岩 土 工 程 勘 察 地下洞室的勘察与评价 10.4 地下洞室稳定性评价 10.5 地下洞室位址和方向的选择 10.7 地下洞室的勘察要点 10.6 地下采空区 10.4 地下洞室稳定性评价 强度应力比方法 强度应力比方法就是采用弹性理论的分析，通过重点考察洞室围岩周边关键点上的应力和围岩强度的比值，来评价洞室围岩稳定性的方法。 这种方法主要用来评价裂隙不发育的、较为完整的围岩。 在实际工作中，围岩中的应力值以及岩体的强度都要受到多种因素的影响，变化较大，因此在评定围岩的稳定性时，需考虑较大的安全系数。 因而可采用围岩岩体强度 R 与周边切向应力 的比值 来评价洞室围岩的稳定性。 洞室周边关键点的切向应力可以由下式变换得到： 圆形洞室 从右边墙中心逆时针计算 非圆形洞室 关键点（洞室顶点和边墙中点）切向应力用下式表示： 顶点 边墙中点 系数取值表 块体平衡理论 对于在洞室围岩中被结构面切割形成的块体，由于洞室开挖，有可能产生滑移或坠落的变形破坏，这类块体在洞室围岩中的稳定性可以在对结构面的特征研究的基础上，采用块体平衡理论来进行分析。 拱顶块体稳定性分析 边墙块体稳定分析 水平层状围岩的稳定性 洞室顶壁水平薄层状岩体逐步塌落过程示意图 位于洞室顶部之上的水平层状岩体可以看作为两端固定的水平梁，梁的最大拉应力出现于两端的顶面处，用下式表示： 水平地应力 为安全起见，可以假定 为零。 图解法 数值解法 下面以平面有限元为主按分析步骤进行简单讨论： 1、确定计算范围 理论分析表明：在3倍洞径范围之外小于5%， 5倍洞径之外约小 于1%。 2、网格剖分 3、边界条件和初始应力场 4、施工过程的模拟（开挖、浇筑、喷锚支护等） 5、岩体材料模型的选择 6、相关的几个问题（橫观各项同性，节理单元，无拉应力分析等） 网格剖分 边界条件 10.5 地下洞室位址和方向的选择 地下洞室的选址必须考虑一系列因素，工程地质条件是主要依据。对于一般的地下洞室来说，选址的主要依据是岩体的稳定，围绕岩体的稳定，其基本的要求如下。 1. 地形条件的选择 地形上要求山形完整，洞室周围包括洞顶及傍山一侧应有足够厚度，要求洞顶上方留有足够厚度的新鲜岩层，其厚度可以在节理裂隙面上产生足够的正压力，以便拱顶可以自承。避免地形条件不良给施工造成困难以及洪水期间地表沟谷中的水倒流灌入地下洞室；尽量避免埋深过大，造成深部的高地应力作用。 2. 岩性条件选择 岩性条件应选择比较坚硬、完整，力学性能较好且风化轻微的岩体，特别注意岩体强度的选择。 有软弱薄层状围岩，应尽量绕避。对于易于软化、泥化和溶蚀的岩体及膨胀性和塑性岩体，也不利于围岩稳定。 层状岩体则以厚层结构为好，遇软硬及厚薄相间的岩体，则应尽量将洞室顶板置于厚层坚硬岩体中。 同一岩体内的压性断裂，往往上盘比较破碎，而下盘比较完整，应将洞室置于下盘岩体中。 3. 地质构造条件的选择 地质构造上，应选择断裂少且规模较小及岩体结构比较简单的地区。较大的断层破碎带、裂隙密集带等软弱带，一般应尽量避开，若实在不能绕避，则应以最短距离穿过构造带，尽量使地下洞室轴向与其走向呈45o~60o夹角为宜。 单斜岩层 当隧道轴向与岩层走向平行时：倾斜岩层中 a-在同一地层中； b-不同岩层交界处；c-软弱夹层处 应注意避开岩层间连接较差的部位，并限制一次开挖的长度，以避免产生塌方事故。在 直立岩层 若岩层很薄，层间连接较弱或具有软弱结构面的情况，常由于隧道拱顶的拉应力超过岩层的抗拉强度而发生破坏、坍塌的现象。 水平岩层（倾角小于10o） 当隧道轴向垂直岩层走向时，各岩层受力条件有利，围岩压力也均布，开挖后易于成拱不塌。岩层倾角大时，各岩层不需要依靠相互间的摩擦力及粘聚力就可以完全稳定。若岩层倾角较缓、层厚较薄或夹有软弱层，在有垂直或斜交层面隙裂的情况下，则隧道拱顶容易产生局部塌落的现象。 褶曲地带隧道位置的选择 褶曲地带 断层地带 存在问题：A 断裂面处有较大的剪应力 B 常伴有继承性的新构造运动及强烈地震活动 C 断裂处岩层被挤压破碎，多成块石、碎石角砾及断层泥，因而岩体强度低 D 断层往往是地下水活动的通道和储存的场所，容易形成突然涌水。 因此，在断裂地带选择隧道位置时应极为慎重，一般均应避开断层。当不易避开时，隧道宜横穿或采用较大的角度穿过断裂带，最好交角不小于30o。当隧道在断层旁平行断层通过时，应避开断层破碎带一定距离，并考虑断层性质及倾角的影响。 地下工程干燥无水时，有利于围岩稳定，因此在地下工程选址时，最好选择地下水位以上的干燥岩体或地下水量不大、无高压含水层的岩体内，应尽可能避开饱水的松散土层、富水的断层破碎带及岩溶化碳酸盐岩层。 水文地质条件的选择 一般情况下，洞室轴向应与最大主应力方向垂直，以改善洞室周边的应力状态，但当最大主应力很大时，则洞轴向最好与之平行，以保证边墙的稳定。 地应力方向的选择