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地铁隧道围岩稳定性影响因素的分析

时间:2016-05-29  作者:佚名

(2)峰值前岩块的变形特性

根据米勒曾经对28种岩石的试验成果,将岩块峰值前的应力-轴向应变曲线分为以下6类:

类型Ⅰ:变形特性近似为直线,直到突然发生破坏,特别是坚硬、极坚硬的岩石容易出现这类变形特性。类型Ⅱ:初始为直线段,至末端则出现屈服段(即曲线段),特别是较坚硬且少裂隙的岩石容易出现这类变形特性。类型Ⅲ:初始为上凹曲线,然后逐渐变为直线,直到突然发生破坏,特别是坚硬而有裂隙发育的岩石容易出现这类变形特性。类型IV:中间部分很陡的“S”形曲线,特别是某些坚硬变质岩容易出现这类变形特性。类型V:中间部分较缓的“S”形曲线,特别是某些压缩性较高的岩石容易出现这类变形特性。类型VI:初始为一直线段,然后就出现不断增长的塑形变形和蠕变变形,特别是某些蒸发岩和极软岩容易出现这类变形特性。

2)循环载荷条件下的变形性质

当在同一荷载下对岩块进行加载和卸载时,如果卸载点P的应力小于岩石的弹性极限A,则卸载曲线将沿加载曲线回到出发点,即弹性恢复(图3);如果卸载点P的应力大于岩石的弹性极限A,则卸载曲线将偏离原来的加载曲线,也不再回到出发点,变形除了弹性变形外,还出现了塑性变形(图4)。

在反复加载和卸载的条件下,进行变形试验,得到如图5所示的应力-应变曲线。由图可以得到以下结论:①逐级一次循环加载条件下,其应力-应变曲线的外包线与连续加载条件下的曲线基本一致[图5(a)],说明加载和卸载过程没有改变岩块变形的基本特性,这种现象也称为岩石记忆;②每次加载和卸载曲线都不重合,并且围成一个环形,称为回滞环;③当应力在弹性极限以上某一个较大值下进行反复加载和卸载时,由图5(b)可见,曲线随着反复的加载和卸载次数的逐渐增加而逐渐变陡,回滞环的面积逐渐变小,残余变形逐渐增加,岩块的总变形等于各次循环产生的残余变形之和。

3.1.2 三轴压缩条件下岩块变形性质

以往的试验研究表明:在有围压作用的条件下,岩石的变形性质与单轴压缩时有较大的差别。图6和图7为大理岩和花岗岩在不同围压大小条件下的曲线。小学语文教学论文由图可知:首先,破坏前随着围压的增大,岩块的应变也逐渐增大;其次,随着围压的增大,岩块的塑性也逐渐增大,并且由脆性逐渐转化成延性。如图6所示的大理岩,在围压为零或较低的情况下,岩石呈现脆性状态;当围压增大至50MPa时,岩石表现出由脆性向延性转化的过渡状态;围压增大至68.5MPa时,表现出延性流动状态;当围压增大到165MPa时,试件承受力随着围压的增大,出现应变硬化现象。这说明围压对岩石力学性质起着关键的作用,通常把岩石由脆性转化为延性的临界围压称为转化压力。图7所示的花岗岩也有近似的特性。

3.2 岩块的强度性质

3.2.1 单轴抗压强度

1)单轴抗压强度的确定

在单向压缩的情况下,岩块所能够承受的最大压应力即单轴抗压强度,也可以称为抗压强度。抗压强度的测试方法比较简单,并且与剪切强度和抗拉强度之间存在着一定的比例关系,因此可以借助抗压强度大致估算出其他强度参数。

使用标准试件在单轴压力机上施加轴向载荷,直到试件破坏所获取的强度即为岩块的抗压强度。例如设试件已经被破坏,则岩块的单轴抗压强度为:

式中,σc为单轴抗压强度,MPa;pc为荷载,N;A为横截面面积,mm2。

2)单轴抗压强度的影响因素

(1)加工精度和试件的几何形状;

(2)加载速率;

(3)端面条件;

(4)湿度和温度;

(5)层理结构。

试验研究显示,岩块的三轴压缩强度的影响因素有围压、空隙压力、岩块本身的性质、温度、湿度、试件的形状大小等。特别是矿物的成分、结构、微结构面发育情况及其相对于最大主应力的方向和围压的影响尤为显著。

3.3 岩体的结构特征

岩体的结构特征可以采用岩体的破碎或者岩体的完整性来表示,在一定程度上它反映出了岩体受到地质构造作用的程度。在近代围岩分类标准中,已经把岩体的破碎程度或者岩体的完整性作为分类的基本指标之一。破碎程度在某种程度上面反映出了岩土体在地质构造运动过程中受到的破坏作用的程度,岩土体越破碎则隧道越不稳定,越容易发生垮塌等现象。

3.4 结构面性质和空间的组合

对于地下洞室来说,围岩中仅仅存在单一的结构面,一般不会影响地下洞室的稳定性。

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