1、第二章井巷地壓地壓概念圍巖的變形和應力分布圍巖壓力及其影響因素2022/7/222第一節(jié) 地壓概念一、井巷地壓概念 地下巖體在未開掘巷道之前，由于自重引起的應力(稱為原巖應力)是處于平衡狀態(tài)的。當在巖層中開掘巷道后，破壞了巖石的原始應力狀態(tài)，引起巖體內(nèi)部的應力重新分布。 它表現(xiàn)為巷道周圍的巖體產(chǎn)生變形、移動甚至破壞，直到巖體內(nèi)部重新形成一個新的應力平衡狀態(tài)為止。在此過程中，巷道本身或架設在其中的支撐物會受到各種力的作用。 井巷地壓就是指在地下巖體中進行采掘活動，而引起的作用在井巷、硐室等周圍巖體中或支撐物上的壓力，簡稱地壓。2022/7/223第一節(jié) 地壓概念一、井巷地壓概念 在井巷地壓作用下

2、，會引起各種力學現(xiàn)象，如頂板下沉、底板鼓起、巷道變形后斷面縮小、巖體破壞甚至產(chǎn)生大面積冒落片幫、支架嚴重變形或損壞，以及大量巖層移動及地表發(fā)生塌陷等。這種由于井巷地壓作用，使巷道圍巖和各種人工支撐物產(chǎn)生的變形、移動和破碎等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為地壓現(xiàn)象。 在大多數(shù)情況下，井巷地壓會給地下掘進工作造成不同程度的危害。為了不影響井巷掘進工作和保證生產(chǎn)安全，必須采取各種技術措施加以控制，包括對巷道的工作空間進行維護，對軟弱或破碎的巖石進行加固，用各種方法使巷道工作空間得到卸壓。其基本目的就是保證生產(chǎn)安全和取得良好的經(jīng)濟效益。 因此，了解井巷地壓的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律對井巷工程的破巖和支護有著重要的意義。2022/7

3、/224第一節(jié) 地壓概念二、原巖應力狀態(tài) 井巷地壓是因井巷掘進后巖體中應力的重新分布引起的，研究掘進后巷道周圍的應力，首先必須研究巷道所在的巖體區(qū)域內(nèi)的原巖應力。 地下巖體中沒有受到人類工程活動(如礦井中開掘巷道等)影響的巖體稱為原巖體，簡稱原巖。天然存在于原巖內(nèi)而與任何人為因素無關的應力稱為原巖應力。原巖應力按產(chǎn)生的原因分為自重應力和構造應力。由于巖體的自身重力作用而產(chǎn)生的應力，稱為自重應力；由于地質(zhì)構造運動而引起的應力，稱為構造應力。另外還有巖體中包含水和瓦斯所引起的應力，也能影響巖體內(nèi)的應力大小與分布。 所有上述因素中，顯然自重引起的應力是普遍存在的，構造應力則決定于該地區(qū)的地殼運動形態(tài)

4、，有時影響面也較大。在井巷掘進之后，掘進空間周圍巖體的應力重新分布。 了解原巖應力是分析掘進后空間的周圍應力重新分布的基礎。2022/7/225第一節(jié) 地壓概念(一)自重應力 處于一定深度的原巖體，承受著上部巖體的重量，由這個重量所引起的單位面積上的內(nèi)力，就是自重應力。 在地表取一個水平的直角坐標x、y，以深度方向為z軸，在巖體中任意取一個與坐標方向相一致的微小的單元立方體，它的垂直方向自重應力z就是單位面積上的巖柱重量，巖柱體積為11z，巖體的容重為，如圖2-(a)所示，在上覆巖層重量作用下，這個單元體上所受的垂直應力2022/7/226第一節(jié) 地壓概念2022/7/227第一節(jié) 地壓概念上

