【正文】 的統(tǒng)計(jì)分析 ,能夠反映能夠反映裂隙圍巖中的圍巖壓力，即鐵路隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載的基裂隙圍巖中的圍巖壓力，即鐵路隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載的基本特征。 坑道施工塌方常常是這類(lèi)圍巖破壞的最直接的表現(xiàn)形式坑道施工塌方常常是這類(lèi)圍巖破壞的最直接的表現(xiàn)形式 ,下圖是鐵路隧道在這類(lèi)圍巖中施工塌方的部分輪廊圖下圖是鐵路隧道在這類(lèi)圍巖中施工塌方的部分輪廊圖 ,具有一具有一定的典型意義。這是典型的裂隙圍巖的一個(gè)基本特征基本特征 ,即易于崩塌。一般發(fā)生在層狀圍巖或碎塊狀圍巖中 （（ 3）異形塌方。圍巖級(jí)別 塌方類(lèi)型Ⅰ 、 Ⅱ 局部塌方為主Ⅲ 、 Ⅳ 拱形塌方為主Ⅴ 、 Ⅵ 擴(kuò)大拱形塌方為主塌方類(lèi)型與圍巖級(jí)別表 還應(yīng)該指出 ,局部塌方的范圍 ,從統(tǒng)計(jì)資料分析 ,Ⅰ 級(jí)圍巖時(shí) ,約為 , Ⅱ 級(jí)圍巖時(shí) ,約為 。也就是說(shuō) ,跨度的增加與高度的增加對(duì)荷載值的影響是不跨度的增加與高度的增加對(duì)荷載值的影響是不同的同的 ,前者顯著前者顯著 ,后者不顯著。形變壓力主要體現(xiàn)在噴混凝土或錨噴支護(hù)的接觸壓力上。筑混凝土襯砌和周?chē)鷩鷰r的相互作用有很大不同。在理深較小時(shí)，例如。 （（ 4）噴層厚度的影響。由此可見(jiàn)，為了充分發(fā)揮圍巖的承載能力，保證噴層柔性的力由此可見(jiàn)，為了充分發(fā)揮圍巖的承載能力，保證噴層柔性的力學(xué)特性是很重要的，即噴層厚度不宜過(guò)厚，以學(xué)特性是很重要的，即噴層厚度不宜過(guò)厚，以 20cm為宜，同為宜，同時(shí)為保證噴層的結(jié)構(gòu)作用，其厚度亦不宜過(guò)薄，至少在時(shí)為保證噴層的結(jié)構(gòu)作用，其厚度亦不宜過(guò)薄，至少在 8cm以以上。這說(shuō)明荷載分布還是比較均勻的。 在有限元解析中，根據(jù)解析程序，需下列的輸入物性值。并不是所有的工程都具備這種條件，因此，就不得不尋求經(jīng)驗(yàn)的解決方法。定代表性的。重力密度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖變形系數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖泊松比的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖粘結(jié)力的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖內(nèi)摩擦角的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖圍巖強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖從統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果中，可以看出：從統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果中，可以看出：（（ 1）雖然，幾個(gè)圍巖分級(jí)方法給定的量值，都有一些差）雖然，幾個(gè)圍巖分級(jí)方法給定的量值，都有一些差異，但差異不明顯，從統(tǒng)計(jì)分析的角度看，是完全可以采用異，但差異不明顯，從統(tǒng)計(jì)分析的角度看，是完全可以采用統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性或地下結(jié)構(gòu)的數(shù)值解析的。（（ 4）關(guān)于圍巖強(qiáng)度特性的輸入值，大都采用基于摩爾）關(guān)于圍巖強(qiáng)度特性的輸入值，大都采用基于摩爾 庫(kù)庫(kù)倫破壞基準(zhǔn)的粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角等。在無(wú)試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，可采用統(tǒng)計(jì)值。