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隧道圍岩的影響範圍

圖文 更新时间:2025-05-02 11:32:34
1、圍岩的定義

圍岩又稱主岩、容礦岩。礦體周圍的和岩體周圍的岩石均稱圍岩。

一、在工程地質學中,把重分布應力影響範圍内的岩體稱為圍岩。絕大部分為6r(r為洞室半徑 )。 常見的有岩漿的圍岩和礦體的圍岩。

二、在岩石地下工程中,指由于受開挖影響而發生應力狀态改變的周圍岩體。圍岩是洞室四周圍繞的岩石,這個洞室可以是人工開鑿的(例如各種隧道、地下倉庫等等),也可以是天然形成的(例如山洞、溶洞等等)。

隧道圍岩的影響範圍(隧道圍岩穩定性影響因素及分析)1

2、圍岩的工程性質

圍岩的工程性質,—般包括三個方面:物理性質、水理性質和力學性質。而對圍岩穩定性最有影響的則是力學性質,即圍岩抵抗變形和破壞的性能。圍岩既可以是岩體、也可以是土體。

岩體是在漫長的地質曆史中,經過岩石建造、構造形變和次生蛻變而形成的地質體。它被許許多多不同方向、不同規模的斷層面、層理面、節理面和裂隙面等各種地質界面切割為大小不等,形狀各異的各種塊體。

工程地質學中将這些地質界面稱之為結構面或不連續面,将這些塊體稱之為結構體,并将岩體看作是由結構面和結構體組合而成的具有結構特征的地質體。

所以,岩體的力學性質性質主要取決于岩體的結構特征、結構體岩石的特征以及結構面的特性。

環境因素尤其是地下水和地溫對岩體的力學性質影響也很大。在衆多的因素中,哪個起主導作用需視具體條件而定。

3、圍岩穩定性影響因素

對隧道工程來說,最關心的問題則是地層被挖成隧道後的穩定程度。這是不言而喻的,因為地層穩定就意味着開挖隧道所引起的地層向隧道内的變形很小,而且在較短的時間内就可基本停止,這對施工過程和支護結構都是非常有利的。

地層被挖成隧道後的穩定程度稱為隧道圍岩的穩定性,這是一個反映地質環境的綜合指标。其穩定程度與岩體的岩性、風化程度、地質構造、地下水活動、地應力作用、洞室内有無内水壓力、洞室跨度大小、斷面形狀以及施工方法等因素有關。

地質因素

圍岩在開挖隧道時的穩定程度乃是岩體力學性質的一種表現形式。因此,影響岩體力學性質的各種因素在這裡同樣起作用,隻是各自的重要性有所不同。

1、岩體結構特征

岩體的結構特征是長時間地質構造運動的産物,是控制岩體破壞形态的關鍵。從穩定性分類的角度來看,岩體的結構特征可以簡單地用岩體的破碎程度或完整性來表示。在某種程度上它反映了岩體受地質構造作用嚴重的程度。實踐證明,圍岩的破碎程度對坑道的穩定與否起主導作用,在相同岩性的條件下,岩體愈破碎,坑道就愈容易失穩。因此,在近代圍岩分類法中,都已将岩體的破碎或完整狀态作為分類的基本指标之一。

2、結構面性質和空間的組合

在塊狀或層狀結構的岩體中,控制岩體破壞的主要因素是軟弱結構面的性質,以及它們在空間的組合狀态。對于隧道來說,圍岩中存在單一的軟弱面,一般并不會影響坑道的穩定性。隻有當結構面與隧道軸線相互關系不利時,或者出現兩組或兩組以上的結構面時,才能構成容易堕落的分離岩塊。例如有兩組平行但傾問相反的結構面和一組與之垂直或斜交的陡傾結構面,就可能構成屋脊形分離岩塊。至于分離岩塊是否會塌落或滑動,還與結構面的抗剪強度以及岩塊之間的相互聯鎖作用有關。

3、岩石的力學性質

在整體結構的岩體中,控制圍岩穩定性的主要因素是岩石的力學性質,尤其是岩石的強度。一般來說,岩石強度越高坑道越穩定。在圍岩分類中所說的岩石強度指标,都是指岩石的單軸飽和極限抗壓強度。因為這種強度的試驗方法簡便,數據離散性小,而且與其它物理力學指标有良好的換算關系。

