范文无忧网读书报告一：岩爆
一、岩爆现象及其研究现状
岩爆是围岩处于高应力场条件下所产生的岩片（块）飞射抛撒，以及洞壁片状剥落等的现象。岩体内开挖地下厂房、隧道、矿山地下巷道、采场等地下工程，引起挖空区围岩应力重新分布和集中，当应力集中到一定程度后就有可能产生岩爆。在地下工程开挖过程中，岩爆是围岩各种失稳现象中反映最强烈的一种，是地下施工的一大地质灾害。
国内外众多岩爆研究成果和大量岩爆实际资料和试验数据表明：发生岩爆，除了岩体应力（地应力或初始应力）必须大于岩石单轴抗压强度的某一百分数之外，岩石还应该是脆性的、坚硬和完整的或比较完整的，同时岩石的弹性应变能需要比岩石破坏耗损应变能大很多。反之，不会发生岩爆。
对于岩爆的研究现状，国内外学者提出了多种岩爆判据和岩爆分级，分析了岩爆的发生机制，提出了各种岩爆预测的方法。
二、岩爆的分类及其发生机制探讨
岩爆的特征可从多个角度去描述，目前主要是根据现场调查所得到的岩爆特征,考虑岩爆危害方式、危害程度以及对其防治策略等因素，分为破裂松脱型、爆裂弹射型、爆炸抛射型。
从规模来看，岩爆可分为小规模岩爆（壁面附近浅层厚度小于25cm部分的破坏）、中等规模岩爆（形成厚度0.25～0.75m的环状松弛区域的破坏）和大规模岩爆（超过0.75m的岩体显著突变，很大的岩块弹射出来）。
根据发生的条件和机制，岩爆可分为应变型、应变-结构面滑移型和断裂滑移型。不同类型的岩爆孕育规律和机制不同。
从发生的时间来看，岩爆分可为即时型岩爆和时滞型岩爆。 由于岩爆是极为复杂的动力现象，至今对地下工程中岩爆的形成条件及机理还没有形成统一的认识。有的学者认为岩爆是受剪破裂，有的学者认为是张破裂；还有一种观点把产生岩爆的岩体破坏过程分为：劈裂成板条、剪（折）断成块、块片弹射三个阶段式破坏。
文献[2][3]对岩爆及其附近区域实时监测到的微震信息进行了矩张量分析，研究了即时型岩爆和时滞型岩爆的机制。结论是：1.对于即时型岩爆，岩爆孕育过程经历了张拉破坏、剪切破坏、拉剪混合型破坏或（和）压剪混合型破坏；2.对于时滞型岩爆，岩爆区初期微震事件以拉伸、剪切及拉剪混合型破坏为主，再以沿破坏面扩展的拉伸破坏为主，之后由一个明显的“平静期，最后以剪切破坏为主导。
三、岩爆预测现状
岩爆至今仍是岩石力学世界性难题之一，目前国内外还没有关于岩爆预测预报公认的、成熟的理论和方法。我国一般岩爆按设计和施工两阶段进行预测预报。
在设计阶段，根据隧道工程地质勘察资料，结合现场实测诸钻点的地应力值，通过反演得出隧道区域内的初始应力场。然后通过数值分析所得隧道各分段洞周应力值，结合室内岩石试验，利用不同判据，得出设计阶段各洞段可能发生岩爆及其级别、并在设计中提出相应对策。
在施工阶段，隧道开挖后，及时采用应力解除法，对洞壁直接进行应力测试，同时采集隧道内岩样进行室内试验或用回弹仪测出该洞段岩石抗压强度，利用不同判据，得出比设计阶段更为符合实际的该洞段的岩爆发生及其级别，以便及时采取防治对策。在此阶段有两个值得注意的问题：1.勘测期的地应力值与施工阶段实测的不一定一致，因此施工期要直接对围岩进行表面或浅部应力进行测试；2.数值分析方法要选择合适的本构方程和恰当的岩体力学参数。
此外，还可以在现场利用声发射法进行监测。无论是室内试验还是现场监测资料均表明，岩体（石）破裂声发射信号急剧增加都超前岩石（体）的变形破坏。利用声发射仪可探测潜在的岩爆位置。声发射法是最直接的预报方法。知道隧道岩爆可能发生部位，则可及时采取相应的防治措施。
