交到良师益友向您学习,本文章来自于百度文库,我整理了下,其中有些内容是我通过查找规范所得。 《公路隧道设计规范JTGD70-2004》 《公路工程地质勘察规范JTJ064-98》 《岩土工程勘察规范GB50021-2001》 《水工隧洞设计规范》(SL279-2002) 《工程岩体分级标准》(GB50218-94) 《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005) 《地铁设计规范》(GB50157-2003) 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(50086-2001) 《公路隧道施工技术规范》(JTJF60-2009) 《工程岩体分级标准》(GB50218-94) 名词解释: 围岩:围岩是隧道开挖后其周围产生的应力重分布范围内的岩体,或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体,(这里所指的岩体是土体与岩体的总称) 在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的,可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。

岩爆:岩体中聚积的弹性变形能在地下工程开挖中突然猛烈释放,使岩石爆裂并弹射出来的现象。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。 在JTJD70-2004《公路隧道设计规范》中关于隧道围岩级别划分为六级,级别越大围岩越差,六级为土,但目前实施中不同,《岩土工程勘察规范GB50021-2001》中规定地下铁道围岩分类应按GB50307-1999《地下铁道,轻轨交通岩土工程勘查规范》, GB50307-1999《地下铁道,轻轨交通岩土工程勘查规范》中的围岩分类方法引自原《铁路隧道设计规范》(TB10003-1999)围岩分级是根据《工程岩体分级标准》(GB50218-94)结合工程经验得来的,勘察是为设计服务的,所以在地铁工程勘察中,如果还利用地铁勘察规范进行围岩分类,易给设计带来不便。 公路隧道围岩分级将围岩分为6级,给出了主要围岩的工程地质特征、结构特征,和完整性等指标并预测了隧道开挖后可能出现的塌方、滑动、膨胀、挤出、岩爆、突然涌水、及瓦斯突出等失稳的部位和地段,给出了相应的工程措施, 围岩分级的概念

隧道围岩及支护结构稳定性分析方法综述

隧道围岩及支护结构稳定性分析方法综述 伍华刚 (贵州省交通规划勘察设计研究院,贵州贵阳,550001) 摘 要:以隧道围岩与支护结构的相互关系为主要研究对象,以特长公路隧道围岩及支护结构稳定性分析方法为依托,对隧道掌子面所揭露围岩岩体、结构特征进行调查、记录,分析掌子面围岩等级,并与设计资料进行对比,对不同级别不同地质条件下的围岩与支护结构稳定性进行比较分析,总结围岩及支护结构稳定性分析的方法。 关键词:特长隧道;围岩;支护结构;稳定性分析中图分类号:U 452.1+2 文献标识码:A 文章编号:1004-6429(2010)04-0072-03 ●应用技术 收稿日期:2010-05-14 作者简介:伍华刚,男,1959年出生,1983年毕业于云南广播电视大学,工程师,550001,贵州省贵阳市云岩区中山东路69号山西科技SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY 2010年第25卷第4期 随着深埋特长隧道的不断涌现,所遇到的问题也越来越多,现行的设计与施工规范已不能满足设计与施工要求,虽然国内外有关深埋特长隧道的研究成果不少,但由于深埋特长隧道地形、 地质条件复杂,设计制约因素多,并且常伴有断裂带、破碎带、 岩爆、突泥、涌水等地质灾害,给设计和施工带来了很大的盲目性。加上深埋特长隧道埋深大、隧道长、地质条件复杂,使地质勘察也不可能全面精确地探清每一段的具体情况,很多时候勘察结果与隧道施工中实际遇到的地质条件相差很远,漏掉的一些不良地质体给施工带来许多预想不到的困难。1 公路隧道围岩稳定性分析方法 隧道围岩的稳定性分析主要包括隧道的整体稳定性分析和局部块体的稳定性分析,分析方法大致可归纳为工程地质类比法、岩体结构分析法、岩体稳定性力学分析法和模拟试验法等,其中,模拟试验法包括物理模拟和数值模拟。1.1 工程地质类比法 根据拟建地下洞室的工程地质条件、岩体特性和监测资料,结合具有类似条件的已建工程,开展资料的综合分析和对比,从而判断工程区岩体的稳定性。由大量工程实例总结出来的各级围岩分类标准,如RQD 分类(Deer ,1969)、RMR 分类(Bieniawiski ,1973)、Q 系统分类(Barton ,1974)、Z 系统分类(谷德振,1979),以及我国的《工程岩体分级标准》(GB 50218—94)等,都是工程地质类比法在稳定性评价中的具体应用。这些围岩分类系统可以对不同类型围岩按定量地给出其围岩压力值及支护衬砌的形式和厚度,对于一般性工程隧道实现地下工程(结构)设计标准起到了重要的作用,也是地质工程工作者的基本方法之一。1.2 岩体结构分析法 在岩体结构及其特性研究的基础上,考虑工程力作用方向 以及结构面与开挖临空面之间的空间组合关系,借助于赤平极射投影分析法、实体比例投影分析法和块体坐标投影法进行图解分析,从而判断岩体的稳定性。1.3 力学分析法 从19世纪人类对松散地层(主要是土层)围岩稳定和围岩压力理论进行研究开始到现在,围岩压力理论主要经历了古典压力理论、散体压力理论及现在广泛应用的弹性力学理论、塑性力学理论。 实际工程中,隧道开挖后,由于卸荷作用使围岩应力进行重分布,并出现应力集中,如果围岩应力处处小于岩体弹性极限强度,这时围岩处于弹性状态。反之,围岩将部分进入塑性状态,但局部区域进入塑性状态并不意味着围岩将发生坍落或失稳。因而,研究围岩稳定就不能不考虑塑性问题,芬纳(Fenner )—塔罗勃(Talo-bre .J )和卡斯特奈(Kaster.H )等给出了围岩的弹塑性应力图形。1.4 数值计算方法 岩体不仅为一般材料,更重要的是本身就是一种复杂的地质结构体,它具有非均质、非连续、非线性以及复杂的加卸载条件和边界条件,这使得岩体力学的问题通常无法用解析法简单地求解,数值方法不仅能模拟岩体的复杂力学和结构特征,也可以方便地分析各种边值问题和施工过程,并对工程进行预测和预报,因此,数值分析方法是解决岩土体工程问题的有效工具之一。常用的数值方法有:有限元法(FEM )、有限差分法(FLAC ,FDM )、离散元法(DEM )反分析法、边界元法(BEM )、不连续变形分析法(DDA )、流形方法等,这些方法在地下洞室和边坡稳定等均有较多的应用,取得了较好的效果。1.5 模型试验 模型试验是隧道及地下工程研究中使用较多的一种方法,其理论基础是相似理论。模型试验具有直观、全面的优点,20世 纪80年代,国内许多学者作了大量的实验研究,谷兆琪教授等(1981)进行了层状砂岩地下洞室稳定性的研究,朱维中、冯光北等(1983,1984)研究了单排裂隙岩体模型的抗剪强度研究,杨淑 72··