5、述單元立方體在垂直應力的作用下，在z的作用方向產(chǎn)生壓縮變形，而在與z成垂直的方向產(chǎn)生側(cè)向膨脹變形。但側(cè)向由于相互擠壓受到無限相鄰巖體的限制，其橫向變形值，只能為零，應變也為零，即230，因而形成了巖塊的側(cè)向應力x、y(即水平自重應力，就是阻止水平方向變形的擠壓應力)。如圖21(a)所示，地表內(nèi)取任意的巖塊處于半無限空間的狀態(tài)下，假定巖體為各向同性的彈性體，由于巖體自重所引起的側(cè)向應力x、y，因其側(cè)向條件是一致的，因而x=y。且x、y與z成比例關系。令側(cè)應力系數(shù)為，則 x=y =z (23)式中 原巖體側(cè)應力系數(shù)，一般取0.250.43，即原巖體中任意地方的水平應力 約等于垂直應力的2540。為

6、25kNm3，側(cè)應力系數(shù)取0.25，則 例21 求深度為800m處巖體的原巖應力狀態(tài)。 解 令巖層的平均容重2022/7/228第一節(jié) 地壓概念(二)構造應力 根據(jù)原巖自重應力的分布規(guī)律，側(cè)應力系數(shù)不大于1，而應力測量資料表明：一部分應力符合自重應力分布規(guī)律；另一部分卻是水平應力大于垂直應力，側(cè)應力系數(shù)甚至可高達20，二個方向的水平主應力不相等，它的方向、大小與地質(zhì)構造有關。可見，存在著地質(zhì)構造應力。 表21列出了昆明水電勘測設計院對原巖應力的實測資料，水平應力均接近或大于垂直應力。實測地點垂直應力/MPa水平應力/MPa側(cè)應力系數(shù)巖石試驗硐2.221.980.891號高壓平硐0.9540.8

7、160.862號斜井2.381.990.84總岔管7.928.871.122022/7/229第一節(jié) 地壓概念 國外一些原巖應力測量結(jié)果，還說明構造應力也與深度成正比。現(xiàn)在發(fā)生的頻繁的地殼活動，也證明有地質(zhì)構造力在起作用。 地殼中的地質(zhì)構造運動使局部巖層處于構造應力場中。顯然，任何一種構造痕跡都必然反映著一定性質(zhì)的構造應力的作用。地質(zhì)構造不斷在變化，地質(zhì)構造應力又是看不到的，但地質(zhì)構造應力所造成的痕跡，如斷層、褶曲等卻保留在巖體中，它的走向與形成它的方向有著一定的關系，可以根據(jù)各種構造的力學性質(zhì)判斷構造應力的方向。 地質(zhì)構造的形態(tài)雖然是多種多樣的，地質(zhì)構造力也是復雜多變的，但對于每一個具體構造

8、來說，不外乎是由壓應力、拉應力或剪應力形成的，故地質(zhì)構造可以分成壓應力構造、拉應力構造和剪應力構造。大量研究表明，地質(zhì)構造基本上是水平方向擠壓力作用的結(jié)果，可以作為平面問題研究。2022/7/2210第一節(jié) 地壓概念 地殼運動過程中，在地應力的作用下，巖體發(fā)生了體積與形狀的變化。由于巖體的彈性變形，能使巖體內(nèi)貯存巨大的彈性應變能。但這種應變能不可能在巖體中無限制地積累下去，隨著能量的增加，應力達到巖體的強度極限時，它就要發(fā)生破壞(如形成斷層或裂隙等)。這時除在巖體中保存殘余變形外，貯存的能量將部分或全部釋放出來，構造應力也就隨之部分或全部消失。例如，地震時絕大部分應變能得到了釋放。 但在地質(zhì)構

9、造運動結(jié)束以后，巖體中往往會遺留下一部分應力，這種應力叫做殘余構造應力，簡稱為殘余應力。所有這些構造應力和殘余應力都將影響原巖應力場的分布和應力的大小。 構造應力是一個復雜的問題，目前還無法用數(shù)學力學方法進行計算。2022/7/2211第一節(jié) 地壓概念三、圍巖應力的重新分布 原巖應力是自重應力與構造應力的疊加，在井巷掘進之前，原巖應力狀態(tài)處于三向應力平衡狀態(tài)，它們沿著垂直方向和水平方向傳遞。在巖體內(nèi)開挖巷道以后，圍巖中原有的應力方向、大小發(fā)生顯著變化，使巷道周圍巖體中出現(xiàn)應力重新分布。 一方面，巷道內(nèi)的巖體被挖空，巷道上部的巖體失去了支撐而向下變形，致使巷道上部巖體中垂直方向應力降低，原來巷道