在岩爆预测预报方法中，岩体电磁辐射监测预报法被认为是很有前途的。这一方法是依据完整岩石压缩变形破坏过程中，弹性范围内不产生电磁辐射，峰值强度附近时电磁辐射最强，软化后无电磁辐射的原理，采用特制的仪器，现场监测岩体变形破裂过程中发出的电磁辐射“脉冲”信号，通过数据处理和分析研究，预报岩爆。
四、岩爆防治现状
我国关于岩爆的防治也是按设计和施工两阶段进行。
在设计阶段，对于隧道线路选择，应该尽量避开易发生岩爆的高地应力集中地区。当难以避开高地应力集中地区时，要尽量使隧道轴线与最大主应力方向平行布置，以减小应力集中系数，防止发生岩爆或能够降低岩爆级别。隧道断面选择尽可能用圆形，不可能时可用城门洞形(即上圆下方形)，使隧道断面有利于减少应力集中。
在施工阶段，目前已有许多行之有效的治理岩爆的措施。归纳起来有：加固围岩、加防护措施、完善施工方法、改善围岩应力条件以及改变围岩性质等。具体情况举例说明如下。
为了改善围岩应力条件，可以采用应力解除法，即在围岩内部造成一个破碎带，形成一个低弹性区，从而使掌子面及洞室周边应力降低，使高应力转移到围岩深部。为达到这一目的，可以打超前钻孔或在超前钻孔中进行松动爆破。
为了改变围岩性质，目前广泛采用注水软化法。煤层压力注水一般有两种方式：一是在煤层开采前进行压力预注水，使煤体湿润，减缓和消除煤的冲击能力；二是对工作面前方局部应力集中带进行高压注水，以减缓应力集中，这是一种局部解危措施。
对于施工安全措施，主要有躲避及清除浮石两种。岩爆一般在爆破后1h左右比较激烈，且多数发生在1～２倍洞室直径范围内，所以躲避是一种行之有效的方法。在拱顶部位由于岩爆所产生的松动石块必须清除，以保证施工的安全。对于破裂松脱型岩爆，弹射危害不大，可采用清除浮石的方法来保证施工安全。
五、岩爆预测不足
在设计阶段，岩爆的预测方法主要根据隧道或矿采区地质勘察资料和获得的现场诸钻点地应力值，反演得出隧道区域或矿采区初始应力场，然后通过数值分析得到隧道或矿井各分段洞周应力值，结合室内岩石试验，利用不同判据，得出各洞段可能发生岩爆及其级别。但是，岩爆的发生是多种因素共同作用的结果，目前许多判据是在不同角度对岩爆现象分析研究基础上提出的，而且往往通过单一因素或很
少因素对岩爆预测，这难免具有局限性和人为因素的影响，使得预报岩爆发生与否具有不确定性。
在施工阶段，岩爆的预测预报方法主要是对隧道或矿井围岩(煤岩)直接进行测试，利用不同判据，得出比设计阶段更符合实际的岩爆发生及其级别.这同样因许多判据只考虑了单一因素或很少因素，使得岩爆发生与否仍有不确定性。因此，至今尚无一套公认完善的岩爆预测方法，仍需进一步共同研究。
六、岩爆预测发展方向
国内外众多学者先后从不同角度，运用不同手段对岩爆现象进行了分析，许多系统工程的理论也应用于岩爆预测中。
目前研究较多的有模糊数学、突变理论、遗传算法以及BP神经网络等，这些方法都取得了一定的效果，但所考虑的岩爆影响因素较少，且各影响因素的重要性主次关系也不明确，具有一定局限性。
文献[4]采用了一种新的数学方法，将层次分析法(AHP)和逼近理想解排序法(TOPSIS)相结合应用于岩爆预测中。文献运用TOPSIS法综合考虑了岩爆发生的十多种因素，同时AHP法可以较为客观地给出各影响因素的权值，使二者的结合使用为提高岩爆预测的准确性提出了新的思路。
另外，用地震学方法预测预报岩爆是值得重视的，可作研究方向之一。岩爆实质上是因在高地应力岩体或矿体中进行掘进或开采，引起岩体或矿体中聚集的应变能突然释放，诱导了人工地震即岩爆的发生。因此，有学者基于地震学提出了一种岩爆预报的物理学方法。目前该方法的预报成功率可达35%～60%。