而內(nèi)摩擦角因不太受裂隙的影響，可采用不太受裂隙的影響，可采用 3軸試驗(yàn)得到的數(shù)值。（（ 3）關(guān)于圍巖變形特性的輸入值，原則上，要根據(jù)坑道周）關(guān)于圍巖變形特性的輸入值，原則上，要根據(jù)坑道周邊的全部圍巖的物性試驗(yàn)結(jié)果的修正值確定，沒(méi)有物性試驗(yàn)結(jié)邊的全部圍巖的物性試驗(yàn)結(jié)果的修正值確定，沒(méi)有物性試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，應(yīng)根據(jù)圍巖級(jí)別的統(tǒng)計(jì)值確定。 2）圍巖物性值的統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果）圍巖物性值的統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果 根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可獲得下列統(tǒng)計(jì)結(jié)果和相關(guān)的統(tǒng)計(jì)公式。這些物性值反映了各自國(guó)家的技術(shù)水平和對(duì)圍巖性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，是有一性值反映了各自國(guó)家的技術(shù)水平和對(duì)圍巖性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，是有一定代表性的。通常，圍巖的物性值是由巖石或土體的試驗(yàn)值，通過(guò)一定的人為的、經(jīng)驗(yàn)的處性值是由巖石或土體的試驗(yàn)值，通過(guò)一定的人為的、經(jīng)驗(yàn)的處理決定的。 （一）、輸入物性值（一）、輸入物性值 采用有限元法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮計(jì)算手法、計(jì)算上的假定，采用適合的物性值。其中除了明顯受到地質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈影響外，在一般情況下徑向接觸應(yīng)力分布的不均勻系數(shù)如下，在一般情況下徑向接觸應(yīng)力分布的不均勻系數(shù)如下 : 普濟(jì)隧道普濟(jì)隧道 ：： 陶恩隧道陶恩隧道 ：： ~ 列寧格勒地鐵列寧格勒地鐵 ：： 法蘭克福地鐵法蘭克福地鐵 ：： 紐倫堡隧道紐倫堡隧道 ：： 其中除陶恩隧道外其中除陶恩隧道外 ， 均在均在 。 隨隨 d/L 的增大，即隨襯砌剛度的增大而呈非線性的增長(zhǎng)。左右。從量測(cè)也有所增長(zhǎng)，但不顯著。切向荷載的存在可以減小也能承受切向應(yīng)力。淺埋隧道。 （（ 2）把）把 q視為（視為（ B+H）的函數(shù)）的函數(shù) ,但是但是 B和和 H對(duì)對(duì) q值的影響是不等值的影響是不等價(jià)的。 依上所述依上所述 ,圍巖級(jí)別與塌方類(lèi)型的關(guān)系列于表。多數(shù)是在拱部 , 有時(shí)也出現(xiàn)在側(cè)壁有時(shí)也出現(xiàn)在側(cè)壁 ,主要主要在大塊狀圍巖中在大塊狀圍巖中 （（ 2）拱形塌方。圍巖級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 總計(jì)次數(shù) 12 48 186 77 29 5 357頻率（％） 100圍巖級(jí)別與塌方頻率表圍巖級(jí)別與塌方頻率圖由表及圖可見(jiàn)由表及圖可見(jiàn) ,多數(shù)塌方發(fā)多數(shù)塌方發(fā)生在圍巖級(jí)別在生在圍巖級(jí)別在 ⅡⅡ ~ⅤⅤ 的圍巖的圍巖內(nèi)。支護(hù)結(jié)構(gòu)為了阻止巖塊的滑移、松弛而承載。對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，最經(jīng)濟(jì)的情況是按特性曲線的最小值設(shè)計(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)。采用 FEM解析方法求的支護(hù)結(jié)構(gòu)上的接觸應(yīng)力，實(shí)解析方法求的支護(hù)結(jié)構(gòu)上的接觸應(yīng)力，實(shí)質(zhì)上也就是這里所謂的形變壓力。