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第三章 地下工程地质环境课件.ppt

发布:2017-08-15约8.21千字共43页下载文档
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第一节 概述 一、目前对地下工程结构体系的认识 1、在地下结构体系中,地层既是承载结构的基本组成部分,又是造成荷载的主要来源,这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的。 2、地下工程地质环境:地层特征、地下水状况、原始地应力、地热、地温等。 3、地层被挖成地下工程后的稳定程度称为地下工程围岩的稳定性,这是一个反映地质环境的综合指标,研究地下工程地质环境问题,归根到底就是研究围岩的稳定性。 4、在某种程度上,在地下工程建设中,最重要的不是衬砌结构,而是地下工程围岩的稳定性。 ;;;四、用围岩为主的观点来制定施工程序和支护结构设计 长期以来,人们对隧道工程地质环境的认识主要依赖于工程经验,没有很好地考虑到围岩的合二为一的作用机理。科学的研究方法应该是从围岩变形的根本作用力——围岩原始地应力出发,结合围岩的工程性质、施工对地层原始状态破坏和干扰的程度等进行综合研究,并根据围岩与支护结构共同作用的原理,用围岩为主的观点来制定施工程序和支护结构设计。;第二节 围岩的工程性质 一、隧道围岩是指受隧道开挖影响的那部分岩体。 二、围岩的工程性质包括:物理性质、水理性质和力学性质,其中最重要的是围岩的力学性质。 三、围岩的力学性质:围岩抵抗变形和破坏的性能。 四、掌握以下一些基本概念:岩体、岩石、结构体、结构面(不连续面) 岩体:是在漫长的地质历史中,经过岩石建造、构造形变和次生蜕变而形成的地质体。 五、岩体的力学性质:主要取决于结构特征、岩石性质、结构面特性和力学性质、水环境以及地温等诸多因素。 六、岩体的变形特性:描述岩体变形特性主要用应力—应变曲线来描述。 ;典型的岩体应力-应变曲线可以分为四个阶段: 1、压缩阶段:主要是由于岩体中结构面的闭合和充填物的压缩而产生的。 2、弹性阶段:岩体充分压密后便进入弹性阶段,应力-应变曲线呈直线型。 3、塑性阶段:岩体继续变形,在到达弹性极限后便进入塑性阶段。整体性好的岩体塑性变形不明显,达到强度极限后迅速破坏;而破裂岩体塑性变形大,甚???从压密阶段直接发展为塑性阶段,而不经过弹性阶段。 4、破裂和破坏阶段:应力达到峰值后,岩体即开始破裂和破坏。破坏开始时,应力下降比较缓慢,说明破裂面上仍具有一定摩擦力,岩体还能承受一定的荷载,之后,应力急剧下降,岩体全面破坏。 岩体的全应力-应变曲线只有在刚性试验机上才能测出。 ;岩体受剪时的剪切破坏特性主要受结构面控制,进一步的研究表明:岩体变形不是瞬间完成的,而是随时间的变化逐渐达到最终值,岩体变形的这种时间效应称为流变特性。包括蠕变和松弛。 蠕变:作用的应力不变,而应变随时间而增加。 松弛:作用的应变不变,而应力随时间而衰减。 ;七、岩体的强度 着重强调岩体强度和岩石强度的区别: (1)岩体强度比岩石强度低; (2)岩体强度具有明显的各向异性。 八、岩体结构分类: 工程地质学中,将岩体划分为四种结构类型 整体结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。 ;九、隧道围岩失稳破坏状态 1、脆性破裂:整体和块状结构岩体,岩性坚硬,在一般工程开挖条件下表现稳定,仅产生局部掉块,但是在高地应力区,可能发生“岩爆”。 2、块状运动:岩体被结构面切成“块体”,块体在自重作用下,有向临空面运动的趋势,逐渐形成块体塌落。 3、弯曲折断破坏:层状岩体尤其是有软弱夹层的互层岩体,由于层间结合力差,洞顶岩体在重力作用下容易下沉弯曲。边墙岩体在水平力作用下弯曲变形而鼓出。 4、松动解脱:碎裂结构岩体在各种外力作用下容易发生崩塌。 5、塑性破坏和剪切破坏:散体结构岩体或碎裂结构岩体若其中含有较多的软弱结构面,开挖后由于围岩应力的作用将产生塑性变形和剪切破坏。 结合插图来说明。 ;饥床羡毕眠尺漫序钉虚电硕渐轿丢歪沁懦酗愈沧救量锗溅邦句阶剪宴辉侥第三章 地下工程地质环境课件第三章 地下工程地质环境课件; 第三节 围岩初始应力场 基本概念: 由于岩体的自重和地质构造作用,在开挖隧道前,岩体中就已经存在一定的地应力场,称之为初始应力场。 一、围岩初始应力场的组成 由自重应力场和构造应力场组成。 1、自重应力场的变化规律: (1)随深度线性增加; (2)水平压力总是小于垂直压力。 初始应力场主要是残余构造应力场,只有在埋深较浅或者从未遭受过较大构造运动的沉积岩体中,才以自重应力场为主。;2、自重应力场的计算方法: ;3、构造应力场的变化规律 由于形成构造应力场的原因非常复杂,因此它在空间的分布极不均匀,而且随着时间的推移还不断发生变化。 二、围岩应力场的确定 把实地量测和地质力学分析方法结合起来。;1、应力全解除法: 其基本原理就是将包含着量测元件的那部分岩体单元从整个岩体中分离出来,解除周围岩体对它的约束作用,并量
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