在20世纪20年代以前,围岩压力理论处于古典阶段,如海姆和兰金理论,认为支护承受的是覆盖岩层的全部重量。1920年代以后,散体理论兴起,如泰尔扎吉和普罗托季亚科诺夫理论,强调塌落拱内岩体重量对衬砌的影响。当支护与围岩贴合不紧密,可能导致松动压力的形成,如50年代引入的弹塑性理论,如芬纳和卡斯特纳公式的应用,开始考虑时间效应。60年代末,弹塑性理论进一步发展,将地下结构与地层互动考虑在内,围岩压力计算不再孤立进行。
当前的围岩压力理论包括:岩土柱理论,认为坑道开挖后,上覆岩土柱的下沉产生摩擦力,减去两侧摩阻力即为围岩压力;压力拱理论针对深埋隧道,破裂区自重形成压力拱,其形状可能为抛物线、椭圆等,如科默雷尔岩体破碎理论;弹塑性理论用于确定塑性区范围和围岩压力;极限平衡理论则考虑结构面阻力和地质分析,如断层、节理等因素;数值解法适用于各种形状的洞室压力计算。
侧向压力的计算则根据具体情况,如底部地层条件,可能采用主动、静止或被动抗力理论。尽管有多种理论,但地层初始压力和岩土参数的测定仍存在困难,实际应用中多依赖工程类比法,通过统计已建洞室的经验公式来确定压力。近期,现场监控法强调施工期间的实时量测,是围岩压力研究的新趋势。
尽管围岩压力理论取得了显著进展,但因围岩性质多样和支护方法各异,理论与实践的结合仍需不断优化。综合运用经验、理论和实测数据,针对不同条件选择合适的理论和方法,是当前和未来围岩压力理论研究的关键。
周围岩体作用于隧道和地下洞室衬砌或支护上的荷载,也称地层压力。广义地讲,围岩压力是开挖隧道后围岩变形和应力重新分布的一种物理现象。人们从开挖洞穴后围岩变形和坍塌,衬砌或支护产生变形和开裂等现象,逐步认识到围岩压力的存在。影响围岩压力的因素有:洞室形状或大小、地质构造、支护型式和刚度、洞室埋深,以及时间因素和施工方法等。围岩压力的性质、大小和分布规律是正确进行隧道和洞室支护、结构设计和选择施工方案的重要依据。