高地应力地区与低地应力地区的地质标志
发布网友
发布时间：2022-04-28 22:38
共1个回答
热心网友
时间：2022-06-24 09:13
下面我们来讨论高地应力地区和低地应力地区的地质标志问题。这里所说的高地应力和低地应力是指水平地应力与垂直地应力比较而言。地应力测量一般投资很大，是否实测是需要慎重权衡的，但如果地应力在这项工程中处的位置很重要，而且它可能处于卸荷带以下，不能利用自重进行估算，这就必须进行地应力测量。特别是那些对地下工程位于可能引起工程破坏、出现大变形的高地应力地区内时，这就一定要进行地应力测量，否则可能作出错误的设计，给施工带来麻烦，甚至造成返工的重大浪费事故。作者总结了所接触到的高地应力地区和低地应力地区的一些地质现象，提出了高地应力地区和低地应力地区的一些地质标志。这里归纳出来的高地应力地区和低地应力地区的地质标志并不是全面的，也不一定都合适，但是它可以帮助大家思考，大家也可以补充完善它，这里可以起到一个抛砖引玉的作用。现在概括地将我们归纳的高地应力地区和低地应力地区的地质标志列于表5-3。
表5-3 高地应力地区和低地应力地区的地质标志
1.高地应力地区地质标志
第一种，开挖探洞时或开挖隧道时出现岩爆，有的不出现岩爆而出现剥离现象，其位置多在两个边墙拐角处。有时剥离现象也看不见，用锤子敲击洞壁时出现有哑声，这是存在高地应力的现象。有时在开挖正洞时不出现，而在开挖支洞的入口处出现。我们在二滩作原位岩体力学试验挖试验洞时，就遇到过这种现象。可以利用这个现象分析这个地区地应力的大小，与此相应的还有基坑开挖时出现岩爆现象，葛洲坝电站的二江电厂基坑开挖时就曾出现过这种现象。有的地方在边坡开挖中也出现过剥离现象，这也是高地应力地区的一种地质标志。1978年我们在河南工作时，河南省金刚台坝基开挖时不断的出现剥离现象，这是高地应力地区的地质现象。松潘地震发生前，有人报告曾见到过地面岩爆现象，这说明这个地方的地应力在集中，酝酿着地震。隧道中的剥离现象见得很多，南桐矿务局井下大巷里也见到过种现象，他们为了文明施工把巷道喷了白灰，喷过白灰的洞壁上就可以看到一块一块的黑斑，这是洞壁剥离现象。在十三陵水库蓄能电站的探洞里，1989年我们去考察时也见到过这种现象。在这个探洞施工以后，没有用水冲刷洞壁，洞壁附着的粉尘是灰色的，岩爆剥离后留下黑斑，在洞子的交叉口处，出现黑斑更多。
第二种，是收敛变形特别大，特别是软岩地区更为显著。金川二矿区井下500m深度处，1975年我们下去时巷道收敛变形后仅剩一个人可以爬过去的空间，这个地区的岩石的单轴抗压强度仅30～50MPa，而这个地区的地应力经过测量高达20MPa以上，显然这样大的收敛变形是地应力引起的。山西省汾西矿务局的一个水浴矿，有一个巷道埋深并不大，埋深大体上也就是百十米左右。这个巷道位于铝土页岩中，开拓时建的双轨矿车运输巷道，1984年我们去考察时单轨矿车也通不过去了。开拓时是用素混凝土衬砌的，经过一段时间以后在收敛变形应力作用下素混凝土被压碎了；后改为砂岩块石衬砌，结果又被压碎了；再改为用辉绿岩衬砌，我们去考察时看到又被压成了碎片儿，巷道断面已经缩小到单轨矿车都通不过去了，已经无法再进行维护，结果这条巷道被放弃了。这明显的是地应力高的征兆，这种现象在我们国内经常见到，特别是在煤炭矿山中尤为多见。收敛变形除了上述岩石流变成分外，有时还见到有结构变形成分参与，前面我们说的鲁布革电站地下厂房边墙板裂化就是一个例子。像这样的例子在岷江上的中滩堡电站的地下厂房内也见到过，这种变形一般不是均匀收敛变形，而多数是边墙中部收敛变形大。
第三种，是软弱夹层挤出，隧道施工中叫它“吐舌头”。这也是地应力高的现象。与此相似的还有一种软弱夹层较薄，构成一种软弱结构面，边坡开挖时，出现沿着软弱结构面临空的岩体向外错动的现象。这种现象在葛洲坝电站二江电厂基坑开挖时曾出现过，在天生桥二级电站调压井开挖时也出现过，与此相应地在边坡岩体内可以拉开比较宽的缝、洞现象，这些现象都可以作为判断这一地区有较高地应力的参考依据。
第四种，是饼状岩心。饼状岩心出现的范围相当广，饼的厚度与岩心直径和地应力大小有关，直径越大厚度越大，直径越小厚度越小，地应力越大饼越薄，地应力越小饼越厚。在钻探过程中要仔细观察有无饼状岩心，在二滩电站见到的饼状岩心比较薄；在大冶铁矿见到的饼状岩心也比较薄，但是它的位置深度比较大，大约在钻孔深300～400m处以下出现；在金川和白云鄂博都见到过饼状岩心，白云鄂博是在打水平钻时出现的，钻孔离地面深度约70m。保定冶金勘探公司在八达岭作交通洞勘探时，打钻在地面下30m处也见到过饼状岩心，这都是高地应力现象。利用饼状岩心我们也可以分析该地区的地应力状况。
第五种，水下开挖隧洞时没有渗水现象。这是地应力比较高，把所有的节理、裂隙挤压闭合的结果。
第六种现象是开挖过程中有瓦斯突出。有瓦斯突出地段就不会有突水。因为瓦斯突出需要有高的地应力将瓦斯封闭在岩体里。地应力高，节理、缝裂被封闭，也就没有水的存在条件，无水可突。这也是高地应力地区的一个重要标志。
2.低地应力地区地质标志
低地应力地区的一些地质现象的问题是我们在进行军都山隧道施工地质超前预报工作中觉察到的。过去我们主要研究了高地应力地区的地质标志，而在军都山隧道施工初期塌方、涌水现象比较严重。经过分析发现这个地区水平地应力低，由此我们总结出来地下开挖中围岩松动、塌方、掉块及围岩渗水等是低地应力地区的地质标志。现将接触到的一些事实归纳成如下几种低地应力地区地质标志。
第一种，在开挖隧洞时频繁地出现围岩松动、塌方、掉块现象。
第二种，围岩渗水现象。如果在地下洞室里有两组主要节理，而追踪这两组主要节理都有渗水现象时，这表明该地区是低地应力地区。如果仅一组出水，另一组不出水，这表明这个地区最大主应力方向与出水线方向是垂直的。这还不能证明这个地区是低地应力地区，只能证明第一水平主应力与第二水平主应力差值比较大。
第三种，节理面内有夹泥现象。这表明它位于卸荷带内，夹泥是由地表渗透水带下去的，这是节理开裂的表现，高地应力地区水是渗透不下去的。
第四种，岩脉内岩块松动或强风化。
第五种，节理面内有次生矿物与空洞。如果两组节理与断层都有这种现象，这可以肯定它是处于卸荷带内，是处于低地应力状态。如果仅有一组存在有这种现象，这表明这个地区最大主应力方向与这组节理垂直，最小水平主应力比较小。
上面这些标志可以作为判断这个地区地应力水平高低的参考资料，可帮助我们下决心作出该不该测量地应力的决策。
