PPT地下工程圍巖壓力講義95

地下工程程圍巖壓壓力講義義原巖應(yīng)力力初始應(yīng)力力的組成成自重應(yīng)力力場和構(gòu)構(gòu)造應(yīng)力力場原巖應(yīng)力力的變化化規(guī)律①地應(yīng)力力是個非非穩(wěn)定應(yīng)應(yīng)力場②實測垂垂直應(yīng)力力基本上上等于上上覆巖體體重力③水平應(yīng)應(yīng)力一般般大于垂垂直應(yīng)力力④側(cè)壓系系數(shù)在淺淺部范圍圍內(nèi)隨深深度增加加而增加加，而在在深部則則隨深度度增加而而減小。。⑤兩個水水平應(yīng)力力并不相相等確定原巖巖應(yīng)力的的方法（1）現(xiàn)場量量測法ⅰ直接法。。直接法法是指巖巖體應(yīng)力力由測量量儀器所所記錄的的補(bǔ)償應(yīng)應(yīng)力、平平衡應(yīng)力力或其他他應(yīng)力量量直接決決定，無無需知道道巖石的的物理力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)和應(yīng)力力——應(yīng)變的關(guān)關(guān)系。這這類方法法包括早早期的扁扁千斤頂頂法、剛剛性圓柱柱應(yīng)力計計法以及及后來的的水壓致致裂法、、聲發(fā)射射法等。。其中水壓致裂法是目前應(yīng)用較較為廣泛的一一種直接量測測方法。地應(yīng)力恢復(fù)法法（groundstressrestorationmethod）是測量巖石石絕對應(yīng)力的的一種方法。。先在巖塊表表面上安裝不不同方向的三三個應(yīng)變計，，記錄它們的的初讀數(shù)；接接著在巖塊上上掏槽，使槽槽長遠(yuǎn)大于槽槽寬，并使槽槽壁與巖塊表表面直交，再再記錄應(yīng)變計計的讀數(shù)；最最后，把扁千千斤頂固裝在在槽內(nèi),并逐漸增加千千斤頂內(nèi)的油油壓，使之逐逐漸施壓于槽槽壁，直至三三個應(yīng)變計恢恢復(fù)到未掏槽槽時的初讀數(shù)數(shù)為止，此時時千斤頂施加加于槽壁的壓壓強(qiáng)即等于槽槽壁平面原有有的法向應(yīng)力力。因扁千斤斤不能對槽壁壁施加張力和和剪力，故此此法只適用于于測量主平面面上的主應(yīng)力力?！裰苯恿繙y：主要采用壓力力盒、壓力傳傳感器等，壓壓力盒按工作作原理分為機(jī)機(jī)械作用式、、電測式和液液壓式等，目目前使用較多多的是鋼弦式式壓力盒。ⅱ間接法。在間間接法中，測測試儀器不是是直接記錄應(yīng)應(yīng)力或應(yīng)力變變化值，而是是測量某些與與應(yīng)力有關(guān)的的間接物理量量的變化，然然后，根據(jù)己己知的應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系，由由測得的間接接物理量，計計算出測點的的原巖應(yīng)力值值。這類方法法有應(yīng)力解除除法、松弛應(yīng)應(yīng)變測量法、、地球物理方方法等。其中中，應(yīng)力解除法是目前國內(nèi)外外應(yīng)用最廣泛泛的方法，也也是目前唯一一能夠比較準(zhǔn)準(zhǔn)確地確定巖巖體中三維應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)的方方法。