變形壓力

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變形壓力是指洞室圍巖的變形受到支護(hù)結(jié)構(gòu)限制后，圍巖對支護(hù)形成的壓力。

中文名稱

變形壓力

英文名稱

rock deformation pressure

定　　義

圍巖變形、位移、膨脹對支護(hù)物產(chǎn)生的壓力。

應(yīng)用學(xué)科

煤炭科技（一級學(xué)科），煤礦開采（二級學(xué)科），礦山壓力與巖層控制（三級學(xué)科）

根據(jù)上述公式分析表明，無論是哪一種類型的巖體，有效應(yīng)力原理是普遍適用的，巖體的變形破壞取決于有效應(yīng)力，因而巖體內(nèi)空隙水壓力的變化必然對巖體的變形破壞產(chǎn)生影響。

引起巖體內(nèi)空隙水壓力變化的原因，可有以下三個(gè)方面。

⑴地下水補(bǔ)給排泄條件的變化引起的巖體內(nèi)空隙水壓力的變化，如特大降雨，洪水，持續(xù)干旱、人工抽水、注水或水庫蓄水等，均能造成地下水位大幅度的變化，從而引起巖體內(nèi)空隙水壓力的增減。

這類變化往往具有區(qū)域性特征，所影響的范圍和深度都可以很大。例如水庫蓄水使地下水位抬升，根據(jù)卡布里耳壩的觀測資料證明，由于巖體中空隙水壓力增高，出現(xiàn)山體高度增高，兩側(cè)谷壁相互靠近的現(xiàn)象。而大面積的長期抽取地下水引起的地下水位的降低，會造成大范圍內(nèi)的地面沉降。一些巨型的崩滑體的發(fā)生，常常也與這類變化有關(guān)。水庫蓄水和深井注水還可引起深部巖體破裂，造成水庫地震。

一些研究表明，上述因素所造成的水位變動與巖體內(nèi)空隙水壓力變化之間總有一定的時(shí)差，且通?？障端畨毫Φ淖兓偸菧笥跉庀?、水文條件的改變。

⑵巖體受荷狀態(tài)的變化引起的巖體內(nèi)空隙水壓力的變化

土力學(xué)中已指出，在加荷過程中，飽水的土體所承受的附加壓力P是由水和顆粒骨架分別承擔(dān)的。其中由水承受的壓力稱之為中性壓力P_we。由顆粒骨架承受的那部分壓力稱之為有效壓力P_s，這種由于附加壓力引起的中性壓力，它不同于由土體中靜水壓力造成的空隙水壓力P_w0，稱之為剩余空隙水壓力或超空隙水壓力（excess pore pressure），表示為：

P=P_we P_s 或P_we=P-P_s

超空隙水壓力的出現(xiàn)，顯然使土體的抗剪強(qiáng)度降低：

S=（σ_s-P_w）tanΦ c

當(dāng)P_we=σ-P_w0時(shí)，抗剪強(qiáng)度幾乎降為零，砂土類土和飽水敏感粘土可因此而發(fā)生液化。

超孔隙水壓力可由P_we=P變化至P_we=0，它的變化速率與加荷速度、土體的透水性能，排水或封閉條件以及土體的壓縮系數(shù)等有關(guān)，土力學(xué)中有關(guān)土體的滲透固結(jié)的理論同樣也適用于較軟弱破碎的巖體。

堅(jiān)硬的裂隙巖體，由于透水性和排水條件均較土體為好，變形模量也遠(yuǎn)較土體為高，因而緩慢的加荷過程很難在巖體內(nèi)形成具有實(shí)際意義的超空隙水壓力。但是突發(fā)的規(guī)模較大的動荷載(如地震、人工爆破等)，則可因裂隙中的水來不及消散而造成瞬時(shí)的較高的超空隙水壓力。因此，在分析地震或人工爆破對飽水巖體穩(wěn)定性的影響時(shí)，必須考慮這一因素，尤其當(dāng)裂隙中充有粘土等降低裂隙透水性能的物質(zhì)時(shí)，這種影響更為明顯。