4、圍岩的初始應力場

圍岩的初始應力場是隧道圍岩變形、破壞的根本作用力,它直接影響圍岩的穩定性。

5、地下水狀況

隧道施工的實踐證明,地下水是造成施工坍方,使隧道圍岩喪失穩定的最重要因素之—,因此,在圍岩分類中切不可忽視。

人為因素

施工等人為因素也是造成圍岩失穩的重要條件。其中尤其以坑道的尺寸(主要指跨度)形狀以及施工中所采用的開挖方法等影響較為顯著。

1、坑道尺寸和形狀

實踐證明,在同—類圍岩中,坑道跨度愈大,坑道圍岩的穩定性就愈差,因為岩體的破碎程度相對加大了。

2、 施工中所采用的開挖方法

從施工技術水平來看,開挖方法對隧道圍岩穩定性的影響較為明顯,在分類中必須予以考慮。例如,在同一類岩體中,采用普通的爆破法和采用控制爆破法,采用礦山法和采用掘進機法,采用全斷面一次開挖和采用小斷面分部開挖,對隧道圍岩的影響都各不相同。所以,大多數圍岩分類法都是建立在相應的施工方法的基礎上的。

4、圍岩穩定性分析

圍岩的穩定性分析關系到隧道圍岩施工的安全性,在隧道施工中,我們可以采用岩土工程和地質環境分析軟件SoilVision來進行圍岩穩定性分析。SoilVision提供了二維和三維岩土工程的全面解決方案,是行業領先的知名極限平衡邊坡穩定分析軟件,可以用以分析各種簡單或複雜的岩土問題。

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SoilVision 在坡面穩定性、地下水流、應力/變形、污染物傳輸、熱流、飽和/非飽和土壤和耦合過程的三維概念設計和分析中,一直在岩土工程師和水文地質工作者心目中處于領先地位。

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SoilVision可通過在土堤、露天礦坑、河堤、路堤和防洪堤的土壤和岩石坡面穩定性方面對土壤結構執行數字建模和分析,解決複雜問題。SoilVision既用于基本設計,也用于高級非飽和分析。廣泛用于在采礦行業中進行大型土壤結構工程的設計和評估。

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下面,我們一起來看下SoilVision的功能模塊和軟件功能:

軟件模塊

SVDESIGNER (複雜三維地址建模及可視化軟件)

SVSoils (岩土參數數據庫)

SVSlope (二維/三維邊坡穩定性分析)

SVFlux (一維/二維/三維地下水飽和—非飽和滲流分析)

SvSolid (一維/二維/三維應力場分析)

SvHeat (一維/二維/三維溫度場分析)

SvChem (一維/二維/三維污染物運移分析)

SvAir (二維/三維水氣兩相流分析)

軟件主要功能

1.三維的數值模拟解決方案

簡單的二維模型并不能完全反映三維模型下的各類問題,如區域内的滲流問題、路堤問題。特别是中國區用戶,很多大型的工程需要用到三維模型,更為直觀,也更有說服力。

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2.先進的邊坡穩定性分析功能

使用SVSLOPE軟件,用戶可以更完整的分析各類邊坡穩定性方面遇到的問題,确定性分析、概率分析以及基于應力條件下的極限平衡分析。

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新增護道穩定性分析

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排水溝、微型樁和錨的穩定性分析

3.領先的模型耦合分析

可以實現多個過程之間的完全耦合計算,水、氣、熱三相耦合(垃圾填埋場設計)、固體廢棄物的滲流、以及其他方向的耦合。

4.三維岩土工程問題分析、可視化及二維切片功能

SVDESIGNER能夠幫助用戶快速的建立複雜的三維幾何模型;二維的切片功能可以讓用戶快捷的從模型中提取二維切片用于SVFLUX分析。

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5.大變形及移動網格

用更新拉格朗日方法實現大變形問題的應力應變分析。

6.網格自動生成及自适應

自動網格生成和自适應功能大大提高了模型的穩定性,準确性和收斂性。

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7.空間變化的材料參數

材料參數随着空間位置的改變而不同,可以根據空間位置來定義材料參數,SVSLOPE和SVFLUX中可以應用這一功能。

8.各軟件集成度高

各個軟件高度集成功能,可以分析更為複雜的耦合性問題,如降雨會導緻邊坡失穩等問題。

9.綜合的概率分析

有限元分析軟件包和邊坡穩定分析軟件包可以實現蒙特卡羅、APEM和其它類型的概率分析。

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除了隧道圍岩穩定性分析外,SoilVision還可以用于基礎設施(道路,橋梁和路堤)、滑坡風險分析、礦業、水壩堤防、加筋牆和邊坡、氣象變化和極地工程、海上油氣田等方面。

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