地應(yīng)力解除法法（groundstressreliefmethod）又稱地應(yīng)變變解除法是目目前常用的一一種絕對地應(yīng)力測測量方法。它用的的測量元件有有許多類型，，如電阻片型型、鋼弦型和和壓磁電感型型等，而以壓壓磁電感型元元件用得較多多。使用這種種元件測量地地應(yīng)力時，先先在被測地點點鉆一小孔，，把三個元件件放進(jìn)孔內(nèi)，，使之分別與與小孔的三個個不同方向的的直徑取向一一致；然后在在每個元件上上預(yù)加一定的的壓力，同時時記錄三個元元件的電感值值；接著用套套鉆在小孔四四周掏挖環(huán)形形圓槽，使被被測點的巖石石與其周圍巖巖體分離，此此時再記錄三三個元件的電電感值。根據(jù)據(jù)兩次電感值值的差異，按按一定公式，，算出垂直于于孔軸的兩個個主應(yīng)力的大大小和方向。?！耖g接量測：利用量測隧道道襯砌的應(yīng)變變、變形來推推算作用在其其上的圍巖壓壓力的方法，，即間接量測測法。如電阻阻應(yīng)變片、鋼鋼筋應(yīng)變計、、遙測應(yīng)變計計、混凝土應(yīng)應(yīng)變磚等（2）構(gòu)造應(yīng)力場場地質(zhì)力學(xué)分分析法巖體中的一切切構(gòu)造形跡，，如巖層傾斜斜、褶曲、破破裂和錯動等等，無一不是是巖體在地應(yīng)應(yīng)力作用下形形成的永久變變形的形象，，是地殼構(gòu)造造運動的力學(xué)學(xué)作用的殘跡跡。因此。根根據(jù)構(gòu)造形跡跡可以宏觀地地反推出地應(yīng)應(yīng)力的性質(zhì)和和方向，這就就是地質(zhì)力學(xué)學(xué)分析的基本本概念。（3）構(gòu)造應(yīng)力場場的位移反演演法構(gòu)造應(yīng)力場的的反演法是根根據(jù)現(xiàn)場實測測位移來反推推巖體應(yīng)力場場的方法?；诖朔ǎ徊粌H可以反演演原巖應(yīng)力場場，而且還可可反演巖體參參數(shù)。ⅰ應(yīng)力反分析法法。該法是依依據(jù)在工程區(qū)區(qū)域內(nèi)有限個個實測應(yīng)力值值，建立相應(yīng)應(yīng)的數(shù)學(xué)力學(xué)學(xué)模型，推求求整個工程區(qū)區(qū)域內(nèi)的初始始應(yīng)力場；ⅱ位移反分析法法。該法是基基于現(xiàn)場量測測位移來反推推系統(tǒng)的力學(xué)學(xué)特征及其地地質(zhì)背景的初初始參數(shù)（即即工程區(qū)域內(nèi)內(nèi)的力學(xué)特征征參數(shù)、初始始地應(yīng)力等））；?；旌戏捶治龇ǚā７捶治鏊捎玫男畔⑾⒓扔形灰屏苛繙y值，又有有應(yīng)力（或荷荷載）量測值值。1、圍巖壓力的的概念●圍巖壓力：是指圍巖作用用在支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)上的壓力?！駠鷰r壓力按作作用力發(fā)生形形態(tài)分為：⑴松散壓力力：是指由于開挖挖而松動或坍坍塌的巖體以以重力形式直直接作用在支支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓壓力。⑵形變壓力力：是指由于圍巖巖變形受到與與之密貼的支支護(hù)的抑制，，而使圍巖與與支護(hù)結(jié)構(gòu)共共同變形過程程中，圍巖對對支護(hù)結(jié)構(gòu)施施加的接觸壓壓力。⑶膨脹壓力力：是指由于圍巖巖吸水而膨脹脹崩解所引起起的壓力。