文献[5]提到，用真三轴试验机对可能发生岩爆区的岩石试件进行实际岩爆仿真试验是更具有前途的岩爆预测预报的方法。目前，以何满潮教授为首的科研小组用真三轴试验机进行的岩爆仿真试验，可以判断该岩石所在区是否发生岩爆，什么情况下发生岩爆，是对岩爆预测更具有工程试用性的方法。
参考文献
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读书报告二：围岩分级
一、围岩分级概念及研究现状
地下工程围岩是指地壳中受地下工程开挖影响的那一部分岩体,其范围通常等于地下工程横剖面中最大尺寸的3～5倍，可分为岩质围岩和土质围岩。根据地下工程的性质和要求，将围岩体的某种或某些属性加以概略的划分，称为围岩分类或围岩分级。
地下工程围岩分级的理论和方法较多，有的方法比较成熟（如Q系统法、RMR法等），在国内外的地下工程中得到了较为广泛的应用。在这些分级方法中，大部分选取了一些能综合反映围岩特性的指标，并建立了岩质围岩和土质围岩统一的分级标准。当前国内外的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合三种基本方法，且多以前两种方法为主。
定性类的做法是在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别或对主要因素做出描述、打分，有的还引入部分量化指标进行综合分类。
定量分级的做法是根据对围岩性质进行测试的指标给予评分，再根据相关公式计算后得出围岩的质量指标，并以该指标值进行分类，如Q系统法、RMR法、RQD值法等。
我国公路隧道围岩分级方法主要依照《工程岩体分类标准》，同时参照铁路隧道的围岩分级方法。《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）中修正了公路隧道围岩分级的方法，采用了定性分级与定量分级相结合的方式。具体方法为：首先对岩石的坚硬程度和岩体完整程度进行定性评价，根据定性评价的结果初步划分围岩等级；再根据规范给出的公式计算BQ值，并根据地下水状态、主要软弱结构面产状和初始地应力状态三个指标修正BQ值；最后根据修正后的BQ值与定性划分的结果得出最后的围岩分级。该分级方法将围岩从好到差分为I～VI级，I围岩质量最好，VI级围岩质量最差。此种方法也是目前主要的公路隧道围岩级别评价方法。
二、当前围岩分级方法的不足之处
1.围岩分级定性方法存在人为不确定性
围岩分级以定性为主的方法，经验的成分较大，有一定的人为因素和不确定性。由于勘察人员认识和经验的差别，对同一围岩分类级别的判断，可能会出现1～2级的差别。
2.各围岩分级定量类方法的指标选择差异较大
总体而言，绝大多数学者都认识到，影响围岩级别的因素主要包括岩石坚硬程度、岩体完整程度和地下水、结构面状态与地应力。
但是目前围岩分级的定量类方法中，选用的定量指标数目相差甚远，少则1个，多则近10个，反映了研究者对岩体围岩分级定量指标选择上认识不一致。一般而言，仅选用少量指标难以全面、准确地描述围岩的性质，其可靠程度不高，而且指标参数测试数据的代表性和抽样的代表性均存在一定的局限；但指标越过多，不但要增加测试工作量，而且指标间存在的相关性、互换性、相克性会增加分级工作的难度，分级的适用性变差。因此，有必要对分级定量指标的优选和优化组合问题做必要的数学论证。
3.未充分考虑围岩的不确定性
目前国内外较常用的岩体质量分级方法（如RMR法、BQ法以及Q系统法等），大多数都是采用选取几个因子指标，然后以某种相对固定的模式（如和差法、积商模式），将影响岩体质量的某几种主要因素进行简单的描述、定量评分和分级。但这些方法对于影响隧道围岩质量分级的其他因素考虑不足，而围岩分级具有很多的不确定性。例如RMR方法在高地应力条件下的适用性较差。