勢(shì)。這部分的巖塊如果沒(méi)有支持，就會(huì)以重力的形式掉落。 根據(jù)鐵路隧道的施工實(shí)踐，目前采用的圍巖分級(jí)與坑道穩(wěn)根據(jù)鐵路隧道的施工實(shí)踐，目前采用的圍巖分級(jí)與坑道穩(wěn)定性和支護(hù)類(lèi)型之間的關(guān)系如表所示。 根據(jù)坑道穩(wěn)定性的分級(jí)和構(gòu)筑支護(hù)方式的組合情況，人工根據(jù)坑道穩(wěn)定性的分級(jí)和構(gòu)筑支護(hù)方式的組合情況，人工支護(hù)類(lèi)型，大體上分為以下支護(hù)類(lèi)型，大體上分為以下 4類(lèi)：類(lèi)： （（ 1）飾面支護(hù)或防護(hù)支護(hù)：利用圍巖的自支護(hù)能力。謂施工支護(hù)。自支護(hù)是指圍巖自身所具有的支護(hù)能力。因此，在這種圍巖中，必須采取各種類(lèi)型的人工支護(hù)措施。在特殊情況下會(huì)出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象。以 Ⅳ 級(jí)圍巖為例，當(dāng)埋深為 400m時(shí)，如容許位移 ua為 4cm，則所需支護(hù)阻力 pa為3MPa左右。從而相應(yīng)地提高了巖體的承載能力。因此。反之部結(jié)果。圓形坑道周邊的支護(hù)力與位移 前面所述前面所述 ,在彈性應(yīng)力狀態(tài)下在彈性應(yīng)力狀態(tài)下 ,坑道周邊位移等于坑道周邊位移等于 而在塑性應(yīng)力狀態(tài)下的坑道周邊位移則為而在塑性應(yīng)力狀態(tài)下的坑道周邊位移則為 當(dāng)有支護(hù)阻力當(dāng)有支護(hù)阻力 Pa時(shí)，上述公式分別為：時(shí)，上述公式分別為： 注意式中的注意式中的 r0項(xiàng)中項(xiàng)中 ,包含著包含著 pa項(xiàng)。 、 σσ y =、a=。該式說(shuō)明之間的關(guān)系。實(shí)質(zhì)上是使直接靠近坑道周邊的巖體的應(yīng)力狀切向應(yīng)力減小。為了便于分析假定小和方向?qū)鷰r的應(yīng)力狀態(tài)有很大的影響。此分級(jí)在歐洲一些國(guó)家應(yīng)用較多。根據(jù)鐵路隧道的實(shí)踐，提出的坑道自穩(wěn)間作為一個(gè)判定指標(biāo)。其值可由沿坑道周邊出現(xiàn)的最大切向應(yīng)力和巖體強(qiáng)度的比值來(lái)決定： K參數(shù)有：崩塌尺寸和出現(xiàn)大尺寸崩塌的概率 ,有些研究指出 ,在這種情況下，可用下式判斷無(wú)支護(hù)坑道的強(qiáng)度。屬于強(qiáng)度破壞之例。這個(gè)過(guò)程視圍巖的性質(zhì)、坑道尺寸和形狀 ,有長(zhǎng)有短。塑性區(qū)的圍巖因而變得松弛 ,其物理力學(xué)性質(zhì) (c、φ、 E、 μ等 )也發(fā)生變化。只是在一定的 λ值條件下（ λ≤），在水平直徑處圍巖有向兩側(cè)擴(kuò)張的趨勢(shì)。這說(shuō)明 :坑道開(kāi)挖對(duì)圍巖的影響 (擾動(dòng) )是有限的。） ,在周邊上的 σt值由 σy （ λ=0）變到 2σy（ λ=1）。這種應(yīng)力狀態(tài)對(duì)圓形坑道穩(wěn)定是很有利的。這說(shuō)明 ,側(cè)璧處在較大的應(yīng)力狀態(tài)下。拱頂受拉范圍約出現(xiàn)在與垂直軸左右各 30176。一些研究指出：如果在預(yù)設(shè)計(jì)中獲得圍巖強(qiáng)度比的指標(biāo)，可以 按表中進(jìn)行圍巖級(jí)別的修正。 軟質(zhì)巖： 巖芯常有餅化現(xiàn)象，開(kāi)挖過(guò)程中洞壁圍巖有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不易成洞；基坑發(fā)生顯著隆起或剝離不易成形。在 ~ %,大于 %。埋深較小時(shí)地表起伏較大情況影響也不能忽略。圍巖的隱塑性狀態(tài)在堅(jiān)硬圍巖中約在距地面 10km以下 ,也有可能在淺處產(chǎn)生 ,如在巖石臨界強(qiáng)度低 〈 如泥巖等 〉 的地段。 第二類(lèi)：地殼運(yùn)動(dòng)、地下水活動(dòng)、人類(lèi)的長(zhǎng)期活動(dòng)等暫時(shí)性的或局部性的因素。