【文章內容簡介】 壞形式及其圍巖巖性及結構的關系 ? 脆姓圍巖的變形和破壞 ? 脆性圖巖包括各種塊體狀結構或層狀結構的堅硬或半堅硬的脆性巖體。這類因巖的變形和破壞，主要是在回彈應力和重分布的應力作用下發(fā)生的，水分的重分布對其變形和破壞的影響較為微弱。這類圍巖變形破壞的形式和特點．除與由巖體初始應力狀態(tài)及洞形所決定的圍巖的應力狀態(tài)有關外，主要取決于圍巖結構，一般有彎折內鼓、張裂塌落、劈裂剝落、剪切滑移以及巖爆等不同類型 (見表 10一 6)，現(xiàn)分述如下。 ? 彎折內鼓 ? 這類變形破壞是層狀、特別是薄層狀圍巖變形破壞的主要形式。從力學機制來看，它的產生可能有兩種情況：一是卸荷回彈的結果；二是應力集中使洞壁處的切向壓應力超過范層狀巖層的抗彎折強度所造成的。 ? 由 卸荷回彈所造成的變形破壞主要發(fā)生 在 初始應力較高的巖體內 (或者洞室埋深較大，或者水平地應力較高 )，而且總是在與巖體內初始最大主應力垂直相交的洞壁上表現(xiàn)得最強烈．故當薄層狀巖層與此洞壁平行或近于平行時，洞室開挖后．薄層狀圍巖就會在回彈應力的作用下發(fā)生回彈應力的作用下發(fā)生如圖 Io一 16所示的彎曲、技裂和折斷，最終擠入洞內而坍閣。 ? 例如白龍江碧口電站在導流洞一號支洞的下又洞、引水洞叉管段以及排沙洞等的施工過程中，均發(fā)生過這類變形破壞。這些水工隧洞部是修建在千枚巖層中，當洞徑大于 6m的洞體平行或近于平行 (交角小于 20。 )陡傾的巖層走向時，在平行于層面的洞壁上經常發(fā)生彎折內鼓型破壞，而且一般部是在開挖后不久即迅速發(fā)生。例如右岸導流洞一號支洞，在樁號。十 135航段的施工過程中，隨著開挖的進行，巖層的彎沂變形越來越嚴重，一星期后已用錨桿加固了的變形巖體突然塌風幾乎造成傷亡事故。又如排沙洞，在 ot 360— o十470m段的施工過程中。 ? 值得注意的是，在該區(qū)地表溢洪道的施工過程中，當送洪道平行于陡顧的巖層走向時，新開挖出的邊披巖體經常在 3— 5天之內即發(fā)生強烈的傾倒破壞。由此可見，在該區(qū)所發(fā)生酌上述兩類變形破壞 (即地宏邊坡巖體的傾倒和地下隧洞洞壁的彎折內鼓 )同是卸荷回彈與應力釋放的結果。 ? 由壓應力集中所造成的變形破壞主要發(fā)生在洞室周邊上有較大的壓應力集中的部位，通常是洞室的角點或與巖體內初始最大主應力平行或近于平行的洞壁，故當薄層狀巖體的層面與這類應力高度集中部位平行或近于平行時，切向壓應力往往超過薄層狀圍巖的抗彎折強度，從而使圍巖發(fā)生彎折內鼓破壞。 ? 如圖 10一 16所示的彎曲、技裂和折斷，最終擠入洞內而坍閣。例如白龍江碧口電站在導流洞一號支洞的下又洞、引水洞叉管段以及排沙洞等的施工過程中，均發(fā)生過這類變形破壞。這些水工隧洞部是修建在千枚巖層中，當洞徑大于 6m的洞體平行或近于平行 (交角小于 20。 )陡傾的巖層走向時，在平行于層面的洞壁上經常發(fā)生彎折內鼓型破壞，而且一般部是在開挖后不久即迅速發(fā)生。例如右岸導流洞一號支洞，在樁號 0十 135航段的施工過程中，隨著開挖的進行，巖層的彎沂變形越來越嚴重，一星期后已用錨桿加固了的變形巖體突然塌風幾乎造成傷亡事故。