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圍巖壓力可分為哪些類型，影響圍巖壓力的因素有哪些

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影響圍巖壓力的因素有哪些

圍巖壓力可分為哪些類型，影響圍巖壓力的因素有哪些

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影響圍巖壓力的因素通?？煞譃榈刭|因素和工程因素兩大類 。其中地質因素包括原始應力狀態、巖石力學性質、巖體結構面等 。而工程因素包括施工方法、支護設置時間、支護本身剛度、坑道形狀等 。但是圍巖壓力問題與圍巖的穩定性問題相關聯，穩定性越好的圍巖所產生的圍巖壓力就越小 。
圍巖壓力可分為哪些類型圍巖壓力具體有：
1、松動壓力：松動脫落圍巖，作用在支護上的巖體的自重荷載（自然拱、掉塊，……）及時支護減小松動范圍、控制松動區發展 。
2、塑性形壓力
阻止圍巖塑性變形時，作用在支護上的壓力 。
3、沖擊壓力：巖體中的能量突然釋放（巖爆）所形成的壓力 。
4、膨脹壓力：圍巖膨脹所形成的壓力
四種圍巖壓力有哪兩種同時存在松動壓力和形變壓力 。四種圍巖壓力包括：圍巖壓力松動壓力、圍巖壓力形變壓力、圍巖壓力膨脹壓力、圍巖壓力沖擊壓力 。其中松動壓力和形變壓力兩種同時出現 。各種圍巖的物理性質之間存在一定的內在聯系和規律 。
深埋隧道中常用的施工方法深埋隧道圍巖壓力指深埋隧道圍巖的應力狀態或作用于支護、襯砌上的荷載 。當隧道周邊地壓超過圍巖的固有強度，圍巖處于塑性狀態時，支護承受的是圍巖塑性變形壓力；圍巖達到破壞狀態時，襯砌承受的是圍巖松弛壓力 。另外，圍巖因吸水引起的物理膨脹，或由于化學變化而引起的膨脹都以圍巖壓力的形式施加在結構上，叫膨脹性壓力 。松弛壓力一般按平衡拱理論或假定坍方高度計算確定，塑性變形壓力和膨脹性壓力的大小與變形量有關，很難計算準確，多采用位移量測來推測 。
巖石變形的影響因素包括不同礦物組成、結構、構造的巖石表現出不同的力學性質 。通常所說的巖石力學性質是常溫、常壓、短期靜載條件下的 。實際上，同一巖石在不同環境下表現出不同的力學性質 。巖性、含水量、溫度、孔隙壓力、時間（應變速率）等對巖石力學性質都有影響[100,101] 。
（一）巖性
巖性是影響巖石形變特征的基本因素 。巖石因成分和結構等的不同，而具有不同的強度 。石英砂巖、石英巖、花崗巖、玄武巖、片麻巖等硬度大，彈性變形的屈服強度大，往往表現出脆性變形；石灰巖、片巖、各種鹽巖類巖石則往往表現出塑性變形 。同一巖性的巖石常由于層理或次生面理的發育，而造成巖石力學性質的各向異性 。
（二）含水量
孔隙裂隙水可以削弱礦物晶體的化學鍵強，減少裂隙內的摩擦力，含水量大的巖石趨向于塑性變形 。
油氣儲層中，通常包含油、氣、水等流體中的一種或多種 。不同的流體類型和特征，具有不同的體積彈性模量，并且孔隙流體壓力的變化規律也不同 。因此，孔隙流體對多孔介質變形也具有很大影響 。例如，含水飽和度（即巖石力學中的濕度），濕度越大，巖石的彈性模量越小，產生相同的變形所需要的有效應力也越低（圖4-1-2） 。
圖4-1-2 濕度對變形的影響
油氣儲層中水的存在會加劇巖樣的應力敏感程度，含水飽和度越高應力敏感性越強 。酸蝕作用和溫度強化巖樣的應力敏感性 。含水巖樣或酸蝕巖樣在高溫及高有效應力長期作用下，應力敏感損害將更加嚴重 。油氣鉆采作業、酸壓措施的實施會使近井地帶巖石含水飽和度增加、裂縫面被酸性流體酸蝕，高溫及高有效應力長時間作用下，力學－化學耦合，流－固耦合等作用將使應力敏感損害更加顯著 。
（三）圍壓
巖石處于地下深處變形時，承受著周圍巖體對它施加的圍壓 。增大圍壓一方面增大巖石極限強度；另一方面增大巖石韌性，巖石難以破裂，傾向于塑性變形 。
圖4-1-3所示實驗結果表明：在低圍壓下，巖石表現為脆性，在彈性變形或發生少量塑性變形后立即破壞（圖4-1-4A,B）；圍壓超過20MPa時，在宏觀破裂之前所達到的應變增加得非常明顯，巖石表現為韌性（圖4-1-4D）；隨著圍壓的增高，巖石的屈服極限和強度也大大提高，不同巖石隨圍壓增高韌性增大的程度不同 。（四）溫度
