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關(guān)于軟巖工程力學(xué)相關(guān)問(wèn)題的探討
軟巖是指在工程力學(xué)作用下能夠產(chǎn)生顯著(zhù)的變形的工程巖體，下面是小編搜集整理的一篇探究軟巖工程力學(xué)問(wèn)題的論文范文，供大家閱讀參考。
摘要：隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )的經(jīng)濟的發(fā)展，人類(lèi)采礦活動(dòng)不斷深入，軟巖也隨之不斷增加。因此所遇到的困難也越來(lái)越復雜多變。本文主要分析了軟巖工程力學(xué)中的相關(guān)問(wèn)題，以及簡(jiǎn)要的介紹了隧道大變形問(wèn)題的處理方法和措施。
關(guān)鍵詞：軟巖;軟巖工程;工程力學(xué);措施
一，軟巖工程力學(xué)
(一)軟巖的概念
軟巖工程是一個(gè)相對的概念，在不同的地區、不同的埋藏深度，都會(huì )使軟巖工程所表現出來(lái)的特性發(fā)生不確定性的變化，甚至使軟巖工程發(fā)生根本性的徹底變化。軟巖是指在工程力學(xué)作用下能夠產(chǎn)生顯著(zhù)的變形的工程巖體。軟巖的特性主要表現在兩個(gè)方面，―是一種工程巖體，二是具有顯著(zhù)塑性變形。
軟巖是一種工程巖體，與建筑工程密切相關(guān)，沒(méi)有工程作參考，就無(wú)軟巖可談。軟巖的巖體在工程力學(xué)作用下均能產(chǎn)生顯著(zhù)得塑性變形。這種變形，部分是有利于工程巖體維護的，但是另外部分則是有害于工程巖體的維護，在沒(méi)有顯著(zhù)變形作參考地前提下，也難以搞清楚什么是軟巖。
在傳統意義上，軟巖是指存在于硬巖和土體之間的一種介質(zhì)。例如，在我國大西北地區存在著(zhù)大量的黃土窯洞，其工程介質(zhì)是黃土，但它既沒(méi)有支護，也沒(méi)有顯著(zhù)的變形，因此不可能稱(chēng)之為軟巖，只能將其稱(chēng)之為硬巖。因此軟巖是一種特殊的工程介質(zhì)。
事實(shí)上，目前國內外對硬巖、軟巖和土之間尚且沒(méi)有嚴格的區分界限。但是有一種標準可以明確區分其介質(zhì)是屬于硬巖、軟巖還是土。硬巖和土的工程問(wèn)題，均可以采用傳統的力學(xué)方法來(lái)描述和解決，但是軟巖的工程問(wèn)題，是很難采用傳統力學(xué)方法加以解決的。
(二)軟巖的兩個(gè)基本力學(xué)屬性
軟巖主要擁有兩個(gè)基本的力學(xué)屬性，一是軟化臨界荷載，二是軟化臨界深度。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應用水平的不斷提高，特別是圍壓的增大，軟巖所產(chǎn)生的塑性變形明顯有所增加，這使得在低應力水平作用下表現為硬巖特性的巖石，在提高了應力水平的前提下會(huì )顯示出了明顯的塑性變形。對于已經(jīng)給定的工程軟巖，均由彈性變形為主的工程狀態(tài)向以塑性變形為主的工程狀態(tài)轉化的臨界點(diǎn)，將其稱(chēng)之為軟化的突變點(diǎn)，而與之相對應的應力水平稱(chēng)之為軟化臨界荷載。
軟化臨界深度與軟化臨界荷載也是交相對應的，巖石亦存在著(zhù)一個(gè)軟化臨界深度。對已經(jīng)給定的礦區，其中軟化臨界深度也是一個(gè)客觀(guān)的變量。
(三)軟巖工程的分類(lèi)
軟巖的變形和流動(dòng)型式對于軟巖支護作用及其優(yōu)化作用具有極其重要的影響意義。因此，軟巖工程的分類(lèi)主要依據它的變形流動(dòng)型式，軟巖工程的分類(lèi)主要包括以下幾個(gè)方面：一是連續變形型軟巖，二是不連續流動(dòng)型軟巖，三是復合型軟巖。其中連續變形型軟巖又可以分為塑變形型軟巖和流變性軟巖，而不連續流動(dòng)型軟巖可以劃分為松散流動(dòng)型軟巖和節理滑移型軟巖。由此可見(jiàn)，軟巖根據不同的標準可以分為很多種類(lèi)。
二、軟巖工程力學(xué)在應用中存在的主要問(wèn)題
(一)特殊的時(shí)間效應問(wèn)題
軟巖工程力學(xué)的方法和傳統的固體力學(xué)方法，在變形以及時(shí)間因素的關(guān)系描述方面具有很大的異同。軟巖工程力學(xué)中應該考慮的變形是最多的，它不僅需要考慮傳統固體力學(xué)中所研究的各種變形的分量，而且還有一些是軟巖工程中所特有的。這些獨特的變形分量與時(shí)間有密切關(guān)系的變形也是軟巖大變形、大位移的根源。
(二)非光滑變形的問(wèn)題
目前，大多數軟巖工程存在著(zhù)諸多的非光滑性變形的問(wèn)題，對于如何解決這樣的問(wèn)題，不同的工程單位可能會(huì )采取不同的措施。但是大部分都會(huì )首先對軟巖的巖體進(jìn)行具體的分析處理，并且在此基礎上針對不同的介質(zhì)。采取各自相應的措施來(lái)解決。但是在做巖體的連續性概化之前，首先應該根據軟巖巖體的具體情況，綜合運用相應的措施和方法來(lái)進(jìn)行概化，決對不能沿用傳統的方式，只是采用固體力學(xué)的方式來(lái)衡量工程軟巖。