重力應(yīng)力場(chǎng) 設(shè)圍巖是線性變形介質(zhì)，在 xy平面內(nèi)是均質(zhì)的 ,沿 y軸方向是非均質(zhì)的。在這種情況下 ,圍巖的初始地應(yīng)力場(chǎng)也有所變化。 由于構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的不確定性 ,很難用函數(shù)形式表達(dá)。 圍巖強(qiáng)度比： Gn＝ Rb/σmax，式中 σmax：圍巖內(nèi)最大地應(yīng)力值； Rb：圍巖抗壓強(qiáng)度值。開(kāi)挖工程中洞壁巖位移顯著，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，成洞性差，基坑有隆起現(xiàn)象，成形性較差。 我國(guó)初始地應(yīng)力場(chǎng)的修正圍巖基本分級(jí) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ極高地應(yīng)力場(chǎng) Ⅰ Ⅱ Ⅲ 或 Ⅳ Ⅴ Ⅵ高地應(yīng)力場(chǎng) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 或 Ⅴ Ⅵ二、毛洞的圍巖力學(xué)狀態(tài)（一）、坑道開(kāi)挖后的二次應(yīng)力狀態(tài) 假定： （ 1）圍巖為均質(zhì)的、各向同性的連續(xù)介質(zhì)； （ 2）只考慮自重造成的初始地應(yīng)力場(chǎng)； （ 3）坑道形狀是圓形的； （ 4）坑道位于一定深度 ,簡(jiǎn)化為無(wú)限體中的孔洞問(wèn)題。 當(dāng) λ=1/3時(shí) ,拱頂切向拉應(yīng)力等于 0。 隨著 λ值的增大，側(cè)壁中點(diǎn)的壓應(yīng)力逐漸減小，當(dāng)λ=1時(shí) ,其值變成 σt =2σy。因此 ,要十分注意切向應(yīng)力的變化 ,它是造成坑道破壞的主要原因之一。 σr 值在 λ=0和 λ=1時(shí) ,變化大致相同 ,即由 0逐漸增加到 σy值。尤其是在大跨度洞室的情況下。此時(shí)坑道或發(fā)生脆性破壞，如巖爆、剝離等 (堅(jiān)硬、脆性、整體的圍巖中 )或在坑道附近圍巖內(nèi)形成塑性應(yīng)力區(qū)域 ,發(fā)生塑性剪切滑移或塑性流動(dòng)。坑道半徑愈大 ,圍巖愈差 ,初始應(yīng)力愈大 ,塑性區(qū)域也愈大。在松散巖體中 ,坑道會(huì)迅速達(dá)到崩塌等。主要在軟巖及膨脹性或擠入性圍巖中發(fā)生。 P〔 N(S容許 )0〕 － 在坑道周邊出現(xiàn) SS容許 崩塌的概率 。H/Rb≤S對(duì)塑性巖石： 巖石的塑性可以用沿最大主應(yīng)力方向的殘余變形的極限值或總變形的極值（圖）來(lái)表示 .彈塑性圍巖的應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線圖具有塑性性質(zhì)的圍巖穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)可由下式確定： K 坑道自穩(wěn)時(shí)間實(shí)例坑道自穩(wěn)時(shí)間實(shí)例項(xiàng)目 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ無(wú)支護(hù)地段長(zhǎng)度（ m） 15 8 5 1平均自穩(wěn)時(shí)間 10年 6個(gè)月 7d 10h 30min圍巖的粘結(jié)力（ MPa） ～ ～ ～ 圍巖的內(nèi)摩擦角 45 35～ 45 25～ 35 15～ 25 15有效寬度指無(wú)支護(hù)地段的長(zhǎng)度（有效寬度指無(wú)支護(hù)地段的長(zhǎng)度（ m），虛線標(biāo)志的范圍是），虛線標(biāo)志的范圍是適用限界。 坑道開(kāi)挖后的應(yīng)力狀態(tài)，前已指出有兩種情況： 一種是 開(kāi)挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)仍然是彈性的 ,在這種情況下，原則上坑道是自穩(wěn)的，是無(wú)需支護(hù)的，即使支護(hù)也是防護(hù)性的。 (1) 在彈性應(yīng)力狀態(tài)下在彈性應(yīng)力狀態(tài)下 ,當(dāng)坑道周邊