隧道围岩类别划分与判定

隧道围岩类别划分与判 定 Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

隧道围岩级别划分与判定隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性,作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。 国内外现在的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合3种方法,且多以前两种方法为主。定性分级的做法是,在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断,或对主要因素作出评判、打分,有的还引入分量化指标进行综合分级。以定性为主的分级方法,如现行的公路、铁路隧道围岩分级等方法经验的成分较大,有一定人为因素和不确定性,在使用中,往往存在不一致,随勘察人员的认识和经验的差别,对同一围岩作出级别不同的判断。采用定性分级的围岩级别,常常出现与实际差别1~影响围岩稳定的因素多种多样,主要是岩石的物理力学性质、构造发育情况、承受的荷载(工程荷载和初始应力)、应力变形状态、几何边界条件、水的赋存状态等。这些因素中,岩体的物理力学性质和构造发育情况是独立于各种工作类型的,反映出了岩体的基本特性,在岩体的各项物理力学性质中,对稳定性关系最大的是岩石坚硬程度,岩体的构造发育状态、岩体的不连续性、节理化程度所反映的岩体完整性是地质体的又一基本属性。国内外多数围岩分级都将岩石坚硬程度和岩体的完整程度作为岩体基本质量分级的两个基本因素。 1 国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级 围岩分级 围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表规定。 表围岩分级

注1 围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。 2 本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。 3 层状岩体按单层厚度可划分为 厚层大于0 5m 中厚层0 1~0 5m 薄层小于0 1m 4 一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m,服务年限小于10 年的工程确定围岩级别时可采用点荷载 强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试 5 测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。 围岩分级的主要影响因素 用岩体完整性系数K表示,K可按下式计算: Kv=(V pm /V pr )2()