圖4-1-3 大理巖在不同圍壓下的應力－應變曲線
圖4-1-4 不同圍壓大理巖的破裂（流動類型）
圖4-1-5 玄武巖在500MPa圍壓的應力應變曲線
溫度升高，彈性極限降低，巖石很快進入塑性階段（見圖4-1-1c，圖4-1-5），表現為塑性變形 。多數巖石在地表表現為脆性；趨向地下，隨著溫度和圍壓的增加，到一定深度就會從脆性向韌性過渡 。因此，巖石力學實驗中常把圍壓和溫度一起考慮 。實驗表明，巖石在一定圍壓下，隨著溫度的升高，無論是拉伸或壓縮，其屈服應力與強度均要降低，加速了由脆性向延性轉化 。其影響程度隨著巖石類型及受力狀態的不同而各異 。文東油藏溫度一般120～150℃與圖4-1-5相比溫度變化不大，可以不考慮地層溫度與地面溫度的差別 。影響巖石變形的主要因素是圍巖壓力 。
（五）孔隙流體壓力
巖石孔隙中的流體，尤其是孔隙液體對巖石力學性質影響較為突出 。粒間液體對顆粒產生一種壓力，這種壓力與顆粒表面垂直稱為孔隙液壓（圖4-1-6） 。自然界中巖石或多或少含有一定水分或其他液體（如石油等），孔隙中的液壓隨深度增加而增加，一般可近似為線性關系 。
孔隙流體對巖石力學性質的影響主要表現在兩方面：一方面，當巖石中富含流體時，因孔隙表面對液體的吸附使其內部表面自由能降低，增加了顆粒邊界位錯的可能性，巖石強度降低 。另外，孔隙流體的存在促進礦物在應力作用下產生壓溶、擴散、溶解、潤滑等效應，有利于新礦物的生長，從而促進巖石的塑性變形 。另一方面，巖石孔隙內的流體產生孔隙流體壓力效應 。正常情況下，地殼內任一深度孔隙水的流體靜壓力相當于這一深度到地表的水柱壓力，約為靜巖壓力（或圍壓）的40% 。某些原因可使孔隙壓力異常增大 。
由孔隙壓力效應示意圖（圖4-1-7），圓I位于莫爾包絡線下，巖石處于穩定狀態 。隨著孔隙壓力Pρ的增加，應力圓向左移動，當與莫爾包絡線相切時，形成剪裂（a）或張裂（b）而破壞[102] 。
圖4-1-6 巖石孔隙流體形成孔隙液壓示意圖（G—顆粒、P—孔隙液壓）
圖4-1-7 孔隙壓力效應示意圖
巖石破壞的莫爾圓圖解可以很好地解釋孔隙壓力對巖石破壞的促進作用 。圖4-1-7橫坐標表示有效正壓力（總正壓力與孔隙壓力之差） 。圓I代表孔隙壓力為零時的應力狀態，這時巖石是穩定的 。隨著孔隙壓力的逐漸增大，雖然外加總應力不變，但有效正應力逐漸減小，使應力圓向左移動 。一旦應力圓移到圓Ⅱ處，與莫爾包絡線相切，巖石就要破壞 。因此，異?？紫秹毫纱偈箮r石發生斷裂 。當孔隙壓力大到幾乎等于圍壓時，就使巖石產生了浮起效應 。用這種效應較好地解釋了巨大巖席推覆和滑動的可能性 。文東油田開發過程中孔隙壓力是逐漸降低的，故相當于莫爾圓向右移動，巖石的穩定性增強，即裂縫及微裂縫由張開狀態向閉合狀態過渡 。
（六）時間
巖石的脆、韌性因施力時間不同而異 。如果應力作用時間長，巖石應變率低，即便是堅硬的巖石，也可以轉化為塑性變形 。地質作用往往長期和緩慢，脆性巖石也可以發生塑性變形 。時間因素對巖石變形具有重要影響 。
1.應變速率
應變速率對巖石力學性質的影響，在日常生活中也不乏實例 。很多材料在快速沖擊力作用下，呈現脆性破裂 。如緩慢施力，在較小的應力作用下可發生很大的變形而不斷裂 。
2.蠕變與松弛
在應力長期作用下，即使應力在常溫、常壓短期屈服極限之下，巖石也會發生緩慢的永久變形 。這種在恒定應力作用下，應變隨時間持續增長的變形稱為蠕變 。另一方面，在恒定變形情況下，巖石中的應力也可以隨時間不斷減小，這一現象稱為松弛 。
松弛有兩種類型 。一種是應力隨時間減小，逐漸趨于一大于零的定值（圖4-1-8a） 。另一種是應力經很長時間后可趨近于零（圖4-1-8b） 。兩者的共同特點是初始階段應力迅速減小，松弛速率急劇下降；第二階段應力減小緩慢，逐漸趨于一極值 。
蠕變能在低于巖石彈性極限的情況下使巖石產生永久變形，松弛能使部分彈性變形轉化為永久變形，其共同效應都相當于降低巖石的彈性極限 。實際上都表現出時間因素對巖石力學性質的影響 。
圖4-1-8 巖石松弛曲線
【圍巖壓力可分為哪些類型，影響圍巖壓力的因素有哪些】

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