变形压力简介

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变形压力是指洞室围岩的变形受到支护结构限制后，围岩对支护形成的压力。

中文名称

变形压力

英文名称

rock deformation pressure

定　　义

围岩变形、位移、膨胀对支护物产生的压力。

应用学科

煤炭科技（一级学科），煤矿开采（二级学科），矿山压力与岩层控制（三级学科）

根据上述公式分析表明，无论是哪一种类型的岩体，有效应力原理是普遍适用的，岩体的变形破坏取决于有效应力，因而岩体内空隙水压力的变化必然对岩体的变形破坏产生影响。

引起岩体内空隙水压力变化的原因，可有以下三个方面。

⑴地下水补给排泄条件的变化引起的岩体内空隙水压力的变化，如特大降雨，洪水，持续干旱、人工抽水、注水或水库蓄水等，均能造成地下水位大幅度的变化，从而引起岩体内空隙水压力的增减。

这类变化往往具有区域性特征，所影响的范围和深度都可以很大。例如水库蓄水使地下水位抬升，根据卡布里耳坝的观测资料证明，由于岩体中空隙水压力增高，出现山体高度增高，两侧谷壁相互靠近的现象。而大面积的长期抽取地下水引起的地下水位的降低，会造成大范围内的地面沉降。一些巨型的崩滑体的发生，常常也与这类变化有关。水库蓄水和深井注水还可引起深部岩体破裂，造成水库地震。

一些研究表明，上述因素所造成的水位变动与岩体内空隙水压力变化之间总有一定的时差，且通常空隙水压力的变化总是滞后于气象、水文条件的改变。

⑵岩体受荷状态的变化引起的岩体内空隙水压力的变化

土力学中已指出，在加荷过程中，饱水的土体所承受的附加压力P是由水和颗粒骨架分别承担的。其中由水承受的压力称之为中性压力P_we。由颗粒骨架承受的那部分压力称之为有效压力P_s，这种由于附加压力引起的中性压力，它不同于由土体中静水压力造成的空隙水压力P_w0，称之为剩余空隙水压力或超空隙水压力（excess pore pressure），表示为：

P=P_we P_s 或P_we=P-P_s

超空隙水压力的出现，显然使土体的抗剪强度降低：

S=（σ_s-P_w）tanΦ c

当P_we=σ-P_w0时，抗剪强度几乎降为零，砂土类土和饱水敏感粘土可因此而发生液化。

超孔隙水压力可由P_we=P变化至P_we=0，它的变化速率与加荷速度、土体的透水性能，排水或封闭条件以及土体的压缩系数等有关，土力学中有关土体的渗透固结的理论同样也适用于较软弱破碎的岩体。

坚硬的裂隙岩体，由于透水性和排水条件均较土体为好，变形模量也远较土体为高，因而缓慢的加荷过程很难在岩体内形成具有实际意义的超空隙水压力。但是突发的规模较大的动荷载(如地震、人工爆破等)，则可因裂隙中的水来不及消散而造成瞬时的较高的超空隙水压力。因此，在分析地震或人工爆破对饱水岩体稳定性的影响时，必须考虑这一因素，尤其当裂隙中充有粘土等降低裂隙透水性能的物质时，这种影响更为明显。

⑶岩体变形破裂引起的岩体内空隙水压力的变化

岩体变形进入破裂阶段（尤其是进入不稳定破裂阶段）以后，破裂造成的扩容现象可引起空隙水压力发生显著变化。岩体所处环境不同，可表现为不同的变化机制。

①饱水封闭岩体在受力破坏过程中，扩容部位造成真空，使空隙水压力迅速降低，甚至变为负值，产生所谓岩体强度的“膨胀强化”现象。扩容停止以后，空隙水压力随着四周地下水的缓慢流入而部分回升。

②非封闭的、水进出较为畅通的岩体，也可由于迅速加荷造成的破裂扩容速度超过四周地下水流入扩容区的速度，而引起与前者相似的“膨胀强化”现象。不过区别在于一旦扩容速度减缓或停止，空隙水压力可迅速回升。

③当破裂扩容区与具有高水头的地表水体（如水库、湖泊等）直接连通，由于地表水迅速贯入，尔后又因出口排水不良而被堵塞，此时可产生“水击”，在突然出现的破裂面中造成惊人的高水头超空隙水压力。

岩体变形可分为材料变形型与结构变形型两类。材料变形型可细分为结构体弹性变形、结构体粘性变形、结构面闭合变形和结构面错动变形。结构变形可细分为结构体滚动变形、板裂体结构变形、结构面滑动变形、软弱夹层压缩和挤出变形。

岩体变形不仅与受力状态密切相关，而且受岩体结构控制。不同结构的岩体变形也不同。块裂结构岩体最主要的变形是沿结构面滑动；完整结构岩体的变形，主要是岩石材料变形及微裂隙闭合和少量的错动变形；板裂结构岩体的变形主要是结构变形，包括板柱横向弯曲和纵向缩短；碎裂结构岩体变形更为复杂，几乎包括所有的变形成分。

通常是将岩块置于单轴压缩条件下进行试验,以获得它的变形性质。图1是粉砂岩的试验结果，其中AB和A′B′为20小时内的蠕变曲线。用普通压力机,只能得到岩样破坏以前的应力-应变(或变形)关系曲线，用近年研制成的“刚性压力机”还可得到破坏后的资料。利用这些试验结果,可以研究岩样的应力-应变全过程，阐明破坏机理和变形特性。

天然岩体常处于三向应力状态，因此也常在室内用三轴试验来研究周围压力对岩石变形的影响。试验表明，在围压较低的情况下，岩石往往呈脆性破坏，变形较小。围压超过一定程度以后，岩石表现出塑性流动性质，变形较大。

一般岩块由于包含的裂隙少,在同样受力条件下,所得变形远较裂隙岩块的变形小。对于工程设计，一般应用野外岩体试验所得的变形参量。