围岩压力的影响因素

马云峰

摘 要：围岩在硐室开挖的过程中起到了一定的承载作用，它的受力形式复杂多样，相应的确定方法也各有不同。其破坏形式和破坏特点主要取决于岩体的结构特征。

关键词：岩体；硐室；围岩；支护

中图分类号：U451.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0004-01

围岩的破坏形式主要有两种，分别是脆性破坏和塑性破坏。脆性围岩变形和破坏的形式主要取决于围岩的结构，一般有弯折内鼓、张裂塌落、劈裂剥落、剪切滑移、碎裂松动和岩爆等类型；塑性围岩在应力重分布和水的作用下，变形和破坏的主要类型包括塑性挤出、膨胀内鼓、塑流涌出、重力坍塌等。围岩的结构形式不同，其分析方法也不同。

1 围岩压力类型

硐室开挖破坏了围岩的应力平衡状态，导致围岩变形甚至遭到破坏。为了保障硐室的稳定、安全，必须采取支护措施来阻止围岩的变形和破坏。这样，支护结构与围岩之间就会产生相互作用，围岩作用于支护结构上的力就是围岩压力。围岩压力可以分为垂直压力、水平压力和底部压力。在采矿工程中，围岩应力和围岩压力都被称为矿山压力。广义的围岩压力包括变形压力、松动压力、膨胀压力、冲击和撞击压力。

1.1 变形压力

变形压力被称为“变形围岩压力”，是由于围岩的变形受到支护的抑制而产生的围岩压力。变形压力的大小与原岩应力的大小、岩体的力学性质、支护的结构刚度和支护时间等因素有关。一般使用弹塑性、黏弹塑性原理对变形压力进行分析，包括解析法和数值分析方法。

1.2 松动压力

松动压力包括塌落围岩压力和块体滑落围岩压力，是由于硐室开挖而导致围岩松动或塌落，并以重力形式直接作用在支护上形成的围岩压力。因此，较大块体的稳定性问题可以采用块体理论进行分析，塌落岩体形成的围岩压力可以采用普氏理论、泰沙基理论、有关规范的围岩压力计算公式等进行分析。

1.3 膨胀压力

岩体具有吸水、膨胀、崩解的特性，由此引起的围岩压力被称为“膨胀压力”。岩体的膨胀性主要取决于其中蒙脱石、伊利石和高岭土的含量，以及外界水的渗入和地下水的活动特征。膨胀压力与岩体的状态、隧道的结构形式等因素有关，膨胀荷载的大小通常根据经验数据或测量结果来估计。

1.4 撞击和冲击围岩压力

撞击围岩压力是回采工作面上覆岩层剧烈运动时对巷道支护所产生的压力；冲击围岩压力是指围岩积累了大量弹性变形能之后，突然释放所产生的压力，又被称为“岩爆”。

2 围岩压力的影响因素和确定方法

2.1 围岩压力的影响因素

围岩压力主要取决于以下几个因素：①初始应力状态和硐室的形状、大小。圆形、椭圆形和拱形硐室的围岩应力集中程度较小，围岩压力也就相对较小。围岩压力随跨度的增加而增加，但不一定成正比。例如，我国单线和双线铁路隧道的跨度相差80%，但围岩压力相差仅为50%左右。在稳定性较差的岩体内开挖硐室，实际的围岩压力往往比按照常用方法计算得到的压力大得多。②地层岩性和地质构造。地层岩性和地质构造条件不同，岩体结构特征和质量就不同，相应的，岩体的变形和破坏特征及围岩压力也就不同。③地下水的影响。软化岩体会直接形成压力。④支护的形式、时机和刚度。当围岩出现松动圈或塌落拱时，支护结构主要用来承受松动岩体或塌落岩体的重量，从而起到承载作用，可以将这类支护称为“外部支护”；当围岩处于有限变形中，支护结构主要用来限制围岩的变形，从而起到约束作用，这类支护被叫作“内承支护”或“自承支护”。通过化学灌浆、水泥灌浆、锚杆、预应力锚杆、喷混凝土等方式加固围岩，可以提高围岩的自承能力。支护时机的早晚、支护结构本身的刚度与围岩变形限制程度有关。⑤时间。流变效应或变形的时间滞后效应与围岩变形的发展有关，从而影响了围岩压力的大小。⑥施工方法。掘进的方法不同，对围岩的扰动程度也就不同。⑦埋深。包括上覆岩层安全厚度和初始地应力。

2.2 围岩压力的确定方法

大体上，围岩压力的确定方法主要有以下几种：①现场实测法；②连续介质力学方法，包括解析法、数值分析（有限元、有限差分法、边界元法和流形元等）；③非连续介质力学方法，例如离散元法；④围岩分类法，包括公路、铁路围岩分类法；⑤散体围岩压力理论，包括普氏理论和太沙基理论等；⑥块体理论和赤平投影分析法；⑦工程地质类比法；⑧物理模拟法。

参考文献

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〔编辑：王霞〕

The Influence Factors of Surrounding Rock Pressure

Ma Yunfeng

Abstract： In the process of surrounding rock cavern excavation played a role in a certain load， the force in the form of its complex and diverse， the appropriate method for determining also different. Its failure modes and failure depends mainly on the structural features characteristic of the rock mass.

Key words： rock； chamber； surrounding rock； support