软岩分类主要关注工程力作用下的特性,如工程软岩,其特性由工程力与岩体强度关系决定,涉及显著的塑性变形,以及岩块、结构面及组合特征的工程力学特性。
软岩力学属性核心有两个:一是软化临界荷载,表示岩石在低于此荷载时保持稳定,超过则发生塑性变形;二是软化临界深度,反映了地应力对岩石软化的影响,巷道深度超过临界值时,岩石将表现出软化特性。
工程分类根据产生塑性变形的不同机制,如膨胀性、高应力、节理化和复合型软岩,分类依据包括岩石的单轴抗压强度、泥质含量和结构面特性等。
软岩的力学分类涉及应力水平,如高应力、超高应力和极高应力,以及节理化软岩的完整性等级。膨胀型软岩的特性随地质时期变化,如古生代的低吸水性,中生代的较强膨胀性,新生代的显著膨胀。
软岩变形机制多样,包括分子、胶体、构造应力、自重、地下水和工程开挖等,这些机制导致不同的破坏特点。支护设计需针对复合型变形,采用联合支护技术,关键在于识别变形机制并实施有效支撑。
确定软岩巷道支护的关键在于了解变形的耦合特性,包括最佳支护时间和时段,这对控制塑性区的形成与稳定性至关重要。支护原理考虑了工程力、塑性释放、围岩自撑力和支护力等因素的共同作用。
为优化支护,需建立非线性设计的概念,考虑大变形岩土工程的复杂性,与常规线性设计相比,非线性设计更加细致,需考虑荷载特性、加载过程和力学对策,以实现过程优化和参数设计。
地质软岩的概念目前,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、粉砂岩和泥质砂岩等单轴抗压强度小于25 MPa的岩石,是天然形成的复杂的地质介质。国际岩石力学会将软岩定义为单轴抗压强度(σc)在0.5~25 MPa之间的一类岩石1,其分类依据基本上是依强度指标。