卸荷变形
编辑基本信息
地表岩体由于天然地质作用或人类工程活动减载卸荷,内部应力调整而引起的变形(参见彩图ⅩⅥ—39)。区域性剥蚀,水流侵蚀(溶蚀)等地质作用,或地面、地下开挖等人类工程活动卸除部分岩体后,岩体内部原有的应力状态将发生变化,这一作用称为岩体的卸荷作用(unloading in rockmass),所引起的岩体变形称为卸荷变形(unloading deformation)。卸荷作用将引起卸荷面附近岩体内部应力重分布,可以造成局部的应力集中;卸荷还将引起表部岩体卸荷回弹,并可因差异回弹在岩体中形成一个被约束的残余应力体系。岩体在卸荷过程中产生的变形与破裂正是由于岩体应力状态上述两个方面的变化所引起的(见图)。
岩体中与卸荷回弹有关的变形破裂面的主要类型示意图
ⅩⅥ—39 灰岩中的卸荷裂隙
陈德基摄
应力重分布与集中,其所造成的变形和破裂,与应力分异的方式有关。在坡肩或洞室拱顶部位,可因拉应力产生拉张破裂(图中1、2);平行卸荷面(临空面)方向,由于切向应力的增加,可产生压致拉裂破裂面(图中3~6);某些情况下切向应力的增高和法向应力的降低,还可造成平行临空面的板状岩层(体)发生向临空方向隆起的弯曲变形或剪切错动(图中7)。差异回弹造成的变形破裂是岩体卸荷过程中所特有的一种变形破裂机制,可以造成与卸荷面平行的拉裂面(图中8);斜坡上还可见到差异回弹造成的剪切破裂面(图中9~11)。卸荷过程实际上是卸荷后岩体内部应力场的调整过程,造成的变形与破裂是应力调整过程的产物,并随着应力场调整的终止而结束。
岩体中原有的结构面或软弱带是岩体在自重应力场条件下进一步变形破坏的重要控制要素,也是外界(大气圈、水圈、生物圈)各种营力侵入岩体内部的通道。因此,岩体的卸荷变形常沿已有的各种结构面(断层、节理、软弱层面等)发生。
岩体的卸荷变形对水利工程建筑物,特别是边坡工程、地下工程以及深基坑开挖的设计和施工有重要影响,常使得这些建筑物的表部岩体的工程性质受到不同程度的破坏。因此,工程建设中对岩体卸荷现象的研究和卸荷程度的鉴别具有重要的意义。地面工程中将岩体按卸荷程度划分为强卸荷带和弱卸荷带,作为建基面和开挖边坡设计的重要依据;地下工程中按围岩卸荷深度确定松动圈的范围,作为支护工程设计的重要依据。