【精选考点】2020年一级造价工程师《技术与计量(土建)》精髓考点:围岩稳定

2019年12月28日 来源:来学网

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围岩稳定

  (一)地下工程位置选则的影响因素

  地下工程位置的选择,除取决于工程目的要求外,还需要考虑区域稳定、山体稳定及地形、岩性、地质构造、地下水、地应力等五个因素的影响。

  (1)地形条件

  在地形上要求山体完整,地下工程周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。如选择隧洞位置时,隧洞进出口地段的边坡应下陡上缓,无滑坡、崩塌等现象存在。洞口岩石应直接出露或坡积层薄,岩层最好倾向山里以保证洞口坡的安全。

  (2)岩性条件

  坚硬完整的岩体,围岩一般是稳定的,能适应各种断面形状的地下工程。而软弱岩体,如黏土岩类、破碎及风化岩体、吸水易膨胀的岩体等,通常力学强度低,遇水易软化、崩解及膨胀等,不利于围岩的稳定。

  因此,地下工程位置应尽量选在坚硬完整岩石中。一般而言,岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及变质岩,围岩的稳定性好,适于修建大型的地下工程。凝灰岩、黏土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩,稳定性差,不宜建大型地下工程。

  (3)地质构造条件

  1)褶皱的影响。在背斜核部,岩层呈上拱形,有利于洞顶的稳定。向斜核部岩层呈倒拱形,易于塌落。原则上应避开褶皱核部,若必须在褶皱岩层地段修建地下工程,可以将地下工程放在褶皱的两侧。

  2)断裂的影响。断层破碎带及断层交汇区稳定性极差,地下工程开挖如遇较大规模的断层,基本上都会产生塌方甚至冒顶(洞顶大规模突然坍塌破坏)。一般而言,应避免地下工程轴线沿断层带布置。而地下工程轴线垂直或近于垂直断裂带,所需穿越的不稳定地段较短,但也可能产生塌方。因此,在选址时应尽量避开大断层。

  3)岩层产状的影响。对于地下工程轴线与岩层走向垂直的情况,围岩的稳定性较好,特别是对边墙稳定有利。在水平岩层中布置地下工程时,应尽量使地下工程位于均质厚层的坚硬岩层中。当洞身穿过软硬相间或破碎的倾斜岩层时,顺倾向一侧的围岩易于变形或滑动,造成很大的偏压,逆倾向一侧围岩侧压力小,有利于稳定。

  (4)地下水

  在选址时最好选在地下水位以上的干燥岩体内,或地下水量不大、无高压含水层的岩体内。

  (5)地应力

  初始应力状态是决定围岩应力重分布的主要因素。

  (二)围岩的工程地质分析

  (1)围岩稳定性分析

  变形与破坏的五种形式:

  1)脆性破裂,经常产生于高地应力地区。存储有很大弹性应变能的岩体,在开挖卸荷后,能量突然释放形成的。

  2)块体滑移,是块状结构围岩常见的破坏形式,常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。

  3)岩层的弯曲折断,是层状围岩变形失稳的主要形式。在倾斜层状围岩中,当层间结合不良时,顺倾向一侧拱脚以上部分岩层易弯曲折断,逆倾向一侧边墙或顶拱易滑落掉块。在陡倾或直立岩层中,因洞周的切向应力与边墙岩层近于平行,所以边墙容易凸邦弯曲。

  4)碎裂结构岩体在张力和振动力作用下容易松动、解脱,在洞顶则产生崩落,在边墙上则表现为滑塌或碎块的坍塌。当结构面间夹泥时,往往会产生大规模的塌方,如不及时支护,将愈演愈烈,直至冒顶。

  5)一般强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的土体,在重力、围岩应力和地下水作用下常产生冒落及塑性变形。

  【2017 真题】围岩变形与破坏的形式多种多样,主要形式及其状况是( )。

  A.脆性破裂,常在存储有很大塑性应变能的岩体开挖后发生

  B.块体滑移,常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移形式出现

  C.岩层的弯曲折断,是层状围岩应力重分布的主要形式

  D.碎裂结构岩体在洞顶产生崩落,是由于张力和振动力的作用

  E.风化、构造破碎,在重力、围岩应力作用下产生冒落及塑性变形

  『正确答案』BD

  (2)围岩的分类

  主要是鉴于围岩的稳定性对围岩进行分类,不同建设行业对围岩的分类尚不尽相同。例如,水利建设行业将围岩分为五类,交通建设行业将围岩分为六类。

  (三)提高围岩稳定性的措施

  (1)支撑与衬砌。

  支撑是在地下工程开挖过程中用以稳定围岩用的临时性措施。按照选用材料的不同,有木支撑、钢支撑及混凝土支撑等。在不太稳定的岩体中开挖,需及时支撑以防止围岩早期松动。

  衬砌是加固围岩的永久性结构,其作用主要是承受围岩压力及内水压力,有混凝土及钢筋混凝土衬砌,也可以用浆砌条石衬砌。

  (2)喷锚支护。喷锚支护是在地下工程开挖后,及时地向围岩表面喷--薄层混凝土(一般厚度为 5~20cm),有时再增加一些锚杆,从而部分地阻止围岩向洞内变形,以达到支护的目的。

