地下洞室围岩稳定性评价方法

地下洞室围岩稳定性评价方法

地下洞室围岩稳定性评价是地下工程设计和施工中的关键环节。本文系统介绍了定性评价和定量评价两种方法，详细阐述了各自的评价要素、计算方法和应用原则，为相关领域的工程技术人员提供了实用的参考指南。

地下洞室围岩稳定性评价是地下工程洞室岩土工程研究的核心，一般采用定性评价与定量评价相结合的方法进行，定量评价方法适用于埋深较大或规模较大的地下洞室，对埋深较浅或规模较小的洞室，定性评价即可满足工程需求。关于两种方法简述如下：

1. 定性评价

1.1 概述

定性评价是根据工程设计要求，对洞址区的工程地质条件进行综合分析，并按一定的标准和原则对洞室围岩进行分类和分段，找出可能产生失稳的部位、破坏形式及其主要影响因素。

1.2 评价要素

1.2.1 岩体特性

包括岩石强度、结构面特性和地下水条件。

1.2.2 洞室形状与规模

断面形状和施工方式会影响围岩的稳定性。

1.2.3 常见失稳部位

破碎松散岩体或软弱岩类分布区。

碎裂结构岩体或半坚硬层状岩体分布区。

多组软弱结构面切割部位。

应力集中部位，如岩柱或形状急剧变化的区域。

1.3 围岩稳定的标志

• 岩体完整性较好：

• 新鲜完整的坚硬或半坚硬岩体是围岩稳定的重要标志。

• 这些岩体裂隙不发育，整体性好。

• 裂隙发育情况：

• 稳定围岩的裂隙通常较少，或者虽有裂隙但其间隙紧密闭合，且裂隙的连续性较差，不能形成贯通的不稳定分离体。

• 地下水活动情况：

• 围岩稳定的区域地下水活动较弱或基本没有。

• 如果岩体新鲜坚硬，即使裂隙较发育，但在地下水活动微弱的情况下也可视为稳定。

• 岩体类型：

• 在地质条件上，新鲜坚硬或半坚硬岩体通常是稳定的围岩类型。

2. 定量评价方法

定量评价是根据一定的判据对围岩进行稳定性定量计算。目前工程上常用稳定性系数η来反映围岩的稳定性。所谓稳定性系数是指围岩强度与相应的围岩应力之比，当η=1 时，围岩处千极限平衡状态；当η>1 时，围岩稳定；当η<1 时，则不稳定。实际评价时，为安全起见，应有一定的安全储备，因此常将η 除以一大于1 的安全系数。

• 当 η= 1时，围岩处于极限平衡状态。

• 当 η> 1时，围岩稳定。

• 当 η< 1时，围岩不稳定。

2.1 η的通用计算

在地下洞室工程中，常取安全系数FS= 2，即要求围岩的实际强度至少是计算强度的 2 倍。

这意味着即使实际强度降低到一半，洞室仍然能够保持稳定。

引入安全系数后的围岩稳定性条件变为：

η = 岩体强度 / 围岩应力 ≥ FS

或：

实际强度 ≥ 计算应力 × FS

这种方式确保了工程的长久安全和耐久性。

2.2 整体稳定性计算

针对整体状或块状岩体，将围岩视为均质连续介质，通过弹性应力分布计算洞壁处的最大应力，并与岩体的抗压或抗拉强度进行比较，确保满足以下条件：

其中：

• σoc和 σot分别为洞壁的最大压应力和拉应力。

• σc和 σt为岩体的抗压和抗拉强度。

• FS 为安全系数，一般取值为 2。

2.3 局部稳定性计算

针对裂隙岩体中由于结构面切割形成的不稳定分离体进行分析。

2.3.1 洞顶分离体稳定性

通过求解分离体的高度和单位长度重量，计算出稳定性系数。当稳定性系数γ > 2时，洞顶分离体稳定，否则不稳定。

2.3.2 侧壁分离体稳定性

通过考虑侧壁分离体在自重作用下的滑移和抗滑阻力，计算稳定性系数。若稳定性系数满足一定的安全要求，则侧壁分离体可视为稳定。

3. 稳定性评价原则

• 避开不稳定部位：选址时应尽量避开地质条件较差或应力集中的区域。

• 确保安全储备：评价中引入安全系数，确保围岩具有足够的稳定储备。