井巷围岩破坏机制

如题所述

井巷破坏现象考察表明,下列几个破坏模型是极常见的。

(1)块体塌落模型:由一条或两条结构面与贯通型节理在洞顶或边墙组合成四面体或五面体,在自重作用下塌落,塌落后的洞顶呈人字形或锥穴形,结构面交角α愈大,愈易塌落,愈小愈不易塌落,这种力学模型最适宜的力学分析方法为块裂介质岩体力学分析方法。

(2)随机冒落模型:当巷道穿过断层破碎带、蚀变、风化的岩脉或处于低地应力条件下的碎裂岩体时易产生塌落拱式倒悬槌体型冒落,冒落高度可高达20~30m,常见的达十余米。这类破碎岩体常常是流水的通道。由于破碎岩体遇水作用后强度大大降低,使冒落尺寸大大增大,自稳时间变短,甚至巷道挖开后就冒落,这种破坏类型的围岩稳定性可采用普氏或太沙基的塌落拱理论分析。

(3)顶板塌落模型:由平卧板裂结构岩体组成的顶板,在低地应力环境中,在自重作用下,以梁板弯折的方式产生塌落;在高地应力环境中,顶板岩体在轴向力作用下以溃曲方式产生塌落。一般塌落高度不大,常见的为3~5m。层间错动愈发育的岩体,愈易发生这种类型破坏。这种顶板塌落模型围岩稳定性可以采用和具有自重参与作用的梁板理论估算。

(4)溃曲破坏模型:陡倾薄层板裂结构岩体组成的巷道中易出现这种破坏形式,这是一种在高地应力条件或自重作用下产生的溃曲破坏。高地应力作用使边墙首先产生弯曲变形,然后在自重作用下产生溃曲破坏。其稳定条件可以用自由段长度lp和边墙板裂体临空长度l0比来评价。

地质工程学原理

式中:E为单层板的弹性模量;I为单层板的截面矩;q为单位板质量;α为岩层倾角。

如果洞壁出露临空的板柱长度为l0,则洞壁板裂体的稳定性系数(η)为

地质工程学原理

当η<1时不稳定,η>1时为稳定的。

(5)收敛变形:收敛变形过大时也会导致破坏。收敛变形有弹性回弹和流动变形两种类型。弹性回弹不会导致破坏,流动变形可导致洞壁围岩破坏,流动变形是高地应力地区软弱围岩中极常出现的一种收敛变形现象,收敛变形是结果,流动变形是产生收敛变形的原因,特别是收敛变形量高达几十厘米时的重要原因之一就是流动变形;另一原因为洞壁岩体出现板裂化,在地应力和自重作用下产生了弯曲变形造成的,不过这种变形不是流动变形,可由变形监测资料鉴别出来。判断巷道围岩能否出现流动变形的最简单的办法是利用洞壁岩体产生流变起始应力与洞壁切向力比较来定。不出现流动变形的条件是

地质工程学原理

式中:σ1为计算剖面内的最大地应力值;σ3为最小地应力值;σfi为流变起始应力。

这个公式对圆形巷道是有效的,对工程地质评价来说,其他洞形亦可参照。

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