⑷沖擊壓力力：是指圍巖中積積累了大量的的彈性變性能能之后，由于于隧道的開挖挖，圍巖的約約束被解除，，⑴松散壓力：常通過下列三三種情況發(fā)生生：①在整體穩(wěn)穩(wěn)定的巖體中中，可能出現(xiàn)現(xiàn)個別松動掉掉塊的巖石；；②在松散軟軟弱的巖體中中，坑道頂部部和兩側(cè)片幫幫冒落；③在節(jié)理發(fā)育育的裂隙巖體體中，圍巖某某些部位沿弱弱面發(fā)生剪切切破壞或拉壞壞等局部塌落落。⑵形變壓力：是指由于圍巖巖變形受到與與之密貼的支支護(hù)如錨噴支支護(hù)等的抑制制，而使圍巖巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)共同變形過過程中，圍巖巖對支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)施加的接觸觸壓力。形變變壓力除與圍圍巖應(yīng)力狀態(tài)態(tài)有關(guān)外，還還與支護(hù)時間間和支護(hù)剛度度有關(guān)。⑶膨脹壓力力：是指由于圍巖巖吸水而膨脹脹崩解所引起起的壓力。它它與形變壓力力的基本區(qū)別別在于它是由由吸水膨脹引引起的。⑷沖擊壓力：是指圍巖中積積累了大量的的彈性變性能能之后，由于于隧道的開挖挖，圍巖的約約束被解除，，能量突然釋釋放所產(chǎn)生的的壓力。沖擊壓力是巖巖體能量的積積累與釋放問問題，所以它它與彈性模量量直接相關(guān)。。彈性模量較較大的巖體，，在高地應(yīng)力力作用下，易易于積累大量量的彈性變形形能，一旦遇遇到適宜條件件，就會突然然猛烈的大量量釋放。2、圍巖松散壓壓力的產(chǎn)生開挖隧道所引引起的圍巖松松動和破壞的的范圍有大有有小，對于一一般裂隙巖體體中的深埋隧隧道，其波及及范圍僅局限在隧道周周圍一定深度度，作用在支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍圍巖松散壓力力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其其上覆巖層自自重所造成的的壓力，這可可用圍巖的“成拱作用”來解釋。2、圍巖松散壓壓力的產(chǎn)生⑴隧道開挖挖后，在圍巖巖應(yīng)力重分布布過程中，頂頂板開始沉陷陷，并出現(xiàn)拉拉斷裂紋，可可視為變形階階段；⑵頂板的裂裂紋繼續(xù)發(fā)展展并且張開，，由于結(jié)構(gòu)面面切割等原因因，逐漸轉(zhuǎn)變變?yōu)樗蓜?，可可視為松動階階段；⑶頂板巖體體視其強(qiáng)度的的不同而逐步步坍塌，可視視為坍塌階段段；⑷頂板塌落落停止，達(dá)到到新的平衡，，此時其界面面形成一近似似的拱形，可可視為成拱階階段。深埋隧道的自自然拱圈自然拱的范圍圍的大小除受上述的圍圍巖地質(zhì)條件件、支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)架設(shè)時間、、剛度以及它它與圍巖的接接觸狀態(tài)外，，還取決于以以下諸因素：：⑴隧道的形狀和和尺寸：隧道拱圈越越平坦，跨度度越大，則自自然拱越高，，圍巖松散壓壓力也越大；；⑵隧道的埋埋深：實踐證明，只只有當(dāng)隧道埋埋深超過某一一臨界值時，，才有可能形形成自然拱。。習(xí)慣上稱這這種隧道為深深埋隧道，否否則為淺埋隧隧道。