岩石工程开挖与加固研究进展

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岩石工程开挖与加固研究进展

1 工程开挖。

岩石工程开挖通常时间跨度大（从几个月到数十年）；开挖形成新的工作面的空间相互影响显

着，易导致岩体发生一系列性质上的变化。采用合理岩石工程开挖方法，可有效控制开挖稳

定，消除隐患。

岩石开挖的方法有多种，而爆破应用最为广泛。随着科学技术的不断进步，岩石爆破理论日趋

成熟，相关技术在水电、矿山、交通等各个领域内获得广泛应用，带来了巨大的经济效益和社

会效益。目前岩石爆破技术有：（1 ）光面爆破技术；（2 ）岩石定向断裂控制爆破；（3 ）预

裂爆破；（4 ）微差爆破技术。

在交通、水利工程中的隧道开挖经常用到 TBM 施工，施工中经常出现卡机灾害，并造成严重

的后果，表 4 列举了中国部分复合地层 TBM 施工隧道的卡机案例。

深部软岩巷道开挖后，周围岩体变形一般都较大，引起巷道冒顶、底臌和侧胀等现象。为了合

理地进行岩体变形分析，除了要建立符合岩体变形的物理、力学特性本构模型外，还必须采用

能正确描述大变形的非线性几何理论，才能得到较为合理的结果。大变形也称为有限变形，目

前主要有 2 种有限变形分解理论:（1 ）采用固定坐标系描述方法，以 Green 非线性应变作为应

变度量和 Finger 极分解定理得到的转动张量为转动度量的经典有限变形理论；（2 ）采用拖带

坐标系描述方法，基于应变和转动的分解定理（additive decomposition theorem, 简称 S-R 分解定

理）的有限变形理论。但这 2 种理论都有各自的缺点。针对经典有限变形理论的缺点，陈至达

在拖带系描述法、张量分析和微分变换群等数学理论的基础上，于 1979 年提出应变和转动的

分解定理，完善了 Stokes 在1945 年提出的固体位移场分解理论，克服了以往大变形理论的缺

陷，构成了非线性连续体力学的新体系。

近20 a 来水电工程基础的研究也是中国岩石工程中重要的一个内容，如林锋等基于块体理

论，采用整块模型和分块模型，对锦屏水电站左岸坝头斜坡内发育一较大规模的变形拉裂岩体

在2 种开挖方案下的稳定性进行了系统分析。结果表明，大开挖方案的主要作用为卸载效应，

利于块体稳定；地下水对块体稳定性影响显着，应加强对地下水分布状况及排水方案的研究。

王仁坤和林鹏结合溪洛渡建基面开挖在总结现代高拱坝设计技术与特高拱坝的建设经验的基础

上，提出了特高拱坝建基面优化设计的可行性，其重点是在安全可靠的前提下研究如何利用 III

级岩体作为大坝基础。在此基础上提出了分区分段分层分级对标验收评价新思想.

2 工程加固。

岩土工程中加固技术众多，其中广泛采用锚固技术，相关理论研究主要围绕2 个方面进行：其

一从锚固体加固的效果出发研究作用机制；其二从锚固体与周围接触介质相互作用的角度出发

研究锚固载荷传递机制，尤其是对加浆锚固体中锚固体与注浆体、注浆体与围岩土体间相互作

用的黏应力分布状态以及传递机制。

锚固作用是充分利用锚固岩体的自身抗剪强度，通过锚固体将拉力传递至结构体，以此保持结

构体的自身稳定。目前对锚固作用机制的认识主要有以下几种观点:悬吊作用、组合梁作用、

增强作用、连续压缩拱作用和销钉作用。这些观点反映了不同锚固方式在不同条件下的加固作

用，力学模型为实际情况的抽象处理近 10 a 来，随着岩体工程特别是地下岩体工程规模增大、

数量增多，加固理论得到了发展。为了研究荷载超出结构极限承载力后的结构行为，或结构失

–稳行为，李新平等将复合材料力学的研究方法和观点引入到层状岩体锚杆支护系统，将其看

成是一种由层状岩体（基体材料）、锚杆（纤维材料）、砂浆（黏结材料）构成的单向复合增

强材料，通过理论分析、数值模拟和对比模型试验，定量分析这种等效复合材料的力学性质与

各组分材料之间的关系。李纪三在调查分析和试验的基础上，研究浆液、钢筋、围岩固结成整

体的三位一体联合加固理论。杨强等基于三维弹塑性有限元提出了变形加固理论。张乐文和李

术才在经典锚杆支护理论的基础上，研究了下面几个具有代表性的理论：全长锚固中性点理

论、松动圈理论、围岩强度强化理论、锚固力与围岩变形量关系理论和锚固平衡拱理论。

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摘要：

岩石工程开挖与加固研究进展1工程开挖。岩石工程开挖通常时间跨度大（从几个月到数十年）；开挖形成新的工作面的空间相互影响显着，易导致岩体发生一系列性质上的变化。采用合理岩石工程开挖方法，可有效控制开挖稳定，消除隐患。岩石开挖的方法有多种，而爆破应用最为广泛。随着科学技术的不断进步，岩石爆破理论日趋成熟，相关技术在水电、矿山、交通等各个领域内获得广泛应用，带来了巨大的经济效益和社会效益。目前岩石爆破技术有：（1）光面爆破技术；（2）岩石定向断裂控制爆破；（3）预裂爆破；（4）微差爆破技术。在交通、水利工程中的隧道开挖经常用到TBM施工，施工中经常出现卡机灾害，并造成严重的后果，表4列举了中国部分复...

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