又如排沙洞，在 0十 360— o十 470m段的施工過程中。洞體兩側壁發(fā)生嚴重的彎折內鼓，開挖中曾用錨桿與工字鋼聯(lián)合封鎖支護，半月之后，變形巖體連錨桿與工字鋼突然坍落，方量達 500m3，不得不停工處理。 ? 一些局部構造條件，有時也有利于這類變形破壞的產生。如圖 10— 17所示情況，平行于洞室測壁的斷層，使洞壁和斷層之間的薄層巖體內的應力集中有所增高，因此洞壁附近的切向應力特高于正常情況下的平均值，而薄板的抗彎矩又比較低，往往造成彎折內鼓破壞。 ? 從這類變形、破壞的發(fā)生機制和發(fā)育特點中可以看出，在現(xiàn)代地應力或構造剩余應力較高的薄層狀巖層內修建這類地下洞室，圍巖的穩(wěn)定性與洞室軸向相對于區(qū)域最大主應力方位有密切關系。通常． 軸向垂直于最大主應力方向的洞室，其穩(wěn)定性遠低于平行于最大主應力方向者 。 這是因為：在洞軸垂直于水平最大主應力的條件下，當洞體平行或近于平行地通過陡傾巖層時強烈的卸荷回彈會使垂直于最大主應力方向的洞壁發(fā)生嚴重的 彎折內鼓 ，而當洞體通過平緩巖層時，高度的應力集中又會使平行于最大主應力的洞室頂?shù)装澹貏e是頂拱，因 彎折內鼓 的發(fā)展而嚴重坍塌。 ? 張裂塌落 ? 張裂塌落通常發(fā)生于厚層狀或塊體狀巖體內的洞室頂拱。當那里產生拉應力集中，且其值超過圍巖的抗拉強度時，頂拱圍巖就將發(fā)生張裂破壞，尤其是當那里發(fā)育有近垂直的構造裂隙時、即使產生的 拉應力很小也可使巖體拉開產生垂直的張性裂縫 。 被垂直裂縫切割的巖體在自重作用下變得很不穩(wěn)定 ， 特別是當有近水平方向的軟弱結構面發(fā)育 ， 巖體在垂直方向的抗拉強度較低時，往往造成頂供的塌落 。但是在 N?0的情況下，頂拱坍塌引起的洞室寬高比的減小全使頂拱處的拉應力集中也隨之而減小，甚至變?yōu)閴簯?如圖 10一 18)。當項拱處的拉應力減小至小于巖體的抗拉強度時．頂拱因巖韶趨于穩(wěn)定。 ? 劈裂剝落、剪切滑移及碎裂松動 ? 這兩種破壞形式都發(fā)生于壓應力、特別是最大壓應力集中的部位。 ? ? 過大的切向壓應力使圍巖表部發(fā)生平行于洞室周邊的破裂。一些平行的破裂將圖巖切割成厚度由兒厘米到幾十厘米的薄板，它們往往沿壁面剝落 [如圖 l0一 19(b)]。破裂的范圍一般不超過洞室的半跨。當切向壓應力大于劈裂巖板的抗彎強度時，這些劈裂板還可能按壓彎、折斷并造成塌方，轉化為類似于彎折內鼓類型的破壞。 劈裂剝落多發(fā)生于厚層狀或塊體狀結構的巖體內， 視圍巖應力條件的不同，可發(fā)生于頂拱，也可發(fā)生于邊墻之上，前者造成頂供的片狀冒落，后者則造成通常所謂的片幫。 這種形式的破壞多發(fā)生于厚層狀或塊體狀結構的巖體內。隨圍巖應力條件的不同，可發(fā)生在邊鵬上，也可發(fā)生于頂拱。 ? 在水平應力大于垂直應力的應力場中 (N＞ 1)，這類破壞多發(fā)生在頂拱壓應力集中程度較高，且有斜向斷裂發(fā)育的部位，圖 10一 20(a)就表示了這種情況。位于斷層帶內的巖層單元體通常具有如圖 10一 20(b)所示的應力狀態(tài)。由于切向應力 σθ很大，而徑向應力 σr 很小，故沿斷層面作用的剪應力，比較高，而正應力卻比較小，所以，