由于淺淺埋隧道不能能形成自然拱拱，所以，它它的圍巖壓力力的大小與埋埋置深度直接接相關(guān)。⑶施工因素素：如爆破所產(chǎn)生生的震動，常常常是引起塌塌方的重要原原因之一，造造成圍巖壓力力過大，又如如分部開挖多多次擾動圍巖巖，也會引起起圍巖失穩(wěn)，，加大自然拱拱范圍。淺埋隧道不能能形成拱圈3、圍巖壓力的的確定方法圍巖壓力的確確定目前常用用有下列三種種方法：●直接量測測法●經(jīng)驗法或或工程類比法法●理論估算算法●直接量測法：：是一種切合實實際的方法，，對隧道工程程而言，也是是研究發(fā)展的的方向；但由由于受量測設(shè)設(shè)備和技術(shù)水水平的制約，，目前還不能能普遍適用。?！窠?jīng)驗法或工程程類比法：是根據(jù)大量以以前工程的實實際資料的統(tǒng)統(tǒng)計和總結(jié)，，按不同圍巖巖分級提出圍圍巖壓力的經(jīng)經(jīng)驗數(shù)值，作作為后建隧道道工程確定圍圍巖壓力的依依據(jù)的方法。。是目前使用用較多的方法法。⑴深埋隧道圍巖巖壓力的確定定(工程類比法)圍巖豎向勻布布壓力p按下式計算：：p=0.45×2s-1×γω(kN/m2)式中：S—圍巖級別，如如屬II級，則S＝2；γ—圍巖容重，(kN/m3)；ω＝1+i(B-5)—寬度影響系數(shù)數(shù)；B—隧道寬度，（（m）；i—以B＝5m為基準(zhǔn)，B每增減1m時的圍巖壓力力增減率。當(dāng)B<5m，取i＝0.2；當(dāng)B>5m,取i＝0.1。⑴深埋隧道圍巖巖壓力的確定定(工程類比法)p=0.45×2s-1×γω(kN/m2)●適用條件①H/B<1.7，式中H為隧道高度；；②深埋隧道道；③不產(chǎn)生顯顯著偏壓力及及膨脹力的一一般隧道；④采用鉆爆爆法施工的隧隧道?！駠鷰r的水平均均布壓力e的確定，按下下表中的經(jīng)驗驗公式計算圍巖級別I、IIIIIIVVVI水平勻布壓力0<0.15p(0.15～0.3)p(0.3～0.5)p(0.5～1.0)p●鐵路新規(guī)范：：p＝γhh=0.41×1.79S這是全國1046座鐵路隧道得得出的經(jīng)驗公公式，其中S—新規(guī)范圍巖的的分級。注：鐵路隧道跨度度小于公路隧隧道圍巖壓力分布布特征基于有界破裂裂區(qū)的計算方方法這一計算方法法是將破裂區(qū)區(qū)內(nèi)的巖體自自重作為隧洞洞支護(hù)上的荷荷載。為了確確定破裂區(qū)的的范圍，必須須首先對破裂裂區(qū)的邊界線線作出假定，，如認(rèn)為是拋拋物線、半橢橢圓形等，此此外還有采用用彈塑性區(qū)的的分界面作為為破裂區(qū)的邊邊界線。普氏氏壓力拱理論論、康姆端爾爾的巖體破碎碎理論，以及及卡柯彈塑性性理論都屬于于這一類計算算方法。其中中以普氏壓力力拱理論在我我國應(yīng)用最廣廣。普氏假假定壓壓力拱拱形狀狀為二二次拋拋物線線形，，壓力力拱高高按經(jīng)經(jīng)驗確確定，，它取取決于于隧洞洞跨度度和巖巖石性性質(zhì)。。普氏氏采用用下式式確定定壓力力拱高高：f----巖石堅堅固性性系數(shù)，，又稱稱普氏氏系數(shù)。。f=Rc/10圍巖豎豎向壓壓力為為：側(cè)向圍圍巖壓壓力⑵淺埋隧隧道圍圍巖松松散壓壓力的的計算算①深深、淺淺埋隧隧道的的判定定原則則●隧道埋埋深不不同，，確定定圍巖巖壓力力的計計算方方法不不同，，應(yīng)以隧道道頂部部覆蓋蓋層能能否形形成“自然拱拱”為原則則?！