边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析方法 边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。岩土边坡是一种自然地质体,一般被多组断层、节理、裂隙、软弱带切割,使边坡存在削弱面,在边坡角变化、地下水、地震力、水库蓄水等外因作用下,使边坡沿削弱面产生相对滑移而产生失稳。 边坡稳定性分析过程一般步骤为:实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论[4]。其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究,即边坡稳定性分析方法的研究。边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容,也是边坡稳定研究的基础。 1 边坡稳定性研究发展状况 边坡稳定性的分析研究始于本世纪二十年代,最早是对土质边坡的稳定性进行分析和计算,直到60年代初,岩体边坡的稳定性分析研究才开始进行。早期对边坡稳定性的研究主要从两方面进行的:一是借用刚体极限平衡理论,根据三个静力平衡条件计算边坡极限平衡状态下的总稳定性。二是从边坡所处的地质条件及滑坡现象上对滑坡发生的环境及机制进行分析,但基本上都是单因素的。 50年代,我国许多工程地质工作者,在研究中采用前苏联的“地质历史分析”法,也是偏重于描述和定性分析。60年代初的意大利瓦依昂水库滑坡及我国一些水电工程及露天矿山遇到的大型滑坡和岩体失稳事件,使工程地质学家们认识到边坡是一个时效变形体,边坡的演变是一个时效过程或累进性破坏过程,每一类边坡都有其特定的时效变形形式或时效变形过程,这些过程所包含的力学机制只有用近代岩石力学理论才能解释,从而使边坡稳定性研究进入了模式机制研究或内部作用过程研究的新阶段。 进入80年代以来,边坡稳定研究进入了蓬勃发展的新时期。一方面随着计算理论和计算机科学的迅猛发展,数值模拟技术已广泛应用于边坡稳定性研究。边坡稳定性分析的研究也开始采用数值模拟手段定量或半定量地再现边坡变形破坏过程和内部机制作用过程,从岩石力学和数学计算的角度认识边坡变形破坏机制,认识边坡稳定性的发展变化。另一方面,现代科学理论方法,如系统方法、模糊数学、灰色理论、数量化理论及现代概率统计等新兴学科都被广泛的引入边坡稳定性的科学研究中,从而大大扩充了边坡工程的理论和研究方法,提高

隧道围岩判定等级划分方法

高速公路、铁路隧道围岩等级判定 (文/萧整勇) 一、前言 随着我国高等级公路、铁路建设的迅猛发展,高速公路、铁路的隧道比也不断的增加,由于现阶段探测方法的不准确性,隧 道围岩情况又复杂多变,隧道围岩判定、分类工作对指导隧道施工、调整工法与支护参数尤为重要。在围岩分类的基础上再依照每一类围岩的稳定程度给出最佳的施工方法与支护结构设计。围岩分类就是选择施工方法的依据、就是进行科学管理及正确评价经济效益、确定结构上的荷载(松散荷载)、确定衬砌结构的类型及尺寸、制定劳动定额、材料消耗标准等的基础,同时也就是安全指导施工的有力保障。 汶马高速公路工程起于汶川县凤坪坝,止于马尔康市卓克基,就是典型的第二阶梯(四川盆地)向第三阶梯(青藏高原)的过渡 段。公路沿线穿越了龙门山断裂带、米亚罗断裂带、松岗断裂带; 汶马高速C14合同段的狮子坪1号隧道全长13、4公里,穿越了米亚罗断裂带,所穿越的主要岩性有变质砂岩、板岩、千枚岩等,地形地貌、水文地质条件极其复杂。所以对狮子坪1号隧道掌子面围岩判定指导施工尤为重要。 二、隧道围岩级别判定工作流程 隧道工程施工过程中需要进行隧道围岩级别判定的情况较多,这里指可能发生隧道围岩支护参数设计变更时进行的围岩级

别判定工作。由于其特殊性,隧道围岩级别判定一般采用五方现场会审制度(地质咨询、施工、监理、设计、业主)。五方现场会审一般由业主组织,进行隧道围岩级别判定时由地质咨询方牵头会审,其她各方共同确认;进行支护参数确认时由设计方提出并经业主确认。隧道围岩级别判定工作流程:预判-组织现场会审-审查工作-判定围岩级别-支护参数确认-签字确认。 三、隧道围岩级别判定工作方法 隧道围岩判定一般采用定性与定量相结合的方法,按两步判定围岩分级:第一步通过测量或观察隧道围岩状况得到岩石硬度与岩体完整度的定量数值或定性结论,然后计算得到岩体基本质量指标BQ值或利用矩阵法查得围岩基本分级判定结论;第二步综合考虑其它影响岩体质量与稳定性的因素,选取地下水状况、软弱结构面、地应力三个因素进行围岩级别修正,同时结合隧道设计支护参数分等级的做法,以半级为单位进行修正。 1、隧道围岩基本分级判定方法 a、为便于会审各方清晰观察与测量掌子面围岩的相关状 况,施工单位须确保掌子面已出渣、清危完毕。洞内具备良 好的通风与照明条件。 b、地质咨询方拍摄掌子面照片,测绘结构面产状,即时进 行地质素描工作。 c、通过对结构与物质组成、构造、触摸、锤击等方式确认 岩性与岩性组合。

