變形壓力簡介

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變形壓力是指洞室圍巖的變形受到支護結構限制后，圍巖對支護形成的壓力。

中文名稱

變形壓力

英文名稱

rock deformation pressure

定　　義

圍巖變形、位移、膨脹對支護物產(chǎn)生的壓力。

應用學科

煤炭科技（一級學科），煤礦開采（二級學科），礦山壓力與巖層控制（三級學科）

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

引起巖體內空隙水壓力變化的原因，可有以下三個方面。

⑴地下水補給排泄條件的變化引起的巖體內空隙水壓力的變化，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。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空隙水壓力變化之間總有一定的時差，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空隙水壓力的變化

土力學中已指出，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度降低：

S=（σ_s-P_w）tanΦ c

當P_we=σ-P_w0時，抗剪強度幾乎降為零，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，土力學中有關土體的滲透固結的理論同樣也適用于較軟弱破碎的巖體。

堅硬的裂隙巖體，由于透水性和排水條件均較土體為好，變形模量也遠較土體為高，因而緩慢的加荷過程很難在巖體內形成具有實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，必須考慮這一因素，尤其當裂隙中充有粘土等降低裂隙透水性能的物質時，這種影響更為明顯。

⑶巖體變形破裂引起的巖體內空隙水壓力的變化

巖體變形進入破裂階段（尤其是進入不穩(wěn)定破裂階段）以后，破裂造成的擴容現(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)為不同的變化機制。

①飽水封閉巖體在受力破壞過程中，擴容部位造成真空，使空隙水壓力迅速降低，甚至變?yōu)樨撝担a(chǎn)生所謂巖體強度的“膨脹強化”現(xiàn)象。擴容停止以后，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、水進出較為暢通的巖體，也可由于迅速加荷造成的破裂擴容速度超過四周地下水流入擴容區(qū)的速度，而引起與前者相似的“膨脹強化”現(xiàn)象。不過區(qū)別在于一旦擴容速度減緩或停止，空隙水壓力可迅速回升。

③當破裂擴容區(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構變形型兩類。材料變形型可細分為結構體彈性變形、結構體粘性變形、結構面閉合變形和結構面錯動變形。結構變形可細分為結構體滾動變形、板裂體結構變形、結構面滑動變形、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，而且受巖體結構控制。不同結構的巖體變形也不同。塊裂結構巖體最主要的變形是沿結構面滑動；完整結構巖體的變形，主要是巖石材料變形及微裂隙閉合和少量的錯動變形；板裂結構巖體的變形主要是結構變形，包括板柱橫向彎曲和縱向縮短；碎裂結構巖體變形更為復雜，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行試驗,以獲得它的變形性質。圖1是粉砂巖的試驗結果，其中AB和A′B′為20小時內的蠕變曲線。用普通壓力機,只能得到巖樣破壞以前的應力-應變(或變形)關系曲線，用近年研制成的“剛性壓力機”還可得到破壞后的資料。利用這些試驗結果,可以研究巖樣的應力-應變全過程，闡明破壞機理和變形特性。

天然巖體常處于三向應力狀態(tài)，因此也常在室內用三軸試驗來研究周圍壓力對巖石變形的影響。試驗表明，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，變形較大。

一般巖塊由于包含的裂隙少,在同樣受力條件下,所得變形遠較裂隙巖塊的變形小。對于工程設計，一般應用野外巖體試驗所得的變形參量。