10、中巖體支承的應力，被迫轉(zhuǎn)嫁到巷道兩側(cè)，致使巷道兩側(cè)垂直方向應力增加；同樣，巷道兩側(cè)也因失去支撐而向巷道內(nèi)變形，水平方向的應力降低，水平傳遞的應力轉(zhuǎn)嫁到巷道的頂?shù)撞浚瓜锏理數(shù)撞康乃綉υ黾?。另一方面，頂部巖體向下變形，如果是彎曲變形則類似于梁，在水平方向出現(xiàn)拉應力。這種拉應力與兩側(cè)轉(zhuǎn)嫁來的壓應力互相疊加，疊加結(jié)果可能是壓應力，也可能是拉應力，決定于二者的大小。由于巖體變形是逐漸變化的(連續(xù)的)，巖體中應力傳遞的路線也一定是光滑曲線，如果巷道的形狀與應力傳遞的曲線比較接近，則應力變化比較均勻。而由折線組成的巷道，必然在隅角處造成較大的應力變化。2022/7/2212第一節(jié) 地壓概念開挖巷道以后

11、，巖體圍巖應力重新分布，巷道圍巖最大主應力比原巖最大主應力升高，而最小主應力卻降低。圍巖應力由三向應力狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為二向應力狀態(tài)，巷道周邊就是二向應力狀態(tài)：成為變化促使巖體力學性質(zhì)改變，使彈性極限和強度降低。如果應力變化以后仍不超過彈性極限，那么圍巖應力分布就可以相對穩(wěn)定下來。如果應力超過彈性極限，產(chǎn)生塑性變形，應力必將改變。巷道周邊處于二問應力狀態(tài)，與單向受力狀態(tài)一樣，巖體呈脆性，很容易發(fā)生破裂。離巷道周邊一定距離后，圍巖應力逐漸縮小，巖體強度增高，不容易破裂，所以圍巖破裂只限于一定范圍。巷道圍巖處于彈性變形狀態(tài)時，圍巖是穩(wěn)定的。如果出現(xiàn)破裂帶，隨時都有冒落危險，破裂范圍越大，巷道越不容易維護

12、。按圍巖變形的大小、類型等狀況，把巷道周邊的圍巖體分成兩個區(qū)域，一個是破裂帶(非彈性變形帶)，另一個是彈性變形帶(裂隙帶)。當破裂帶內(nèi)的圍巖應力達到極限應力時，圍巖開始破裂，為了保持巷道形狀必須施加以外部的力量，即進行巷道支護。2022/7/2213第一節(jié) 地壓概念對于均質(zhì)而軟弱的彈性巖體，巷道開挖后，在破裂帶內(nèi)應力降低稱為應力降低區(qū)；超過破裂帶進人裂隙帶后應力增高并出現(xiàn)峰值，此為應力集中區(qū)；隨著巖體遠離地下巷道，巷道對于巖體的應力擾動越來越小，接近于原始應力狀態(tài)，此為原巖應力區(qū)m，如圖2-2(a)所示。對于堅硬的彈性巖體，巷道開挖后，其垂直應力分布如圖2-2(b)所示。2022/7/2214

13、第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布一、巷道圍巖的變形移動地下巖體處在復雜的自重應力及構造應力場中。巷道開挖以后，改變了原巖的三向應力平衡狀態(tài)，必然導致其體積與形狀發(fā)生變化，很快產(chǎn)生彈性變形。隨著時間的變化，圍巖發(fā)生蠕變，變形繼續(xù)增加。如果是穩(wěn)定的蠕變，在經(jīng)過一段時間以后，變形結(jié)束，不影響巷道的使用；如果是不穩(wěn)定的蠕變或者是巷道周邊應力超過了彈性極限，就會在巷道周邊首先產(chǎn)生塑性變形甚至于發(fā)生破裂。如果立即采取有力的支護措施，非彈性變形發(fā)展到一定范圍，也能穩(wěn)定下來；如果不采取支護措施或措施不力，破裂帶則會繼續(xù)發(fā)展，圍巖的非彈性變形也逐漸增大，巷道周邊破裂的巖石將會冒落。冒落以后，相當于擴大了巷道，圍巖變