4.没有统一的施工阶段围岩亚级分级标准
国内以往的隧道工程建设实践表明：《公路隧道设计规范》中Ⅲ、Ⅳ、V级围岩划分跨度较大，不能满足施工需要，可以通过对各级围岩进行亚级划分，从而最大限度地满足安全且经济地建设隧道的基本原则。
《公路隧道设计细则》已经提出设计阶段的围岩亚级分级，但由于围岩地质条件的复杂性和勘察技术的局限性，在施工过程中出现很多实际围岩情况与设计不符的情况，施工阶段围岩分级具有很大的主观性，从而引起很多设计变更。
为此，很多设计单位根据实际条件，对III、Ⅳ、V级围岩进行了亚级划分的尝试。但文献[3]指出，目前这些尝试的研究成果主要体现在隧道开挖方法和隧道支护结构参数方面，均未以围岩稳定性为研究基础，因此实际上也都不是真正的围岩亚级分级。另外，由于目的不同，这些围岩亚级的划分方法和采用的指标体系不同，缺乏可比性。目前尚且没有统一的施工阶段围岩亚级分级标准。
三、一些尝试改进的围岩分级方法
文献[4]研究选取围岩自稳性为统一亚级分级标准的建立依据，通过大量的数值计算和室内模型试验对公路隧道围岩亚级分级标准进行了详细系统的研究，取得一定成果：(1)确定了以围岩自稳跨度为公路隧道围岩亚级分级标准建立的基础，并将围岩自稳跨度分为长期稳定跨度、基本稳定跨度、暂时稳定跨度和不稳定跨度。(2)针对《公路隧道设计规范》中较为复杂的III、Ⅳ和V级岩质围岩稳定性分别进行研究，获得了各自的自稳性分组及各组自稳跨度。(3)将土质围岩分为黏质土围岩、砂质土围岩及碎石土围岩，并分别获得了3种围岩的分级指标值组合分组和各组围岩稳定性。(4)依据岩质围岩和土质围岩的稳定性，并结合现有规范，得到了公路隧道围岩亚级分级统一标准。
文献[5]以岩石坚硬程度和岩体完整程度作为分级基本指标，地下水状态和主要软弱结构面产状作为分级修正因素，建立了基于数量化理论的施工阶段的岩质围岩亚级分级模型。该文献还进行了施工阶段岩质围岩亚级分级计算机辅助系统的开发，能够初步实现亚级分级自动化与分级信息的智能管理。
文献[6]在围岩亚级分级的基础上，结合资料调研、模型试验及数值分析等方法，对公路隧道岩质围岩各亚级和土质围岩各分级指标的取值范围进行研究。为与现行规范一致，该文献采用的围岩物理力学指标为容重、变形模量、泊松比、黏聚力和内摩擦角。具体而言，对于岩质围岩，按岩石坚硬程度、结构面构造和结构面结合程度进行组合，分别进行数值计算，得到各组合的物理力学参数值；对于土质围岩，主要是通过大量现场试验及资料调研，获得各指标的取值范围，
然后通过室内土工试验进行检验修正，最终确定土质围岩各分级指标的取值范围。
文献[7]提及到目前公路隧道围岩分级方法在确定地应力修正系数值时的不足之处。一方面，公路隧道围岩分级方法对地应力状态的判别采用很粗略的定性和半定量的手段，修正值的取值范围偏大，在不同的基本质量级别存在交叉选取的情况下，影响了围岩级别的准确判定。另一方面，考虑地应力影响的围岩级别修正多是采取直接修正法或者根据高地应力现象进行细化，并未增加对地应力状态判别的定性和定量指标，如最大水平主应力方向等。
因此，基于以上不足，该文献探讨了地应力侧压力系数、最大水平主应力方向与洞轴线夹角对围岩级别和围岩稳定性的影响。得到如下成果：(1)高地应力对围岩分级的主要影响因素有侧压系数、最大水平主应力与洞轴线的夹角等；(2)确定了考虑地应力修正的公路隧道围岩分级方法：对Ⅲ，Ⅳ和V级进行亚级分级，分级的界限从原来的100降一级到现在的50降半级或30～35降三分之一级，更加细化了围岩基本质量值。