⑶巖體變形破裂引起的巖體內(nèi)空隙水壓力的變化

巖體變形進(jìn)入破裂階段（尤其是進(jìn)入不穩(wěn)定破裂階段）以后，破裂造成的擴(kuò)容現(xiàn)象可引起空隙水壓力發(fā)生顯著變化。巖體所處環(huán)境不同，可表現(xiàn)為不同的變化機(jī)制。

①飽水封閉巖體在受力破壞過程中，擴(kuò)容部位造成真空，使空隙水壓力迅速降低，甚至變?yōu)樨?fù)值，產(chǎn)生所謂巖體強(qiáng)度的“膨脹強(qiáng)化”現(xiàn)象。擴(kuò)容停止以后，空隙水壓力隨著四周地下水的緩慢流入而部分回升。

②非封閉的、水進(jìn)出較為暢通的巖體，也可由于迅速加荷造成的破裂擴(kuò)容速度超過四周地下水流入擴(kuò)容區(qū)的速度，而引起與前者相似的“膨脹強(qiáng)化”現(xiàn)象。不過區(qū)別在于一旦擴(kuò)容速度減緩或停止，空隙水壓力可迅速回升。

③當(dāng)破裂擴(kuò)容區(qū)與具有高水頭的地表水體（如水庫、湖泊等）直接連通，由于地表水迅速貫入，爾后又因出口排水不良而被堵塞，此時(shí)可產(chǎn)生“水擊”，在突然出現(xiàn)的破裂面中造成驚人的高水頭超空隙水壓力。

巖體變形可分為材料變形型與結(jié)構(gòu)變形型兩類。材料變形型可細(xì)分為結(jié)構(gòu)體彈性變形、結(jié)構(gòu)體粘性變形、結(jié)構(gòu)面閉合變形和結(jié)構(gòu)面錯(cuò)動變形。結(jié)構(gòu)變形可細(xì)分為結(jié)構(gòu)體滾動變形、板裂體結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)面滑動變形、軟弱夾層壓縮和擠出變形。

巖體變形不僅與受力狀態(tài)密切相關(guān)，而且受巖體結(jié)構(gòu)控制。不同結(jié)構(gòu)的巖體變形也不同。塊裂結(jié)構(gòu)巖體最主要的變形是沿結(jié)構(gòu)面滑動；完整結(jié)構(gòu)巖體的變形，主要是巖石材料變形及微裂隙閉合和少量的錯(cuò)動變形；板裂結(jié)構(gòu)巖體的變形主要是結(jié)構(gòu)變形，包括板柱橫向彎曲和縱向縮短；碎裂結(jié)構(gòu)巖體變形更為復(fù)雜，幾乎包括所有的變形成分。

通常是將巖塊置于單軸壓縮條件下進(jìn)行試驗(yàn),以獲得它的變形性質(zhì)。圖1是粉砂巖的試驗(yàn)結(jié)果，其中AB和A′B′為20小時(shí)內(nèi)的蠕變曲線。用普通壓力機(jī),只能得到巖樣破壞以前的應(yīng)力-應(yīng)變(或變形)關(guān)系曲線，用近年研制成的“剛性壓力機(jī)”還可得到破壞后的資料。利用這些試驗(yàn)結(jié)果,可以研究巖樣的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程，闡明破壞機(jī)理和變形特性。

天然巖體常處于三向應(yīng)力狀態(tài)，因此也常在室內(nèi)用三軸試驗(yàn)來研究周圍壓力對巖石變形的影響。試驗(yàn)表明，在圍壓較低的情況下，巖石往往呈脆性破壞，變形較小。圍壓超過一定程度以后，巖石表現(xiàn)出塑性流動性質(zhì)，變形較大。

一般巖塊由于包含的裂隙少,在同樣受力條件下,所得變形遠(yuǎn)較裂隙巖塊的變形小。對于工程設(shè)計(jì)，一般應(yīng)用野外巖體試驗(yàn)所得的變形參量。