渗流影响岩体开挖稳定性

岩体由结构体和结构面组成,其渗流特征和稳定性影响因素复杂,其中包括工程地质因素和水文地质因素两大类,工程地质因素起主导作用,而水文地质因素对工程地质因素起到弱化或降低的作用,如地下水降低了结构体和结构面的强度,使得岩体的整体稳定性受到影响等。岩体受渗流影响时,结构面是岩体的主要渗流通道,而结构体可以认为是不透水介质,因此结构面的分布形态直接影响岩体渗流的各向异性,结构面的开度和密度等直接影响渗透系数的大小及渗流分析模型的选取。而岩体开挖后,其初始工程地质条件和水文地质条件受到破坏,如岩体初始应力状态被破坏和次生岩体裂隙面增多等,使得岩体的渗流特性受到严重影响。

隧道开挖后,其受渗流控制的因素主要为:①裂隙带高度与含水岩体至洞室顶板间距的比值;②每延米洞长洞室围岩张开裂隙的平均数量;③每延米洞长洞室围岩断层等破碎带的平均宽度;④洞室围岩上覆相对隔水层强度;⑤上覆含水体富水性;⑥洞室上覆含水体水压;⑦洞室埋置深度;⑧裸洞挖掘方式及施工技术水准;⑨洞室的间距。相关研究表明,每延米洞长洞室围岩断层等破碎带的平均宽度、上覆含水体富水性、每延米洞长洞室围岩张开裂隙的平均数量、裂隙带高度与含水岩体至洞室顶板间距的比值、洞室上覆含水体水压这5个因素对裂隙围岩渗流控制的影响较大。也就是说,这5个因素对隧道开挖后围岩的渗流起主要影响作用,而其他因素直接或间接地影响着这5个因素。如果排除裂隙围岩中断层破碎带这个非人为因素的作用,那么一般围岩渗流控制因素的最主要影响因素就是上覆含水体的富水性和每延米洞长洞室围岩张开裂隙的平均数量,而隧道开挖技术的好坏将直接影响到张开裂隙的性质。从这个意义上说,岩体的开挖渗流作用将对岩体的稳定性带来重要影响。这些研究成果为保护隧道施工过程中受渗流影响的围岩稳定性提供了依据。

岩体边坡的稳定和裂隙围岩的稳定一样,主要受结构面的控制,结构体本身的强度等物理力学参数的影响为次要因素。在渗流条件下,边坡稳定受到渗流作用的威胁。常见边坡渗流失稳破坏主要受降雨渗流的影响,降雨的强度不一样,边坡的稳定性也不一样,因为降雨强度不同会直接影响到边坡岩体饱和与非饱和区的变化,从而影响边坡岩体的渗流场,使得边坡破坏呈现出不同的形式;而常态地下水渗流的影响主要发生在水源补给稳定的地区,如水电站、蓄水池和河流堤坝等出现的滑坡问题。(www.xing528.com)

岩体开挖后,由于卸荷作用使得岩体内存在卸荷区域,其尺寸大小由揭露面或卸荷范围确定。在卸荷区域内,岩体节理或裂隙面的密度增加,节理连通性增强,而且由于卸荷影响岩体内的力学平衡,使得岩体在卸荷作用下表现出极不稳定状态。卸荷后,岩体裂隙率、裂隙开度发生了很大变化,岩体渗透率也随之发生明显的变化,因此,岩体的卸荷渗流特性较原岩渗流特性有明显的不同,使得卸荷渗流作用严重威胁岩体边坡的稳定性。