文献[8]利用TSP超前预报系接收由地震产生的地震波信息，利用计算机获得围岩的一系列定量化指标值。结合数量化理论，建立围岩定量判定的数学模型，求出围岩亚级分级的判别系数，从而建立了围岩亚级分级方程。
另外，该文献针对围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级、Ⅵ级及其亚级进行研究，基于不同围岩级别下，对拱顶沉降和周边收敛的监控量测数据进行统计分析研究与拟合，推得各围岩级别的围岩变形在正态分布下的区间概率，总结得出围岩拱顶与周边收敛变形稳定期望值与各围岩级别之间的概略数量关系式。通过研究周边位移与围岩级别之间的定量关系，能够使得现场工程人员对隧道围岩变形的评价更为方便，实现隧道的信息化施工。
四、围岩分级发展趋势
1．采用定性描述和定量评价相结合的方法
对反应岩体性状固有的许多地质特征的定性描述，是正确认识岩体的第一步，是划分岩体类别的依据。因此分类参数的半定量、定量评价应建立在定性描述的基础上。围岩分级定量化包括两个方面：一是分级因素的定量化；二是总体判别准则的定量化。
岩体力学的最新研究成果使隧道围岩分级定量化成为可能，三维数码摄像、数码摄影地质编录、激光扫描技术等的开发和应用，将会为隧道围岩分级的定量化研究提供强有力的技术保障。
2．采用多因素多指标的综合类别
岩体的工程地质特征，决定于多因素的共同作用。因此，分级时都力图充分考虑各种因素的影响和相互关系，强调其中影响岩体工程地质特征的主要因素和指标，综合评价岩体质量。
3．分级与先进地质勘测手段联系起来
欧美等国家广泛采用的以岩石质量指标RQD为主的分类，是采用由金刚石钻头钻取的岩芯复原率为基础的。又如日本、东欧和中国以弹性波速度为主的分类，也是在弹性波勘测技术广泛应用的基础上提出的。
4．结合具体工程，建立围岩稳定性分级方案
目前各大多数的围岩分级研究都认识到设计阶段的围岩分级结果与实际相差较大，因此研究重点将逐渐转移到施工阶段围岩分级的方法上。
结合具体工程，考虑不同的施工方式、隧道类型、洞跨等因素，在围岩分类的基础上建立围岩稳定性分级方案。同时，围岩分级、隧道结构设计标准化、施工过程规范化不再为独立的存在，而是将它们紧密的结合在一块研究。
5.分级与新兴的数学理论及先进的计算机智能化系统相结合
引入如模糊理论、人工神经、灰色预测、分形几何等非线性理论，利用先进的计算机工具软件，实现围岩分类的智能化判别。
6.围岩分级精确化
围岩分级的划分将来会越来越精确，土质围岩将从体系中分离出来独立研究，自成一套的分级方法。
参考文献
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读书报告三：膨胀岩
一、膨胀岩的基本概念
在水的物理化学作用下，能产生体积膨胀、物性软化、碎裂和泥化等现象的一类岩石被称为膨胀岩。我国是膨胀岩分布最广的国家之
一。由于膨胀岩复杂的变形力学机制，常常引起许多工程事故。
膨胀岩亲水性强是由于其所含蒙脱石、伊利石、高岭石的粘土矿物亲水性较强，遇水后对水产生强烈的吸附作用，使颗粒间粘结力大大削弱、间距增大、体积膨胀。膨胀岩具有强亲水性，再加之其孔隙度大，孔隙率一般在25%～35%，因此遇水便产生较高的膨胀率和膨胀压力。此外，膨胀岩浸水或遇水后可产生较强的崩解性。
随着矿山开采和岩土工程的大规模进行，以及地下开采深度的增加，膨胀岩对井巷、峒室的维护难度越来越大，特别是巷道底板为膨胀岩时，底鼓现象更为严重，对矿井安全生产是一大威胁。因此，寻找维护好膨胀岩巷道的有效措施，是十分迫切的。