14、形破裂必然繼續(xù)擴大。因此，圍巖的變形是由于開挖巷道時外力作用的結(jié)果。圍巖的彈性變形對生產(chǎn)并沒有多大妨礙，而圍巖的破碎主要是由塑性變形所引起的，圍巖塑性變形區(qū)域越大，變形也越大。在形成塑性變形區(qū)的過程中，圍巖向巷道空間顯著位移，隨著掘進時間的延長，圍巖變形速度將日趨緩和。掘進引起的圍巖應力重新分布趨向穩(wěn)定后，由于巖層的流變性質(zhì)，圍巖變形還會隨時間而緩慢地不斷增長，但其變形速度比巷道初掘期間小得多。2022/7/2215第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布圍巖的變形與原巖應力、巷道位置及形狀尺寸、圍巖的力學性質(zhì)有密切的關系。變形的大小首先決定于原巖應力，而原巖應力的大小與深度成正比，所以深度越大，變形越大

15、。在同樣的深度情況下，構造應力較大的地區(qū)，變形也較大。不同方向的巷道，原巖應力不相同，變形也不同，如平行于巖層走向的運輸巷比垂直于巖層走向的石門的變形較大。巷道圍巖由幾種不同力學性質(zhì)的巖石組成時，強度指標較弱的巖石，變形較大。層理發(fā)育的圍巖，由于層理面強度較弱，產(chǎn)生的變形也較大。圍巖的變形移動較大時，往往會引起巷道頂部的巖石冒落，最后趨于穩(wěn)定的邊界都形成拱形，稱為冒落拱或自然平衡拱。自然平衡拱的形成過程，就是頂板破碎巖石的冒落過程。 2022/7/2216第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布巖石一般沿破裂面滑落，如果冒落高度小于破裂范圍，冒落拱如圖2-3所示。軟巖的內(nèi)摩擦角較小，拱頂較尖。如果冒落拱高

16、度達到破裂帶邊緣，冒落拱就由破裂范圍與破裂面組成，成為馬蹄形，如圖2-4所示。2022/7/2217第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布如果有層理面等弱面，冒落拱在保持基本形狀不變的情況下，可遷就弱面滑落，如圖2-5所示。層理面發(fā)育的圍巖，由于破裂帶范圍的不均勻發(fā)展，可使冒落拱偏轉(zhuǎn)成不對稱形狀，如圖2-6所示。對于塊狀結(jié)構的圍巖，可能沿著弱面大塊滑落，完全不成拱形，如圖2-7所示。2022/7/2218第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布總之，巖石沿破裂面與弱面冒落，原因相同，形狀既有一定的規(guī)則，又是多變的。巖石冒落以后，少數(shù)由于巷道形狀的改變，或者破碎巖石互相的鑲嵌作用，可以維持穩(wěn)定，大多數(shù)情況又會發(fā)生新的

17、破裂帶，如不采取措施，冒落又會進一步發(fā)展，以至冒落拱高達十幾米。由于自重的作用，巷道上方的破裂帶發(fā)展更快。2022/7/2219第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布二、巷道圍巖的應力分布由于開掘后的巷道空間具有復雜的幾何形狀，巷道空間周圍巖體是非均質(zhì)和各向異性的復雜介質(zhì)，目前還無法用數(shù)學力學的方法精確地求解出巷道周圍巖體內(nèi)的應力分布狀態(tài)。根據(jù)采礦工程的特點，為了了解巷道變形的機理，粗略地求解出巷道周圍的應力狀態(tài)，是十分必要的。但是，必須對這種復雜的礦山條件做一些簡化。首先將巷道空間簡化為各種理想的單一形狀的孔，如圓形、橢圓形及矩形等。這樣各巷道之間的影響也就可以視為孔與孔之間的影響。巖體中的單一巷道可