(三)軟巖的大變形問(wèn)題
軟巖的大變形問(wèn)題主要是指，非線(xiàn)性力學(xué)問(wèn)題，其中主要包括幾何和物理非線(xiàn)性問(wèn)題。在實(shí)際生活中出現的巖體工程力學(xué)問(wèn)題是大變形問(wèn)題，如采礦沉陷、軟巖巷道的收幫等問(wèn)題。顯然，軟巖工程力學(xué)目前一直沿用的還是彈塑性理論，雖然在應用過(guò)程中考慮了材料基本特性，但是嚴格意義上講，卻仍然是小的變形近似與理論。因此，軟巖工程力學(xué)面臨的狀況是依靠彈塑性理論來(lái)企圖解決軟巖大變形的問(wèn)題。
(四)工程巖體力學(xué)設計理論和設計方法問(wèn)題
軟巖工程的變形具有高度非線(xiàn)性的特點(diǎn)，工程的力學(xué)設計主要是采用非線(xiàn)性的大變形工程力學(xué)設計技術(shù)。在國內，目前研究巖體非線(xiàn)性力學(xué)問(wèn)題的很多，但是最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是對如何進(jìn)行非線(xiàn)性力學(xué)設計的研究卻少之又少，甚至根本沒(méi)有這方面的研究。因此，到目前為止，工程巖體力學(xué)設計任然是依據小變形的力學(xué)參數設計方法。然而，對于那些大變形的軟巖工程力學(xué)而言，只有采用塑性變形技術(shù)手段，其設計方法必須是依據非線(xiàn)性的大變形力學(xué)理論，否則可能會(huì )影響工程的整體質(zhì)量。
三、軟巖隧道大變形
(一)軟巖大變形原因分析
1.地應力場(chǎng)對隧道變形的影響
隧道通過(guò)易變形的頁(yè)巖，容易發(fā)生嚴重的流塑性變形，從而導致巖體被破壞。因此，高的應力是隧道發(fā)生大變形的重要條件，也是隧道大變形的誘因。
2.地下水對隧道變形的影響
地下水的存在和運動(dòng)對隧道的影響至關(guān)重要，巖體顆粒由此會(huì )產(chǎn)生動(dòng)力作用，由于水體對巖體會(huì )造成損傷，導致巖體的強度可能降低，巖體的孔隙率會(huì )增大。因此，地下水的發(fā)育是隧道發(fā)生大變形的內在因素，也是重要誘因之一。
3.圍巖強度對隧道變形的影響
不同巖體的抗壓強度是不相同的，在軟巖上施工圍巖變形程度的差異較大，根據巖體變形破壞的理論，當圍巖壓力超過(guò)巖體的抗壓強度的時(shí)候，巖體將會(huì )發(fā)生強烈的變形和破壞。
4.初期支護對隧道變形的影響
通過(guò)對錨桿的監測和分析可以得知，錨桿如果沒(méi)有被打入穩定巖體中形成可靠的圍巖加固圈，因此不能起到充分控制圍巖流塑性變形的作用。
5.施工方法對隧道變形的影響
施工方法也對隧道的變形有著(zhù)非常重要的影響。軟巖變形除了與上述的四項因素有關(guān)之外，還與施工方法也是有非常重要的關(guān)系時(shí)。其中的影響因素有很多，主要可能有以下原因造成工期緊、現場(chǎng)管理復雜等，這些都直接影響到了軟巖的變形。
(二)防治技術(shù)措施
1.施工方面
對于開(kāi)挖后的軟巖必須進(jìn)行適當的應力釋放作用，當應力釋放到一定的程度時(shí)，就要及時(shí)采取有效的支護措施，要盡一切可能保證隧道結構的安全和可行。對于造成隧道大變形的原因，從施工角度可以從以下幾個(gè)方面解決。
首先，減少對圍巖的開(kāi)挖和破壞。在建筑施工時(shí)要盡量減少誘發(fā)圍巖變形的不利因素，控制圍巖變形的惡性發(fā)展。對軟弱圍巖要進(jìn)行支護，加固破碎的圍巖，加固圍巖的變形。保護隧道的安全。
其次，多重支護相結合使用。不僅要利用長(cháng)錨桿，而且還要利用其它一些列可以加固軟巖的工具，用以加固軟巖的應力，防止軟巖隧道出現故障等問(wèn)題。
最后，在施工過(guò)程中采用短臺階開(kāi)挖的方法。這樣可以有效的減緩圍巖變形的速率，使初期錨噴支護和鋼架能夠及早封閉成環(huán)，與圍巖一起形成拱，控制軟巖大變形。
2.設計方面
在隧道的施工過(guò)程中采用新技術(shù)新方法，有助于隧道的安全和加固操作。隧道的結構設計理念主要是“先柔后剛，以柔克剛”。也就是指隧道開(kāi)挖后首先設置柔性支護，允許軟弱圍巖有一定的變形，充分發(fā)揮圍巖的自承的作用，使圍巖和初期支護的組合體共同承受?chē)鷰r荷載和變形，隧道在設計中主要貫徹以下的設計方針：
―是，優(yōu)化洞型，選擇合理斷面;
二是，措施得當，控制變形;
三是，先柔后剛，以柔克剛;
四是，預留變形，謹防侵入凈空;
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