裆盥袼硭淼绹鷩鷰r松松散壓壓力值值是以以施工工坍方平平均高高度(等效荷荷載高高度值值)為根據(jù)據(jù)，為為了形形成此此高度度值，，隧道道上覆覆巖體體就有有一定定的厚厚度。。根據(jù)據(jù)經(jīng)驗驗，這這個深深度通常為為2～2.5倍的坍坍方平平均高高度值值①深、淺淺埋隧隧道的的判定定原則則Hp＝（2～2.5）hp式中:Hp—深淺埋埋隧道道分界界深度度;hp—荷載等等效高高度，，按下下式計計算：：hp＝p/γγp—深埋隧隧道豎豎向均均布壓壓力kN／m2；γ—圍巖容容重（（kN／m2）。在礦山山法施施工的的條件件下I一III級圍巖巖取Hp＝2hpIV～VI級圍巖巖取Hp＝2.5hp當(dāng)隧道道覆蓋蓋層厚厚度H≥Hp時為深深埋，，H＜Hp時為淺淺埋②淺埋隧隧道圍圍巖壓壓力的的確定定方法法●埋深(H)小于或或等于于等效效荷載載高度度hp時，荷荷載視視為均均布豎豎向壓壓力p=γγH式中:p—勻布布布豎向向壓力力；γ—深度上上覆圍圍巖容容重；；H—隧道埋埋深，，指隧隧道頂頂至地地面的的距離離。②淺埋隧隧道圍圍巖壓壓力的的確定定方法法側(cè)向壓壓力e，按勻勻布考考慮時時，其其值為為：e=γγ(H+1/2Hi)tg2(450–ΦΦ/2)式中:e—側(cè)向勻勻布壓壓力；；γ—圍巖容容重，，以kN/m3計；H—隧道埋埋深，，以m計；Hi—隧道高高度，，以m計；Φ一圍巖巖計算摩摩擦角角，可查查有關(guān)關(guān)規(guī)范范。圍巖的的物理理力學(xué)學(xué)參數(shù)數(shù)圍巖級別重度（Kn/m3）彈性抗力系數(shù)（MPa/m）變形模量（GPa）泊松比內(nèi)摩擦角（°）粘聚力（MPa）計算摩擦角（°）Ⅰ26～281800～2800＞33＜0.2＞60＞2.1＞78Ⅱ25～271200～180020～330.2～0.2550～601.5～2.170～78Ⅲ23～25500～12006～200.25～0.339～500.7～1.560～70Ⅳ20～23200～5001.3～60.3～0.3527～390.2～0.750～60Ⅴ17～20100～2001～20.35～0.4520～270.05～0.240～50Ⅵ15～17＜100＜10.4～0.5＜20＜0.230～40●埋深大大于hp、小于于等于于Hp時采用松松散介介質(zhì)極極限平平衡理理論進(jìn)進(jìn)行分分析，，即：：圍巖巖松動動壓力力=滑動巖巖體重重量－－滑面面上的的阻力力（1）巖柱柱理論論考慮到到隧洞洞兩側(cè)側(cè)的巖巖體也也可能能下滑滑，需需將可可能滑滑動的的巖柱柱寬度度比隧隧洞寬寬度適適當(dāng)增增大，，并考考慮巖巖柱的的應(yīng)力力傳遞遞頂部部壓壓力力為為：：（2）太太沙沙基基公公式式太沙沙基基認(rèn)認(rèn)為為，，隧隧洞洞開開挖挖后后，，巖巖體體將將沿沿OAB曲面面滑滑動動，，作作用用在在隧隧洞洞頂頂部部的的壓壓力力等等于于滑滑動動巖巖體體的的重重量量減減去去滑滑移移面面上上摩摩擦擦力力的的垂垂直直分分量量。。為推推導(dǎo)導(dǎo)簡簡單單起起見見，，太太沙沙基基又進(jìn)進(jìn)一一步步假假定定巖巖體體沿沿垂垂直直面AC滑動動，，而而且且假假定定滑滑動動體中中任任意意水水平平面面上上的的垂垂直直壓力力為為均均布布。。