岩体基坑工程课件.ppt

1、第七章 岩体基坑工程 7.1岩石的工程性质和破坏机理7.2岩体基坑工程的施工7.3岩石爆破技术7.1 岩石的工程性质和破坏机理1.岩石的矿物成分及物理性质2.岩石的强度3.岩石的变形4.岩石的蠕变与松弛5.岩体及其结构面的强度6.岩体的破坏机理7.1.1 岩石的矿物成分及物理性质1.1.岩石的矿物成分岩石的矿物成分 岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、白云岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿等。母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿等。主要造岩矿物正长石主要造岩矿物石英主要造岩矿物

2、角闪石主要造岩矿物辉石主要造岩矿物云母2.岩石的物理性质岩石密度测定岩石空隙测定含水率测定岩石的膨胀性测定崩解性测定7.1.2 岩石的强度1单轴抗压强度2三轴抗压强度3.岩石的抗剪强度 7.1.3 岩石的变形7.1.4 岩石的蠕变与松弛7.1.5 岩体及其结构面的强度1、最大正应力强度理论 最大正应力强度理论也称朗肯理论。该理论认为材料破坏取决于绝对值最大的正应力。因此，作用于岩石的三个正应力中，只要有一个主应力达到岩石的单轴抗压强度或岩石的单轴抗拉强度，岩石便被破坏。破裂准则 tc31或只适用于岩石单向受力及脆性岩石在二维应力条件下的受拉状态，只适用于岩石单向受力及脆性岩石在二维应力条件下的

3、受拉状态，处于复杂应力状态中的岩石不能采用这种强度理论。处于复杂应力状态中的岩石不能采用这种强度理论。7.1.6 岩体的破坏机理2、最大正应变强度理论 岩石受压时沿着平行于受力方向产生张性破裂。因此，人们认为岩石的破坏取决于最大正应变，岩石发生张性破裂的原因是由于其最大正应变达到或超过一定的极限应变所致。根据这个理论，只要岩石内任意方向上的正应变达到单轴压缩破坏或单轴拉伸破坏时的应变值，岩石便被破坏。岩石强度条件可以表示为：mmax试验证明，这种强度理论只适用于脆性岩石，不适用于岩石的塑性变形。3、最大剪应力强度理论 最大剪应力张度理论也称为屈瑞斯卡（H.Tresca）强度准则，是研究塑性材料

4、破坏过程中获得的强度理论。试验表明，当材料发生屈服时,试件表面将出现大致与轴线呈45夹角的斜破面。由于最大剪应力出现在与试件轴线呈45夹角的斜面上，所以，这些破裂面即为材料沿着该斜面发生剪切滑移的结果。一般认为这种剪切滑移是材料塑性变形的根本原因。因此，最大剪应力强度理论认为材料的破坏取决于最大剪应力。当岩石承受的最大剪应力max达到其单轴压缩或单轴拉伸极限剪应力m时，岩石便被剪切破坏。最大剪应力强度理论表示为 mmax最大剪应力强度理论的又一表达形式 R31塑性岩石采用最大剪应力强度理论能获得满意的结果，但不适用于脆性岩石。此外，这个理论也没有考虑中间主应力的影响。莫尔于1900年提出，当一

5、个面上的剪应力与正应力之间满足某种函数关系时，即 f沿该面会发生破裂，这就是莫尔破裂准则。其中函数f的形式与岩石种类有关。不难看出，莫尔准则是库仑准则的一般化。因为库仑准则在平面上代表一条直线，而莫尔准则代表了平面中的一条曲线AB。4、莫尔、莫尔-库伦强度破坏准则库伦强度破坏准则(Mohr-coulomb criterion)5、八面体应力强度理论八面体应力强度理论 八面体应力强度理论属于剪应力强度理论，认为材料屈服或破坏是由于八面体上剪应力达到某一临界值引起的。八面体应力强度理论认为当八面体上剪应力OCT达到某一临界值时，材料便屈服或破坏。冯-米塞斯(Von-Mises)认为，当八面体上的剪