18、近似地視為圓形孔，就可以用解出的孔周邊應力分布狀態(tài)，近似地說明和解釋一些巷道的變形機理。相對于巷道圍巖的范圍來說，除遇到某些大斷層以外，巷道周圍的巖體性質(zhì)可以按連續(xù)介質(zhì)來處理，對于大多數(shù)巖體又可以按均質(zhì)的、各向同性的介質(zhì)來看待，在固結(jié)性巖體破裂之前，可利用彈性力學來求解。2022/7/2220第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布此外，還需對孔周圍的原巖應力場及其應力狀態(tài)作一些假設，并使其典型化。為了對巖體應力重新分布作數(shù)學分析，注意到原巖應力有三種情況：三向等壓(z=x=y)、二向等壓(x=y)和三向不等壓(zxy。煤礦巷道一般平行于或垂直于巖層走向，即往往與一個原巖主應力方向平行；又由于巷道的斷面尺

19、寸遠遠小于巷道長度，巷道周圍巖體(圍巖)中應力分布與巷道軸線上的位置無關，是平面問題(x或y 0)。所以只需分析原巖應力為二向等壓(z=x)及二向不等壓(zx)兩種狀態(tài)，原巖應力是隨深度而正比增加的，巷道圍巖的上部和下部，原巖應力是不相等的。由于井下的巖體是無限或半無限體，則可將應力場看作是由無限遠處作用的均布荷載而形成的。當巷道所處深度大于巷道高度的20倍時，這種應力差就可以略去不計，可以把原巖應力看作為外部荷載。當二向不等壓時，只有垂直應力與水平應力是主應力。當二向等壓時，任意方向都是主應力，如圖28所示。2022/7/2221第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布下面就分別敘述在各種應力場內(nèi)不同形

20、狀的孔周圍應力分布情況。 (一)二向等壓下圓形巷道圍巖彈性應力、如圖2-9所示，從圍巖中取一小圓弧體，內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為(r+dr)，弧長所對的中心角為d，厚度為單位長度1，小圓弧體上距中心r的面上徑向應力為r，在(r+dr)面上則為(r+dr)，切向應力為t。因為是軸對稱，應力只隨半徑變化，與夾角無關，所以小圓弧體兩邊的t相等。t 、r、 (r+dr)均為主應力，可按下式計算：(2-4)2022/7/2222第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布(2-4)2022/7/2223第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布2022/7/2224第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布2022/7/2225第二節(jié) 圍巖的變形和

21、應力分布2022/7/2226第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布三、按圍巖變形量判斷巷道的穩(wěn)定狀態(tài)巷道開挖后，圍巖出現(xiàn)變形是巖體原始應力遭到破壞、失去平衡，而進行調(diào)整的必然現(xiàn)象。如圍巖應力小于巖體強度，它本身就可以進行應力調(diào)整，很快趨于穩(wěn)定，達到新的平衡。否則，變形無限制地發(fā)展，最終將產(chǎn)生片幫、冒頂和塌落。按圍巖變形特征和圍巖變形量大小進行圍巖分類，判斷巷道的穩(wěn)定狀態(tài)時，支護荷載的確定，其目的就是阻止圍巖變形。圍巖變形理論是圍巖分類的理論基礎和重要依據(jù)，也是巷道支護理論的主要組成部分。在這個基礎上制定的圍巖分類可以使錨噴支護結(jié)構、參數(shù)合理化，把設計、施工與監(jiān)控測量緊密結(jié)合起來，真正做到“三位一體”。

22、它具有技術理論先進，經(jīng)濟合理，安全可靠的特點，可極大地促進錨噴支護技術的完善與提高。工程實踐和應用表明，按變形量的圍巖分類方法是符合多因素影響、單一綜合指標發(fā)展方向的。據(jù)此判定圍巖的穩(wěn)定性具有現(xiàn)實意義，見表2-2。2022/7/2227第二節(jié) 圍巖的變形和應力分布2022/7/2228第三節(jié) 圍巖壓力及其影響因素一、圍巖壓力巷道掘進后，破壞了原巖應力的平衡狀態(tài)，引起了一定范圍內(nèi)圍巖應力的重新分布和巖體彈性潛能的釋放，形成應力集中，造成一定范圍內(nèi)圍巖的變形位移，形成塑性松弛區(qū)，惡化了圍巖的物理力學性質(zhì)。有的甚至引起較大位移，使圍巖由塑性轉(zhuǎn)化為松動破裂，產(chǎn)生松動壓力，導致圍巖局部破壞和整體失穩(wěn)，塌