取取地地面面下下埋埋置深深度度z處，，滑滑動動體體的的體體寬為為2a1，厚厚為為dz的單單元元體，，由由垂垂直直方方向向平平衡衡條件件得得：：邊界界條條件件為為：：平衡衡方方程程為為：：隧洞洞頂頂部部的的圍圍巖巖壓壓力力為：：———為靜靜止止側(cè)側(cè)壓壓力力系系數(shù)數(shù)，，太太沙沙基基取取為為1.0；———地面面超超載載。。（3）側(cè)側(cè)向向圍圍巖巖壓壓力力按擋擋土土墻墻理理論論來來計計算算理論論估估算算法法圍巖巖應(yīng)應(yīng)力力與與變變形形的的線線彈彈性性分分析析由于于開開挖挖，，洞洞室室周周圍圍地地層層中中應(yīng)應(yīng)力力大大小小和和主主應(yīng)應(yīng)力力方方向向發(fā)發(fā)生生了了變變化化，，這這種種現(xiàn)現(xiàn)象象叫叫做做應(yīng)應(yīng)力力的的重重分分布布，，把把重重分分布布后后的的應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)叫叫做做圍圍巖巖二二次次應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)。。對于于裂裂隙隙不不多多的的堅堅硬硬巖巖體體，，或或?qū)τ谟诹蚜严断稁r巖體體、、軟軟弱弱巖巖體體，，如如果果圍圍巖巖應(yīng)應(yīng)力力不不高高，，當(dāng)當(dāng)采采用用緊緊跟跟作作業(yè)業(yè)面面的的施施工工方方法法及及支支護(hù)護(hù)向向圍圍巖巖提提供供很很大大的的抗抗力力時時，，圍圍巖巖有有可可能能處處于于彈彈性性狀狀態(tài)態(tài)，，如如再再略略去去其其各各向向異異性性的的影影響響，，那那么么可可以以應(yīng)應(yīng)用用線線彈彈性性理理論論分分析析。。1.無襯襯砌砌圓圓形形洞洞室室的的圍圍巖巖應(yīng)應(yīng)力力與與變變形形應(yīng)力力分分析析應(yīng)力力集集中中系系數(shù)數(shù)（環(huán)環(huán)向向應(yīng)應(yīng)力力與與P0的比比值值））討論論洞室室兩兩側(cè)側(cè)容容易易壓壓碎碎，，頂頂?shù)椎兹萑菀滓桌瓑膲膰鷰r巖位位移移u———徑向向位位移移，，以以向向洞洞內(nèi)內(nèi)方方向向為為正正；；v———切向向位位移移，，以以順順時時針針方方向向為為正正；；在軸軸對對稱稱情情況況下下，，即即2.圍巖巖與與支支護(hù)護(hù)相相互互作作用用的的應(yīng)應(yīng)力力與與位位移移襯砌砌的的應(yīng)應(yīng)力力和和變變形形r0、r1-------襯砌砌的的外外半半徑徑和和內(nèi)內(nèi)半半徑徑襯砌砌材材料料剛剛度度系系數(shù)數(shù)由洞洞壁壁的的位位移移與與襯襯砌砌外外徑徑的的位位移移相相等等得得到到襯砌砌抗抗力力（其其反反作作用用力力即為為圍圍巖巖對對支支護(hù)護(hù)的的彈彈性性變變形形壓壓力力））3.開挖挖面面的的空空間間效效應(yīng)應(yīng)4.立即即支支護(hù)護(hù)與與延延遲遲支支護(hù)護(hù)的的計計算算立即即支支護(hù)護(hù)就就是是緊緊貼貼開開挖挖面面進(jìn)進(jìn)行行支支護(hù)護(hù)，，開開挖挖面面處處已已釋釋放放的的彈彈性性位位移移較較小小，，將將來來作作用用在在支支護(hù)護(hù)上上的的壓壓力力較較大大；；延遲支護(hù)護(hù)就是離離開挖面面一段距距離進(jìn)行行支護(hù)，，此時支支護(hù)處已已釋放的的彈性位位移較大大，將來來作用在在支護(hù)上上的壓力力較??