理论教育 地质因素影响隧道工程及风险控制

地质因素影响隧道工程及风险控制

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:在岩体结构状态成为控制围岩稳定性的主要因素时,强调岩石强度意义是不大的。因此,在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的。因此,在围岩分级中都考虑了水的影响,遇水后则适当降低围岩级别。但多数分级方法是没有反映初始应力的影响的。在围岩分级中,如何根据地质构造的特征考虑初始应力的影响,是需要进一步研究的问题。

地质因素影响隧道工程及风险控制

1.岩土体结构状态

岩土体结构是在长时间的地质构造运动中形成的,是对围岩稳定性起主要作用的地质因素。围岩的结构状态通常用其破碎程度或完整状态来表示。原始状态的岩土体,在长期的地质构造运动的作用下,产生各种结构面、形变、错动、断裂等,趋于破碎,在不同程度上丧失了其原有的完整状态。因此,结构状态的完整程度或破碎状态,可在一定程度上表征岩土体受地质构造运动作用的严重程度,对隧道围岩的稳定起着主导作用。实践经验指出,在岩性相同的条件下,岩体越破碎,隧道就越易失稳。因此在各种分级方法中,都把岩体的破碎程度作为基础指标。

岩体的完整状态或破碎程度有两个含义:一是构成岩体的岩块大小;二是这些岩块的组合形态。前者一般采用裂隙的密集程度(裂隙率、裂隙间距、体裂隙率等)来表达,即结构面法线方向上单位长度内结构面的数目或结构面的平均间距,或采用单位体积中的裂隙数等;后者主要考虑构成岩体的完整状态的各种岩块的组合比例。

岩体结构状态的特征是相互联系的,构成了裂隙岩体的基本特性,是影响围岩分级的重要因素。

2.岩石的工程性质

岩石的工程性质是多方面的,一般主要指岩石的强度或坚固性。在岩体结构状态成为控制围岩稳定性的主要因素时,强调岩石强度意义是不大的。例如,在碎块状岩体中,岩石强度再大也阻止不了隧道围岩的坍落。但在较为完整的岩体结构中,如岩体具有整体的巨块状结构或大块状结构,岩石强度就具有一定的意义。在这类围岩中,因裂隙少,结构面强度高,故岩石强度在一定程度上与岩体强度接近。岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的,此时岩石越硬,隧道越稳定。

完整岩体,一般都被认为是均质的连续介质。隧道开挖后,围岩强度高,具有极大的稳定性,仅在个别情况下有局部的碎块、剥离现象。在这种情况下进行理论分析,也是以岩石强度为依据。此外,在判定某些裂隙岩体的强度时,也以岩石强度为基础。

在围岩分级中,岩石的坚固性或强度都以岩石的饱和单轴极限抗压强度为基准,这是因为它的试验方法简便,数据分散性小,且与其他物性指标有着良好的互换性。

岩石的强度因风化作用和水的作用会大大降低。风化时,岩石产生风化裂隙使水易于浸入,岩体湿润减少了岩石晶粒间的联系,因而强度减小,故试验时多以湿饱和强度为基准。

3.地下水的影响(www.daowen.com)

大量隧道施工实践证明,水是造成施工塌方,使隧道围岩丧失稳定的重要原因之一。因此,在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的。在不同的围岩中水的影响是不同的,一般有下列几种情况。

(1)使岩质软化,强度降低,对软岩的影响尤为明显;对土体则可促使其液化或流动。

(2)在有软弱结构面的围岩中,会冲走充填物或使夹层液化,减少层间摩阻力,促使岩块滑动。

(3)某些围岩(如以石膏、岩盐和蒙脱石为主的黏土岩),遇水后膨胀,在未胶结或弱胶结的砂岩中可产生流砂和潜蚀。

因此,在围岩分级中都考虑了水的影响,遇水后则适当降低围岩级别。降低的幅度主要视围岩的岩性,结构面的状态,地下水的性质、大小、流通条件,围岩浸润状况和危害程度确定。

4.围岩的初始应力状态

围岩的初始应力状态对岩体的构造力学特征是有一定影响的,这在某些分级方法中曾有所反映,例如太沙基的分级,曾把同样是挤压变形缓慢的岩层视埋深不同分为两类,其荷载值有很大差异(约差1倍),这是考虑初始应力状态的结果。

又如,岩体质量Q法的分级,在考虑初始应力状态的影响方面就更进一步了,将初始应力分为低应力(接近地表的)、中等应力及高应力几种情况,还划分出在高应力作用下产生塑流的岩体等。但多数分级方法是没有反映初始应力的影响的。在围岩分级中,如何根据地质构造的特征考虑初始应力的影响,是需要进一步研究的问题。

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