23、方冒頂。為避免出現(xiàn)巷道失穩(wěn)現(xiàn)象，需采取相應的加強支護措施，防止圍巖冒落。圍巖壓力是指巷道周邊巖石抵抗圍巖變形的能力，即支承物所承受的松動破碎圈范圍內(nèi)巖石的形變壓力。從狹義上講，圍巖壓力也稱為支承壓力。從巷道圍巖空間狀態(tài)而言，巷道是由頂板、底板和兩幫組成的一個復合結(jié)構體，結(jié)構的各部分在井巷地壓作用下的受力狀態(tài)不同，其圍巖性質(zhì)也往往存在著很大的差異，因而巷道側(cè)壓和底壓三種類型。2022/7/2229第三節(jié) 圍巖壓力及其影響因素巷道開掘以后，暴露出來的頂板巖石，類似雙支梁一樣支承上部巖石的壓力。受力后的頂板梁將向下彎曲，靠近巷道頂板線的巖石承受拉力而裂開，如圖2-13(a)所示，隨著裂隙的增多、擴大

24、，巖石就開始冒落，它的壓力也將逐漸降低，而作用在巷道兩幫巖石上的壓力卻逐漸增加，如圖2-13(b)、(c)所示。當頂板破碎巖石冒落到一定范圍而形成自然平衡拱時，就停止冒落，如圖2-13(d)所示，這時頂板又處于新的平衡狀態(tài)，巷道上部的壓力，通過拱頂傳到巷道兩幫巖石上。頂板冒落的巖石作用在支承物上的壓力稱為頂壓。2022/7/2230第三節(jié) 圍巖壓力及其影響因素當頂板結(jié)構為較弱的頁巖，其他部位為砂巖時，巷道頂板巖層發(fā)生明顯的彎曲和下沉，并直接影響到巷道兩幫上部的穩(wěn)定，頂板過度彎曲下沉必將導致其斷裂和破碎，頂板軟弱結(jié)構將是巷道支護的重點。頂壓的大小就是冒落拱內(nèi)破碎巖石的重力。頂壓的大小，決定于冒落

25、拱的大小，而冒落拱的大小與頂板巖石的性質(zhì)、巷道的寬度有關。巖石松軟、巷道寬度大，則冒落拱大、頂壓大；反之，巖石堅硬、巷道狹窄，則冒落拱小、頂壓小。在自然平衡拱形成過程中，巷道上部壓力不斷傳給巷道兩幫。若巷道兩幫巖石堅硬，則兩幫不被壓壞，當巷道兩幫結(jié)構為軟弱巖層時，巷道圍巖變形主要表現(xiàn)為兩幫巖層在垂直集中壓力作用下的內(nèi)移，兩幫變形在中部和上部比較突出，則巷道兩幫發(fā)生移動，即所謂片幫，巷道支護的重點在兩幫，如圖2-14所示。這部分垮落的巖石所產(chǎn)生的水平分力，就是巷道的側(cè)壓，即冒落拱內(nèi)破碎巖石自重的側(cè)壓力。其大小與兩幫巖石階性質(zhì)、巷道高度和上部壓力的大小有關。2022/7/2231第三節(jié) 圍巖壓力及

26、其影響因素巷道產(chǎn)生的側(cè)壓得到新的平衡之后，新的自然平衡拱仍將上部的壓力傳給巷道兩幫，再傳給底板。當巷道底板結(jié)構為軟弱巖層時，底板在水平集中壓力作用下的底鼓(圖2-15) 變形十分明顯，圍巖控制的重點將是底鼓。有時底板巖石具有遇水膨脹特性(如粘土頁巖)，當巷道積水，也會由于巖石膨脹而產(chǎn)生底壓。底壓嚴重時，可使巷道嚴重變形，為此底壓嚴重的地區(qū)，常使用特殊形狀斷面的巷道，如圓形斷面巷道。根據(jù)上述三種圍巖壓力產(chǎn)生的原因可知，側(cè)壓和底壓都是由頂壓引起的，而頂壓與巷道的掘進及支護關系更為密切。因此，在生產(chǎn)實踐中，對于頂壓所引起的圍巖變形移動現(xiàn)象，應特別注意。2022/7/2232第三節(jié) 圍巖壓力及其影響因