二、膨胀岩的研究现状
目前膨胀围岩对巷道稳定影响的机制以及从施工方面针对膨胀围岩的措施已较为成熟。
1.膨胀岩影响巷道稳定的原因
在地下开采时，巷道围岩应力场重新分布，膨胀岩巷道周边发生变形进入塑性状态，围岩松动，裂隙扩大，孔隙度增加。膨胀围岩在自有的含水量或工程引起的含水量增加条件下产生膨胀变形。如果巷道不及时支护或支护形式不当、支护强度不足，就会引起巷道过大的变形，最终破坏。若巷道围岩未进行加固，且支架为刚性，则围岩膨胀产生的围岩压力作用在支架上，随着膨胀围岩含水量的增加和时间的增长，膨胀的围岩岩体范围越来越大，支架所受的膨胀压力也随之增大，结果刚性支架失稳破坏、巷道垮落。通常，对于未封底的巷道，膨胀引起巷道底鼓更为严重，巷道顶板及两帮围岩膨胀压力向底板传递，底板在强烈的膨胀压力作用下首先失稳，底板向巷道空间移动形
成流变现象，巷道顶板及两帮围岩也向底板流动，加剧底鼓。经历一次或多次失稳破坏的膨胀岩巷道，翻修维护更为困难，因此对于膨胀岩巷道应力求掘进时一次支护成功，避免翻修。
2.膨胀围岩巷道的维护措施
根据对巷道稳定性的影响，巷道维护应采取下列措施：
1.优化断面形式。单线隧道尽量采用圆形或接近圆形断面，对于双线隧道采用栗子型或带仰拱的马蹄形。
2.防止水对巷道的影响。巷道通过含水丰富的岩层或断层，应采取疏干裂隙水或断层水，必要时进行围岩注浆堵水和防渗水；及时抽排隧道内的渗水及施工废水，避免人为造成围岩膨胀软化，并加强通风，防止潮湿空气对围岩表面的侵蚀。
3.巷道掘进后，应及时锚喷，防止围岩风化膨胀。
4.加强初期支护力度，尽量减少围岩变形。在施工过程中可以采用由钢拱架、系统锚杆和喷射钢纤维混凝土组成的联合支护系统来加强初期支护的刚度。
5.巷道支护材料应具有一定收缩性和较高的支护强度，采用壁后填充，使支架整体受力均匀稳定。采用刚度较大的钢筋混凝土二次衬砌，并根据初期支护变形量测参数，确定其有效施作时机。
6.及时有效地施作仰拱，使支护闭合城环，可采用大曲率、大厚度的钢筋混凝土仰拱，以抑制膨胀压力，实现整体受力。
7.巷道支护应重视封闭底板，防止底鼓。主要措施有：封闭支架壁后填充、底板注浆或锚喷加固、混凝土或钢筋混凝土底板反拱。
8.注浆加固巷道围岩，以提高围岩的强度及膨胀围岩的粘聚力和内摩擦角，降低其孔隙率；并起到堵水防渗作用。根据实际工程需要可在透水层和膨胀围岩的交界处进行注浆，以形成止水围幕，隔绝地层。
9.加强监督量测，合理安排施工工序。
文献[1]针对是膨胀型软岩结构致密，没有明显的结构面或只有弱结构面，注浆难以渗透到岩体内部，从而使得采用注浆强化效果较差的现实，提出对受工程应力影响结构面小于0.10mm的细小裂隙，采用压水扩缝，而后进行水泥注浆的压水扩缝加固岩体工艺。
三、当前膨胀岩研究的不足之处及发展趋势
目前对于膨胀岩的研究主要是从施工角度探讨对膨胀围岩的应对措施，基于数值模拟的对实际指导案例则相对较少。因此，今后的研究可以更多地从数值模拟的角度来指导实际工程的施工过程和结构维护。以下简要介绍当前采用数值模拟方法针对膨胀岩影响的案例及其成果。
文献[2]通过有线差分数值模拟软件FLAC3D，模拟膨胀岩隧道不同断面开挖方法，在一定程度上可以较好地对不同隧道断面开挖方法下围岩的稳定性做出评价，这一点对于隧道的设计和施工来说具有一定的现实意义。
文献[3]对膨胀岩体遇水作用的湿度应力场进行了分析。该文献基于湿度应力场理论，利用湿度应力场与温度应力场的物理相似性，建立了相应的数值模拟方法，并用通用有限元分析软件ANSYS中温度应力场模块，有效地模拟了圆形洞室遇水作用的应力场分布规律，取得了与圆形洞室遇水作用解析解相一致的结果。
