巖質地下洞室圍巖變形

在開挖洞室之前，巖體處於應力平衡的初始應力狀態（見岩石和巖體、巖體中應力）。洞室開挖後洞壁周邊失去原有巖體的約束，圍巖向內變形。圍巖的變形與破壞，因巖性、巖體結構和初始應力狀態不同而異。

地下洞室開挖後，破壞了洞室四周巖體原有的應力平衡狀態，使洞室四周一定範圍內的巖體中應力重新分佈，使圍巖中某些部位產生應力集中。此時若應力超過巖體的強度極限時，則在該處發生局部破壞，同時引起附近圍巖中應力分佈進一步變化。若應力使局部破壞範圍繼續擴大，最終將導致圍巖大範圍的破壞和坍塌。初始應力場應力的大小、作用方向與圍巖主要結構面和與洞室空間形狀相對方位，都對圍巖變形和破壞有重大影響。

地下洞室圍巖變形和破壞情況隨巖體本身結構而異，在完整圍巖中變形主要是岩石的變形；塊裂結構的圍巖變形主要是結構面的變形；碎裂結構的圍巖變形是結構面與岩石變形共同作用的結果；但都表現有流變現象。在二次應力場的作用下，具有結構面的圍巖的破壞，首先是從結構面最不利的組合部位開始滑移的。若巖體完整但其試塊強度較低，其變形具有彈塑性介質變形的特點，洞室周邊出現較大變形，且隨時間而繼續增大，表現明顯的流變現象。若巖體中含有膨脹性礦物，洞室開挖後巖體膨脹，形成洞壁嚴重內擠現象，即使及時採用較強的支護措施，也不能完全阻止圍巖的變形；若圍巖非常破碎，已呈碎石狀的鬆散結構，其變形與破壞具有散體介質的特點。

存在於節理、裂隙或岩石中的地下水，一方面影響圍巖的力學性質，另一方面也改變圍巖應力狀態。若圍巖開挖後出現大量湧水，可能直接破壞圍巖穩定。水對岩石中礦物的化學作用常對圍巖穩定帶來不利影響。因此分析圍巖變形和破壞時，不應忽略地下水的作用。

地下洞室本身的工程條件也影響洞室的變形和破壞。洞室整體空間幾何形狀，截面的幾何形狀，以及洞室附近是否還有其他洞室等都會影響巖體二次應力場的分佈狀態，進而影響圍巖的變形與破壞。當地下洞室埋深較淺時，巖體的地面地形對地下洞室的變形和破壞也有很大的影響，應不同於埋置很深的地下洞室。

圍巖變形和破壞根據不同的巖體結構分為三類。巖體力學性質明顯受結構面控制的圍巖，如塊裂結構的圍巖屬第一類；巖體力學性質受結構面及岩石共同影響的碎裂結構圍巖屬第二類；巖體力學特性沒有受到結構面的明顯控制的圍巖如完整的巖體屬於第三類，其變形和破壞近似於連續介質的性質。①第一類的塊裂巖體可視作許多塊體的拼合，用塊體理論利用赤平投影的解析方法核算圍巖的穩定性。②第二類圍巖變形由圍巖結構面的張開、閉合、巖塊滑移和轉動以及岩石彈塑性變形所組成。其破壞形式多為結構面上應力超過其強度後，使巖塊沿結構面滑移的局部破壞（圖1）。若有較大結構面時，如剪切破碎帶，當其中應力超過該剪切破碎帶的強度極限時,將產生較大的坍塌（圖2）。③第三類圍巖的變形有幾種形式：完整結構的巖體，若質地堅硬，其變形具有彈性介質的特點，巖體強度及變形模量均較高，洞室周邊變形很小，流變現象不明顯，常不用任何支護，洞室可維持長期穩定。若洞室處於高地應力區的脆性圍巖中，可能出現巖爆；若岩石強度較低，則會出現前述的彈塑性介質的變形性質和明顯的流變現象，應適時地予以支護，以保證其穩定。

巖質地下洞室圍巖變形巖質地下洞室圍巖變形地下圍巖的變形與破壞過程非常複雜，目前，對其發生發展的機制尚未完全清楚，因此分析變形和破壞的計算方法還在發展中。對於具有結構面控制特點的圍巖，通常是把受結構面切割的巖塊抽象成互不聯繫的剛體的或半剛體的單元進行塊體力學的分析；或把巖體中的結構面的力學特性作為附加條件，仍然借用連續介質力學方法求解。第二及第三類圍巖可以用後一種方法進行力學分析。對於具有連續介質特點的圍巖，通常利用連續介質力學的方法求解，但其本構關係和強度（屈服）準則，則採用巖體力學的研究成果。

鑑於圍巖的巖性、結構均不相同，計算不得不包含許多假定。為了反映實際情況，常在開挖好的巖洞中進行觀測，印證原來假定的計算結果是否合適，必要時進行適當的調整。