变形压力是指洞室围岩在受到支护结构限制下的变形所导致的对支护产生的压力。

影响因素

变形压力的大小受多种因素影响,包括岩体的力学性质、岩体的初始应力场、洞室形状、支护时间和支护刚度等。

成因分类

变形压力按照成因可分为三种类型。(1)弹性变形压力:指在及时采取支护措施的情况下,围岩保持在弹性应力状态下,或在紧邻开挖面的位置,由于“空间效应”的存在,使得支护结构只受到部分围岩的弹性变形作用,从而形成的变形压力。(2)塑性变形压力:当围岩的二次应力状态超过岩体的极限强度时,洞室围岩出现塑性区域,围岩在此区域内发生塑性变形,由此产生的压力被称为塑性变形压力,这也是最常见的围岩变形压力。(3)流变压力:在流变围岩中,洞室周围产生了随着时间增长的显著变形或流动,由岩体变形、流动引起的这种压力被称为流变压力,具有显著的时间效应,可能导致围岩鼓胀。

发展过程

洞室开挖后,若重新分布的应力小于围岩的岩体强度(弹性极限),围岩会处于稳定状态。但如果重新分布的应力超过了围岩的岩体强度,则洞室周围的围岩首先会发生破坏,裂隙从岩石表面沿着径向方向向岩石内部延伸,这个延伸范围被称为塑性区。随着围岩塑性区向岩石深处的发展,靠近洞室的围岩表层开始松动。如果能够及时进行支护,可以使围岩与支护形成平衡状态,在此状态下,支护承受了围岩向洞室内的径向方向收敛变形所产生的变形压力,以及部分松动压力。

围岩位移监测

通过监测围岩变形(洞周收敛、围岩位移)和支护应力(如锚杆应力、喷射混凝土层应力)的数据,可以建立围岩和支护两者的特征曲线。这两条曲线的交点代表平衡点,可用于分析评估洞室的稳定性和支护效果。当支护特征曲线在最大允许变形处相交时,所需的支护抗力最小。考虑到一定的安全裕度,围岩变形应控制在最大允许值以内,因此支护抗力可以在A点适当提高。当平衡点位于B点右侧时,变形急剧增加,围岩可能发生破坏,此时应及时采取加固措施。围岩收敛测试的时间过程曲线还可以用于确定最终支护的时机。通常,会在收敛速度明显下降、收敛量已达到最大允许值的80%-90%,且收敛速度达到0.15mm/d或顶拱位移速率小于0.1mm/d时进行支护。

允许变形值

围岩的稳定主要取决于变形量。通过对观测数据的研究,首先确定破坏变形的极限值,然后再确定变形的允许值。

参考资料