铁路隧道围岩分级方法研究报告

铁路隧道围岩分级方法研究报告 篇一:铁路隧道围岩分级方法 铁路隧道围岩分级方法铁路隧道围岩分级 注:1 表中“围岩级别”和“围岩主要工程地质条件”栏,不包括膨胀性围岩、多年冻土等特殊; 2 关于隧道围岩分级的基本因素和围岩基本分级及其修正,可按本规范附录A的方法确定。 附录A 铁路隧道围岩基本分级 A.1 围岩基本分级 A.1.1 分级因素及其确定方法应符合下列规定: 1 围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定; 2 岩石坚硬程度和岩体完整程度,应采用定性划分和定量指标两种方法综合确定。 A.1.2 岩石坚硬程度可按表表A.1.2 岩石坚硬程度的划分 表 表A.1.4 围岩基本分级 说明表A.1 层状岩层的层厚划分 说明表A.2 结构面发育程度分级 说明表A.3 岩体受地质构造影响的分级 说明表A.4结构面结合程度的划分 说明表A.5 岩体按节理宽度分级

说明表A.6岩体完整性指数与定性划分的岩体完整程度的对应关系 说明表A.7岩体结构与块度尺寸的关系 说明表A.7岩石风化程度分带 1、kf是同一岩体中风化岩石的单轴饱和抗压强度与未风化岩石的单轴饱和抗压强度的比值; 2、kp是同一岩体中风化岩体的纵波速与未风化岩体的纵波速的比值; 篇二:3.3铁路隧道围岩分级方法研究报告(简本) 隧道围岩稳定性及其控制技术研究 隧道围岩变形破坏机理及分级方法研究(XXG005-A)专题《铁路隧道围岩分级方法研究》 进展报告(简本) 西南交通大学二〇一〇年十月 3 目录 1 前言 ................................................ ............ 1 1.1 XX年度研究工作内容 ......................................... 1 1. 2 XX 年度7月-10月已开展的工作 ................................ 1 2 隧道围岩分级标准研究成

岩石边坡稳定性分析方法_贾东远

文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06 岩石边坡稳定性分析方法 贾东远1,2,阴 可1,李艳华3 (1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001; 3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000) 摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。 关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算 中图分类号:TU457 文献标识码:A 前言 岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。 1 岩体参数及计算模型 极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。 岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工 第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间 UNDERGROUND SPACE Vol.24 No.2 Jun.2004 收稿日期:2003-12-11(修改稿) 作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。

分析影响隧道围岩稳定性因素

分析影响隧道围岩稳定性因素 习小华 摘要:主要对影响隧道围岩稳定性的自然因素如岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水进行了详细的分析。 关键词:围岩稳定性;天然应力状态;地质构造 毫无疑问,隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要的。从许多隧道发生的交通事故中可以知道,隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关,而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理,才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。 1 岩石性质及岩体的结构 围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性,是影响围岩稳定性的基本因素。从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要各类坚硬体,由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度,故这类围岩的强度主要取决于岩体的结构,岩性本身的影响不是很显著。从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQD、节理组数J n、节理面粗糙程度J y、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SRF 八类因素进行定量分析) 角度,可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩) 即围岩为完整或较完整,那么,隧道开挖后,围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏,即使发生破坏,变形的量值也是较少的。这种情况下,围岩岩性对围岩的稳定性的影响是很微弱的,即一般是稳定的,可以不采取支护,能适应各种断面形状及尺寸的隧道。如果隧道围岩的整体性质差、强度低,节理裂隙发育或围岩破碎(如塑性围岩)即围岩为破碎、较破碎或极破碎,则围岩的二次应力会产生较大的塑性变形或破坏区域,同时节理裂隙间的岩层错动会使滑移变形增大,势必给围岩的稳定带来重大的影响,不利于隧道洞室稳定;软硬相间的岩体,由于其中软岩层强度低,有的因层间错动成为软弱围岩而对围岩的稳定性不利。 从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构(整体结构和块状结构) 、层状结构(薄层状结构和厚层状结构) 、碎裂结构(构镶嵌结构和层状碎裂结构) 、散体结构(破碎结构和松散结构) 。松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。对于脆性的厚层状和块状岩体,其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制,结构面对围岩的影响,不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。一般情况下,当结构面的倾角≤30°时,就会出现不利于围岩稳定的分离体,特别是当分离体的尺寸小于隧道洞跨径时,就有可能向洞内产生滑移,造成局部失稳;当倾角> 30°时,将不会出现不利于围岩稳定性的分离体。而软弱夹层对围岩稳定性的影响主要取决于它的性状和分布。一般认为软弱夹层的矿物成分、粗细颗粒含量、含水量、易溶盐和有机质等的含量是决定其性质的主要因素,对不同类型的软弱夹层,这些因素是不大相同的。由于软弱夹层的抗强度较低,故它不利与隧道围岩的稳定。 围岩岩体的变形和破坏的形式特点,不仅与岩体内的初始应力状态和隧道形状有关,而且还与围岩的岩性及岩体结构有关,但主要的是和围岩的岩性及结构有关(见表1) 。

相关文档
相关文档 最新文档