地下洞室围岩的变形与破坏

（一）围岩的变形

导致围岩变形的根本原因是地应力的存在。洞室开挖前，岩（土）体处于自然平衡状态，内部储蓄着大量的弹性能。洞室开挖后，这种自然平衡状态被打破，弹性能释放。一定范围内的围岩发生弹性恢复变形。另外，由于围岩应力重新分布，各点的应力状态发生变化，导致围岩产生新的弹性变形，这种弹性变形是不均匀的，从而导致洞室周边位移的不均匀性。

重新分布的围岩应力在未达到或超过其强度以前，围岩以弹性变形为主。一般认为，弹性变形速度快、量值小，是随着开挖过程几乎同时完成的。当应力超过围岩强度时，围岩出现塑性区域，甚至发生破坏，此时围岩变形将以塑性变形为主。塑性变形延续时间长、变形量大，是围岩变形的主要组成部分。

如果围岩节理、裂隙十分明显或者围岩破坏严重时，节理、裂隙间的相互错位、滑动及裂隙张开或压缩变形将会占据主导地位，而岩块本身的变形成分退居次要地位。按照岩体结构力学的原理，由于岩体中大小结构面的存在，围岩的变形都会或多或少地存在结构面的变形。

此外，由于岩石的流变效应十分明显，围岩长期处于一种动态变化的高应力作用之中，流变也是围岩变形不可忽略的组成部分。

（二）围岩破坏

由于围岩应力的重新分布，导致洞顶和两帮中部成为最先破坏的起点；结构面的不同组合形成局部切割块体不稳定而滑移；洞室开挖后由于风化作用、围岩遇水软化或围岩强度本身较低，引起洞室围岩破坏或围岩膨胀等原因，导致了围岩破坏形式分为洞顶坍塌、边墙滑落和洞底膨胀。

1.洞顶坍塌(www.xing528.com)

洞顶坍塌亦常称为冒顶。顶板塌落后的形状与洞室围岩有很大关系。如果围岩强度较低、裂隙发育较少，塌落形状与普氏压力拱相似，见图8-13（a）；绝大多数顶板坍塌与结构面的切割相关，见图8-13（b）、（c）所示。

图8-13　常见围岩破坏类型

（a）塌落形状与普氏压力拱相似；（b）、（c）塌落与结构面的切割相关；（d）、（e）边墙滑落；（f）、（g）洞底膨胀

2.边墙滑落

边墙的滑落与顶板情形类似，结构面的影响是主要的，见图8-13（d）、（e）。

3.洞底膨胀

洞室开挖后底板的隆胀是很常见的，特别是在围岩塑性变形显著、岩性软弱和埋深较大的洞室，表现得最明显，有时也造成洞壁挤出现象，见图8-13（f）、（g）。实际上，由于我们在洞室支护中常常不支护底板，因而几乎所有洞室均有不同程度的底板隆胀现象。