文献[4]利用湿度应力场的数值模拟方法，对遇水作用巷道围岩的应力和变形分布规律进行了系统的研究，得到了一些有用成果：1.得到了巷道围岩的顶板下沉量、两帮移近量、底板底鼓变形量及其随含水量的变化规律。结果表明，湿度变化对巷道围岩的变形影响较大，如果考虑巷道围岩的流变效应，这种影响将更大。2.遇水作用膨胀软岩巷道的围岩应力随着含水率的增加而减少。这并不表示巷道的稳定性得到改善，而是更加恶化，其原因是遇水作用后巷道围岩岩性软化、强度降低。
膨胀土体产生的膨胀力定义为：土体在不允许侧向变形下充分吸水，使其保持不发生竖向膨胀所需施加的最大压力值。由于膨胀土因膨胀效应而作用于实际结构上的力称之为膨胀接触压力，其定义为：在结构横向变形稳定后, 由于膨胀效应作用在结构上的压力值。
文献[5]选用ANSYS有限元程序对膨胀岩的膨胀力和对盾构隧道结构产生的膨胀接触压力进行二维平面应变数值模拟分析，发现作用在结构上的膨胀接触压力与膨胀力不完全等同，与膨胀岩的分布、厚度、膨胀力变化、自身及结构刚度等密切相关，且通常膨胀接触压力大小
约为膨胀力的30％～70％；当盾构隧道结构计算采用“梁-弹簧”模型时，接头铰刚度的取值对结构内力的大小及分布有较大影响，因此接头铰刚度取值应以相关研究成果作为依据。
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读书报告四：TBM
一、TBM概念及研究现状
TBM（隧道掘进机）是一种用于开挖地下通道工程的大型高科技专用施工装备，具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度等优点。其最大特点是广泛运用遥测、遥控、电子、信息技术对作业全过程进行制导和监控，通过采用机械、电气、液压和自动控制一体化、智能化设备使掘进过程始终处于最佳状态。TBM技术体现了计算机、新材料、自动化、信息化、系统科学、管理科学等高新技术的综合和密集，反映了一个国家的综合国力和科技水平。
隧道掘进机用于全断面隧道开挖，主要有开式掘进机和闭式掘进机两大类型。目前，TBM的典型形式有支撑式TBM、扩孔式TBM、护盾式TBM、双护筒TBM和支撑盾壳TBM。
基于不同岩土体内掘进机工作模式和工程难点的不同，TBM技术的研究重点和热点问题也存在差异。如何加快岩石掘进机的掘进速率和优化开挖过程是岩石隧道工程的主要问题，故TBM技术的研究热点问题主要集中在TBM滚刀的破岩机制和施工预测模型两方面。
1.TBM滚刀破岩机制
TBM的掘进过程是通过滚刀切割岩石和刀盘旋转完成连续破岩的，可分为两个阶段：第一阶段是刀盘在正推力作用下，滚刀对岩体产生压入作用，岩体产生变形和破坏，裂纹由滚刀接触部位产生，并且向四周扩展；第二阶段是滚刀之间裂纹的连接、贯通，形成岩片，完成破岩过程。因此，TBM滚刀的破岩机制研究可以分为以下方面：1）滚刀的压入过程，主要采用压头实验和数值模拟研究；2）滚刀间的切割破岩过程，采用线性切割实验和数值模拟研究。
2.TBM施工预测模型
TBM施工预测模型主要是用于掘进性能的评价和预测，不同的研究者针对不同的工程提出了多种预测模型，但这些模型都是基于大量不同岩性地层、不同TBM机器类型的工程数据上发展起来的，针对性较强，在其他实际工程运用中预测精度不高，应用效果不理想，截至