27、素二、影響圍巖壓力因素的分析巷道圍巖壓力是受多種因素影響的，它隨巖體的地質(zhì)條件、圍巖的變形位移特征、原巖應力狀態(tài)、巷道階性質(zhì)及支護結(jié)構、工程環(huán)境和施工工藝的不同而變化。這些因素可概括為兩大類，即地質(zhì)因素和掘進技術因素?，F(xiàn)以基本不受采動影響的靜壓巷道為例，分析影響圍巖壓力的典型因素。 (一)圍巖變形位移特征 由圍巖變形所引起的圍巖壓力，根據(jù)變形的大小來判別壓力的大小，變形最大的方向，即是通常所說的來壓方向。巷道圍巖巖體包括三部分：頂、底、兩幫。這三部分的巖性可能相差很大，而且穩(wěn)定狀況也各有區(qū)別。實踐證明，任何一條巷道的變形和破壞都是先從穩(wěn)定性程度較差的一部分開始并擴展的，逐漸影響其他部分，最終導

28、致巷道的整體性破壞。圍巖壓力是圍巖變形和破碎引起的，其大小決定于圍巖破裂帶的大小。巷道四周破裂帶大小不同，各方向的圍巖壓力也不同。掌握圍巖位移與時間的基本關系，圍巖的位移速度、位移量以及圍巖位移趨于穩(wěn)定的時間，對認識圍巖壓力的產(chǎn)生、發(fā)展趨勢具有重要意義。2022/7/2233第三節(jié) 圍巖壓力及其影響因素 (1)巷道掘進后，圍巖首先產(chǎn)生彈性變形。經(jīng)過一段時間后，圍巖受風化，力學性質(zhì)降低，致使圍巖不穩(wěn)定，則在巷道周邊最先進入塑性變形，在形成塑性變形區(qū)的過程中，圍巖向巷道空間顯著位移。圍巖壓力從發(fā)生變形時開始產(chǎn)生，并隨著圍巖變形位移量的發(fā)展而明顯增大。 (2)隨掘進時間的延長，圍巖變形速度將日趨緩和

29、。當掘進引起的圍巖應力重新分布趨向穩(wěn)定后，由于巖層的流變性質(zhì)，圍巖變形還會隨時間而緩慢地不斷增長，但其變形速度比巷道初掘期間小得多。在此期間，圍巖壓力也將緩慢增長并趨于穩(wěn)定。這一階段的圍巖壓力主要是由圍巖變形和位移所引起的。 (3)當巷道周邊巖石為較軟巖層時，圍巖變形從位移擴大到松軟破裂帶直至巖石冒落，此時圍巖壓力顯著增大。 (4)圍巖開始冒落到完成，圍巖壓力將從高峰值逐漸降低并趨于穩(wěn)定。這一階段的圍巖壓力主要是由圍巖破碎引起的。2022/7/2234第三節(jié) 圍巖壓力及其影響因素由此可見，巷道圍巖壓力隨圍巖變形移動及破碎過程，將經(jīng)過掘巷期間從產(chǎn)生到明顯增大緩慢增長趨向穩(wěn)定巖石破碎冒落期間顯著增大逐漸降低趨向穩(wěn)定6個時期。學習意義：認識到這種巷道圍巖從掘進巷道到圍巖破壞期間壓力變化的動態(tài)過程，對于正確選擇支護結(jié)構類型，及時發(fā)揮支護的作用，防止圍巖的不利影響，是非常有用的。2022/7/2235第三節(jié) 圍巖壓力及其影響因素 (二)巷道埋深圍巖壓力的大小，是由圍巖的變形移動和破碎狀況決定的。變形的大小首先決定于原巖應力，而原巖應力的大小與深度成正比。所以巷道埋深越大，變形越大，圍巖壓力也越大。在同一深度條件下，構