；；由于是線線彈性關(guān)關(guān)系，計計算圍巖與支支護(hù)相互互作用的的應(yīng)力與與位移時時，可采采用AP0代替上述述公式中中的P0，A=1-ur/ur0（ur為洞壁實實際釋放放的位移移，ur0為無支護(hù)護(hù)時洞壁壁所能釋釋放的位位移）5.非圓形洞洞室的圍圍巖應(yīng)力力橢圓形洞洞室其它洞形形（直墻墻拱、曲曲墻拱））的簡化化計算采采用等代代圓法6.無襯砌洞洞室的最最佳形狀狀使圍巖保保持穩(wěn)定定的最佳佳洞形是是具有一一定軸比比的橢圓圓。如果洞形形周邊的的應(yīng)力等等于原巖巖應(yīng)力張張量的第第一不變變量，并保持沿沿洞周各各點的應(yīng)應(yīng)力不變變，那么么就能得得到最小小的應(yīng)力集中中，這種種洞形也也就是諧諧洞。等應(yīng)力軸軸比零拉應(yīng)力力軸比洞頂不出出現(xiàn)拉應(yīng)應(yīng)力的條條件為洞壁兩側(cè)側(cè)不出現(xiàn)現(xiàn)拉應(yīng)力力的條件件圍巖應(yīng)力力與位移移的彈塑塑性分析析1.概述圍巖破壞壞的兩種種情況：：拉裂破壞壞，圍巖局局部區(qū)域域的拉應(yīng)應(yīng)力達(dá)到到了抗拉拉強(qiáng)度，，產(chǎn)生局局部受拉拉分離破破壞；剪切破壞壞，局部區(qū)區(qū)域的剪剪應(yīng)力達(dá)達(dá)到巖體體抗剪強(qiáng)強(qiáng)度，從從而使這這部分圍圍巖進(jìn)入入塑性狀狀態(tài)，但但其余部部分圍巖巖仍然處處于彈性性狀態(tài)。。設(shè)計人員員可以通通過改變變隧洞形形狀和軸軸比來消消除圍巖巖中的拉拉應(yīng)力，，所以一一般情況況下，圍圍巖破壞壞主要是是剪切破破壞。進(jìn)入塑性性狀態(tài)的的圍巖分分為兩部部分：塑性承載載區(qū)（外圈）），與開開挖前的的初始應(yīng)應(yīng)力相比比,外圈的應(yīng)應(yīng)力高于于初始應(yīng)應(yīng)力，它它與圍巖巖彈性區(qū)區(qū)中應(yīng)力力升高部部分合在在一起稱稱作圍巖巖承載區(qū)區(qū)。塑性松動動區(qū)（內(nèi)圈）），松動動區(qū)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力和強(qiáng)強(qiáng)度都有有明顯下下降，裂裂隙擴(kuò)張張增多，，容積擴(kuò)擴(kuò)大，出出現(xiàn)了明明顯的塑塑性滑移移，這時時沒有足足夠的支支護(hù)抗力力就不能能使圍巖巖維持平平衡狀態(tài)態(tài)。2.軸對稱應(yīng)應(yīng)力條件件下圍巖巖應(yīng)力的的彈塑性性分析概述塑性區(qū)滿滿足平衡衡方程與與塑性條條件，塑塑性區(qū)外外圍的彈彈性區(qū)滿滿足平衡衡方程和和彈性條條件，在在彈性區(qū)區(qū)與塑性性區(qū)交界界處既滿滿足彈性性條件又又滿足塑塑性條件件。