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第四章 软岩特性与变形控制 第一节 软岩的概念 ? 一、概述 从20世纪60年代到90年代初，关于软岩的概念在国内外一直争论不休，产生的软岩定义多达几十种。 1981年 9月，国际岩石力学学会委托日本力学协会召开了国际软岩学术讨论会，软岩的概念问题被作为重要的议题进行讨论。 1984年12月，我国原煤炭工业部矿山压力情报中心站、《煤炭学报》编辑部、中国煤炭学会岩石力学专业委员会联合发起煤矿矿山压力名词讨论会，这次会议集中了国内矿山岩石力学方面的专家、学者，在昆明会议上专门讨论了松软岩层的定义。 但是，在近几年的文献中，关于软岩的概念仍然名目繁多、定义各异，各有其优缺点。总括起来，大体上可分为描述性定义、指标化定义和工程定义3类。 1．描述性定义 （l）长春煤炭研究所陆家梁提出，松软岩层系指松散、软弱的岩层，它是相对于坚硬岩层而言的。松软岩层由于成岩的时间短、结构疏松、胶结程度差，故自身强度很低。 （2）东北大学郑雨天教授认为，软岩是软弱、破碎、松散、膨胀、流变、强风化蚀变及高应力的岩体之总称。 （3）安徽理工大学（原淮南矿业学院）朱效嘉教授提出，松软、破碎、膨胀及风化等岩层称为松软岩层，简称软岩。 （4）原东蒙煤炭公司曾小泉认为，松软岩层系松散破碎、软弱、强风化和膨胀性岩层的总称。 （5）1984年12月，在昆明市举行的煤矿矿山压力名词讨论会上提出的定义是，松软岩层是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层。 2．指标化定义 （1）ISRM（国际岩石力学学会）定义：软岩是指单轴抗压强度在0.5～25MPa的一类岩石。 （2）G.Russo定义：软岩指单轴抗压强度小于17MPa的岩石。 （3）抗压强度小于20MPa的岩层称为软岩。 （4）σc/(γH )2的岩层称为软岩（式中，σc为单轴抗压强度；γ为岩石重度；H为深度）。 3．工程定义 （1）中国矿业大学董方庭教授提出，松动圈厚度大于1.5m的围岩，称为软岩。 （2）中国矿业大学鹿守敏教授指出，围岩松动圈大于1.5m，并且用常规支护不能适应的围岩称为软岩。 （3）松软岩层是指“难支护的围岩”，或“多次支护，需要重复翻修的围岩”。 由此可见，国内外对于软岩的定义尚不能统一，这严重阻碍了软岩的学术交流和研究的深入。 为了便于理论研究和工程应用，中国矿业大学何满朝教授将软岩分为地质软岩和工程软岩分别予以定义。 二、地质软岩与工程软岩的概念 1．地质软岩 目前，人们普遍采用的软岩定义基本上可归于地质软岩的范畴，按地质学的岩性划分，地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层，该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质砂岩，是天然形成的复杂的地质介质。 特别注意：国际岩石力学学会将软岩定义为单轴抗压强度σc＝0.5～25MPa之间的一类岩石，属于地质软岩的范畴，其分类依据是岩石的强度指标。该定义用于工程实践中会出现一些矛盾，如巷道所处深度浅，地应力水平足够低，则单轴抗压强度小于25MPa的岩石也不会产生软岩的特征，采用一般支护技术即可奏效；相反，大于25MPa的岩石，如其工程部位所处的深度足够深，地应力水平足够高，也可以产生软岩的大变形、大地压和难支护的现象。因此，地质软岩的定义不能用于工程实践，故应使用工程软岩的概念。 2．工程软岩的概念 工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体，即工程软岩要满足的条件是： 式中：σ——工程荷载（应力），MP； [σ]——工程岩体强度，MPa； U——巷道变形，mm； [U]——巷道允许变形，mm。 （1）工程岩体：是软岩工程研究的主要对象，是巷道开挖扰动影响范围之内的岩体，包含岩块、结构面及其空间组合特征。 （2）工程力：是指作用在工程岩体上的力的总和，它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等。 （3）显著塑性变形：是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值，并影响了工程的正常使用。显著塑性变形包含显著的弹塑性变形、粘弹塑性变形，连续性变形和非连续性变形等。 特别注意：工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质，即取决于工程力与岩体强度的相互关系。 当工程力一定时，不同岩体，强度高于工程力水平的大多表现为硬岩的力学特性，强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性； 对同种岩石，在较低工程力的作用下，则表现为硬岩的小变形特性，在较高工程力的作用下则可能表