  喷锚支护能使混凝土喷层与围岩紧密结合,并且喷层本身具有一定的柔性和变形特性,因而能及时有效地控制和调整围岩应力的重分布,最大限度地保护岩体的结构和力学性质,防止围岩的松动和坍塌。如果喷混凝土再配合锚杆加固围岩,则会更有效地提高围岩自身的承载力和稳定性。

  【2018 年真题】地下工程开挖后,对于软弱围岩优先选用的支护方式为( )。

  A.锚索支护

  B.锚杆支护

  C.喷射混凝土支护

  D.喷锚支护

  『正确答案』D

  喷混凝土具备以下几方面的作用:

  首先,能紧跟工作面,速度快,因而缩短了开挖与支护的间隔时间,及时地填补了围岩表面的裂缝和缺损,阻止裂隙切割的碎块脱落松动,使围岩的应力状态得到改善;

  其次,由于有较高的喷射速度和压力,浆液能充填张开的裂隙,起着加固岩体的作用,提高了岩体的强度和整体性。

  此外,喷层与围岩紧密结合,有较高的粘结力和抗剪强度,能在结合面上传递各种应力,可以起到承载拱的作用。

  为了防止锚杆之间的碎块塌落,可采用喷层和钢丝网来配合。

  【2018 年真题】对新开挖围岩面及时喷混凝土的目的是( )。

  A.提高围岩抗压强度

  B.防止碎块脱落改善应力状态

  C.防止围岩渗水

  D.防止围岩变形

  『正确答案』B

  『答案解析』本题考查的是边坡稳定。喷混凝土具备以下几方面的作用:首先,它能紧跟工作面,速度快,因而缩短了开挖与支护的间隔时间,及时地填补了围岩表面的裂缝和缺损,阻止裂隙切割的碎块脱落松动,使围岩的应力状态得到改善。其次,由于有较高的喷射速度和压力,浆液能充填张开的裂隙,起着加固岩体的作用,提高了岩体的强度和整体性。此外,喷层与围岩紧密结合,有较高的黏结力和抗剪强度,能在结合面上传递各种应力,可以起到承载拱的作用。参见教材 P27。

  (四)各类围岩的具体处理方法

  (1)对于坚硬的整体围岩,岩块强度高,整体性好,在下工程开挖后自身稳定性好,基本上不存在支护向题。这种情况下喷混凝土的作用主要防止围岩表面风化,消除开挖后表面的凹凸不平及防止个别岩块掉落,其喷层厚度一般 3~5cm。当地下工程围岩中出现拉应力区时,应采用锚杆稳定围岩。

  【2014 年真题】对地下工程围岩出现的拉应力区多采用的加固措施是( )。

  A.混凝土支撑

  B.锚杆支护

  C.喷混凝土

  D.挂网喷混凝土

  『正确答案』B

  『答案解析』本题考查的是地下工程围岩的稳定性。当地下工程围岩中出现拉应力区时,应采用锚杆稳定围岩。参见教材 P27。

  (2)对于块状围岩,这类围岩的坍塌总是从个别石块——“危石”掉落开始,再逐渐发展扩大,只要及时有效地防止个别“危石”掉落,就能保证围岩整体的稳定性。一般而言,对于此类围岩,喷混凝土支护即可,但对于边墙部分岩块可能沿某一结构面出现滑动时,应该用锚杆加固。

  (3)对于层状围岩,在开挖地下工程时,往往不易打成拱形(或圆形),爆破后顶面经常成平板状,如不加支护,围岩常常先发生弯曲张开,然后逐渐坍塌。因此对于此类围岩,应以锚杆为主要的支护手段。

  (4)对于软弱围岩,相当于围岩分类中的 IV 类和 V 类围岩,一般强度低、成岩不牢固的软岩,破碎及强烈风化的岩石。该类围岩在地下工程开挖后一般都不能自稳,所以必须立即喷射混凝土,有时还要加钢筋网,然后打描杆才能稳定围岩。

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