軸對稱條條件下，，塑性區(qū)區(qū)為一個個等厚度度圓塑性區(qū)求求解平衡方程程塑性條件件邊界條件件當(dāng)r=r0時塑性區(qū)應(yīng)應(yīng)力支護(hù)抗力力與塑性性區(qū)的半半徑設(shè)塑性區(qū)區(qū)的半徑徑為R0，在彈、塑塑性區(qū)的的界面上上（r=R0），彈性區(qū)（（））的應(yīng)應(yīng)力為彈塑性邊邊界上的的應(yīng)力滿滿足聯(lián)立兩式式解得支護(hù)抗力力與塑性性區(qū)半徑徑的關(guān)系系結(jié)論：塑性區(qū)半半徑越小小，支護(hù)護(hù)抗力越越大；反反之依然然；在圍巖穩(wěn)穩(wěn)定的前前提下，，擴(kuò)大塑塑性區(qū)半半徑，可可降低為維持持極限平平衡狀態(tài)態(tài)所需的的支護(hù)抗抗力，從從而充分發(fā)揮揮了圍巖巖的自承承作用。。位移分析析松動區(qū)半半徑設(shè)松動區(qū)區(qū)與承載載區(qū)界面面處的半半徑為R，松動區(qū)區(qū)邊界上上環(huán)向正正應(yīng)力為為原巖應(yīng)應(yīng)力，即即解得圍巖彈塑塑性變形形壓力圍巖松動動區(qū)內(nèi)的的滑裂面面為一對對對數(shù)螺螺線。假設(shè)松動動區(qū)內(nèi)強(qiáng)強(qiáng)度己大大大下降降，滑移移巖體已已無絲毫毫自承作作用，松松動區(qū)內(nèi)內(nèi)滑移體體的全部部重量要要由支護(hù)護(hù)抗力來來承受，，由此有有，如果考慮慮到實際際情況下下，真正正作用在在支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)上的的壓力應(yīng)應(yīng)當(dāng)是松松動區(qū)的的重力與與承載區(qū)區(qū)傳遞過過來的變變形壓力力相疊加加，簡化化考慮，，取彈塑性變變形壓力力為巖爆巖爆高天然應(yīng)力力的彈脆性性巖體地下開挖工工程開挖卸荷及及特殊的地地質(zhì)構(gòu)造作作用周邊巖體中中應(yīng)力高度度集中，積積聚于較高高的彈性應(yīng)應(yīng)變能當(dāng)開挖體圍圍巖中應(yīng)力力超過巖體體的容許極極限狀態(tài)1.巖爆的產(chǎn)生生條件1)圍巖應(yīng)力條條件判斷巖爆發(fā)發(fā)生的應(yīng)力力條件有兩兩種方法：：一是用洞壁壁的最大環(huán)環(huán)向應(yīng)力σθ與圍巖單軸軸抗壓強(qiáng)度度σc之比值作為為巖爆產(chǎn)生生的應(yīng)力條條件；一是用天然然應(yīng)力中的的最大主應(yīng)應(yīng)力σ1與巖塊單軸軸抗壓強(qiáng)度度σc之比進(jìn)行判判斷。經(jīng)驗公式σ1／σc大于0.165～0.35的脆性巖體體最易發(fā)生生巖爆。2)巖性條件彈性變形能能系數(shù)ω：加載到0.7σc后再卸載至至0.05σσc時，卸載釋釋放的彈性性變形能與與加載吸收收的變形能能之比的百百分?jǐn)?shù)。當(dāng)ω＞70％時，會產(chǎn)產(chǎn)生巖爆，，ω越大發(fā)生巖巖爆的可能能性越大。。應(yīng)變能消耗耗比：巖石石單向壓縮縮時，達(dá)到到強(qiáng)度極限限前積累于于巖石內(nèi)的的應(yīng)變能與與強(qiáng)度極限限后消耗于于巖石破壞壞的應(yīng)變能能之比。式中：FOAB為曲線OAB包圍的面積積；FBAC為曲線BAC包圍的面積積。n＜1時，不會發(fā)發(fā)生巖爆；；n＞1時，可能發(fā)發(fā)生巖爆。。2.影響巖爆的的因素1)地質(zhì)構(gòu)造巖爆大都發(fā)發(fā)生在褶皺皺構(gòu)造中。。巖爆與斷層層、節(jié)理構(gòu)構(gòu)造密切相相關(guān)。