目前还没有一种普遍适用于不同工程的通用预测模型。TBM预测模型的适用性与工程岩体特性和TBM机器参数紧密相关，从这个意义上来说，每个独立的TBM工程其适用的预测模型是不一样的。因此，预测模型的研究更多是要专注于形成一套建立模型的方法和流程，而这些需要对不同工程岩体特性下TBM滚刀破岩机制的深入了解，进而选择合理、合适的影响参数。
二、TBM技术研究的不足之处
TBM适用地层范围越来越广，已经从相对单一的岩石或者土类岩土体发展到混合地层交替，高地应力或者节理、断层发育的复杂岩土体中，但对其在复杂地层中的掘进理论、施工力学理论以及环境影响控制方面的研究还不够深入彻底，还有以下问题和工作需要深入分析和研究。
1.TBM掘进机制深入系统的研究和预测模型建立
TBM破岩机制直接关系到TBM刀盘选型、设计和开挖性能的评价。目前，硬岩条件下TBM破岩机制的研究主要是通过理论分析、实验研究以及数值模拟3个方面进行的。国内外学者对此提出了很多种破岩理论，但对TBM滚刀作用下岩石的破坏过程、破坏作用方式和破岩现象研究还不够深入透彻。
2.地应力影响下的掘进机制和施工预测模型的研究
目前，世界范围内将有一批水电引水隧洞、调水隧洞以及交通隧道规划修建，而它们都处于高山峡谷地区，会面临埋深大、岩石坚硬、高地应力和地质结构复杂等情况。地应力对TBM滚刀破岩模式的影响、复杂地质条件下的施工措施和预案、地应力在TBM施工预测模型中的作用等相关课题均还需继续深入研究。
3.复杂地质条件下的掘进机制和施工对策研究
隧道掘进机技术越来越成熟，工程应用也越来越广泛，工程中遇到复杂地质地层的情况也越来越普遍。如节理岩体和砂卵石地层中掘进机会出现刀具磨损大、施工进度慢等问题。因此有必要开展复杂地层中掘进力学机制和施工对策研究。
三、TBM技术发展趋势探讨
除了对上述TBM技术存在的不足，尤其是进一步研究其掘进机制和建立施工预测模型外，复合掘进机技术以及TBM主动换刀理念的建立也成为TBM发展趋势。
1.复合掘进机技术的应用和发展
针对隧道施工过程中可能碰到的软硬地层交替出现、地质条件变化剧烈的情况，复合隧道掘进机应运而生，在稳定性好的围岩中采取开敞式模式掘进，在稳定性差的地层中采用土压平衡式或泥水平衡式模式。
目前，复合掘进机技术产品主要有NFM复合式TBM、罗宾斯混合式TBM和海瑞克泥水－土压平衡转换式TBM、SELI兼具开敞式和双护盾特点的DSU或DSUC机型。复合掘进机技术的出现大大提高了掘进机适应地层的范围，虽然应用过程中还存在着较多的问题，但它仍将会成为未来掘进机技术发展的趋势之一。
2.主动换刀理念的建立及换刀时机的判定
为了减少刀具严重磨损时出现异常情况的发生概率，目前常使用异位添加剂、岩渣性状分析、开仓检查、超声波检测、液压油路检测、掘进参数分析等方法判断刀具是否失效，但上述判断方法都存在各自的不足，现阶段尚无对刀具磨损准确判断的方法，造成了刀具磨损严重影响盾构正常掘进的后果。
另外，现阶段TBM换刀时机的判定大多是基于项目施工经验，尚未建立不同地层、TBM机类型及掘进参数基础上的主动换刀时机判定准则与选择性主动换刀标准，影响了TBM安全、快速的掘进。
主动换刀理念不同于传统的换刀理念，是指在刀具尚未出现较大的磨损时即停机开仓对刀盘面板上的刀具进行选择性更换。主动换刀关键须对换刀的时机进行准确把握，以保证TBM刀盘面板上的刀具具有整体性的良好的破岩效率、较好的刮渣性能，延长一次掘进距离，降低主动换刀次数，提高掘进速率。
因此，可针对上述问题对主动换刀理念的定义、主动换刀时机的判定，选择性主动换刀准则及具体的换刀流程、规范等展开系统的研究，以促进TBM技术的发展。
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