6、应力OCT达到单向受力至屈服时八面体上极限剪应力s，材料便屈服或破坏。单向受力至屈服时的应力条件为 0321y由冯-米塞斯强度条件OCT=s，得 y3231213232221对于塑性材料，这个理论与试验结果很吻合。在塑性力学中，这个理论称之为冯-米塞斯破坏条件，一直被广泛应用。6、Drucker-Prager准则准则 Drucker-Prager强度准则是Von-Mises准则的推广。Von-Mises准则认为，八面体剪应力或平面上的剪应力分量达到某一极限值时，材料开始屈服，在主应力空间，Mises准则是正圆柱面，但岩石具有内摩擦性，因此，Drucker-Prager强度准则在主应力空间是圆锥

7、面，具体形式如下：7、Hoek-Brown岩石破坏经验准则岩石破坏经验准则 现行的岩石破坏理论能够对岩石性态的某些方面的问题做出很好的解释，但不能推广到某些特定应力条件以外的范围。因此，霍克和布朗基于大量岩石（岩体）抛物线型破坏包络线（强度曲线）的系统研究，提出了岩石破坏经验准则，即：ceceesm2331m的变化范围为0.001（强烈破坏岩石）-25（坚硬而完整的岩石）；s变化范围为0（节理化岩体）一1（完整岩石）。7.2 岩体基坑工程的施工1.1.岩石工程的施工方法岩石工程的施工方法2.2.钻孔爆破法施工工艺钻孔爆破法施工工艺3.TMB3.TMB法施工工艺法施工工艺4.4.盾构法施工工艺盾

8、构法施工工艺5.5.顶进法施工顶进法施工6.6.不良地质条件下岩体基坑工程施工不良地质条件下岩体基坑工程施工7.2.1 岩石基坑工程的施工方法岩质条件下的基坑工程的施工方法有：钻孔爆破法、岩质条件下的基坑工程的施工方法有：钻孔爆破法、TBM（Tunnel Boring Machine）法、盾构法、顶进结构法、基坑法等。）法、盾构法、顶进结构法、基坑法等。钻孔爆破法常用于埋深较大的各类岩层；钻孔爆破法常用于埋深较大的各类岩层；TBM法特别适用于长大隧道；法特别适用于长大隧道；盾构法用于松软岩层或配合岩石掘进机适合于各类岩石条件；盾构法用于松软岩层或配合岩石掘进机适合于各类岩石条件；顶进结构法适用

9、于从建筑物下的软岩中通过的隧道；顶进结构法适用于从建筑物下的软岩中通过的隧道；7.2.2 钻孔爆破法施工工艺7.2.3 TMB法施工工艺7.2.4 盾构法施工工艺7.2.5 顶进法施工1-后座；2-调整垫；3-后支座架；4-油缸支架；5-主油缸；6-刚性顶铁；7-型定铁；8-环形顶铁；9-导轨；10-预埋板；11-管道；12-穿墙止水7.2.6 不良地质条件下岩体基坑工程施工1.破碎松散地层1）合理选择开挖方法和开挖顺序；2）合理采用爆破技术，尽量减弱对围岩的扰动；3）开挖面稳定性较差时，不宜采用爆破法开挖，改用手工机具、风镐开挖或采用插板封闭法开挖；4）开挖面稳定性较差时，可采用超前加固地层

10、法，增加围岩的强度和稳定性；5）支护紧跟，尽量减少围岩暴露时间。2.多水地层1）处理好涌水；2）处理涌水后，采用能维持围岩稳定的开挖方法；3）钻孔爆破时，应采用防水药卷和防水炸药，电雷管起爆线路不得在水中架设；4）临时支护应适当减少砂石含水量，并掺加适量的速凝剂和早强剂；5）电力应采取有效的防潮、防漏电措施，照明采用低压，并加强用电和供电管理。3.膨胀岩地层1）爆破后应尽快封闭，尽量使围岩来不及风化或减少风化的影响；2）临时支护最宜采用柔性支护或可缩性支撑；3）必须妥善处理作用面的排水，防止水的流失或积水浸泡；4）确定开挖尺寸时，应根据膨胀岩的性质，确定必要的预留挤入量；5）爆破施工时，应采用减振爆破技术，尽量减少对围岩的损害和扰动；6）永久性结构宜在膨胀变形稳定后再做。7.3 岩石爆破技术1.爆炸及炸药的基本理论爆炸及炸药的基本理论2.工业炸药与起爆器材工业炸药与起爆器材3.起爆方法起爆方法4.爆破法破岩的机理爆破法破岩的机理