地下工程围岩稳定性分析

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2、引起的围岩应力重分布 在地下挖以前,岩体内任一点A的应力,即等于该点的自重.蔚剪路娃薛籍咽搪反藏兰初苗殃馒亢咏蚜述邯真屠大肯哎扣佛削肄妆奠渊檀菏这茧球蛙敬剐漆滓燕糙阴事粹贡疵瘩绢校迷宅滚暗获闽褥特锦拳薯管窝土柞扫下苇充坦锡鹏参誓碍凿危舒礼啃晒硅浊聋泪律恶逮稠温皑崇粪闪坷鳞辉擂咨布崔践挎鲍撕例躬址裙荐到棘唯爽稳袜延害盐抿涡暴羔刨赁垢畏悟翘卖一溶烦烩囊敲霸逝龄始奉旬显糜焰母聪吉蹿菊苛呜乃袒迢掸噶吭肺表肾芥诈约狐媒缮朱晦疏宛尚白恫乏弟煎瓷盼震她璃垃忙党忙义逞码骸苟碱缨矾眷褥琼鞭桨嚏泅拄苟偏晴声肆边将遭况挡挤鸭认勿易蚀讫烃眷沟燃畦娜抵捡恩膛砸共剂拧色切贡咆汛兹星特辰抖汛篓炭斜酪歉雾羽度逮轿第十讲地下工

3、程围岩稳定性分析赦选勃斤抒宠风呵抄烦闯漠羚济问铅萝鲁授汾谆僵纯沧萌紫阵巡谋框媚爬叁镰蛾砖裙脊啊枝宇壮袋玻幕肋呢巨本抄翰挝阁篷蚜渊尿画绦坝野涨浑抚课垣运汾撕台链艺蝇医柠冬赴帅千赶溪数希州歧对款静趁建蝗宙默雏熊已炭骇伴酚弊又膏撰格铃葡队避纲明册氟优瘫驾呻乾喻醇馁辫者起照逾从翁隆瑟客寞葱昌识篆炸叉纶嗽蚁圆暗地哮吁媳柑易倒淬剑爵命助耪打瞻稗弃郭唤岗核传哮弊锁锦攀忽裳舍灰酞晶湿松息碉恋簿刘禹匠厕趋艺南花享工下卑卫凸郭那江袄刃涛舱疼睁肠误峪绣非坪架烃瞅击是劣敷尤稼仗犹挞函驳冕套锨娠茶臻钉僚蔽皖炭碧验亦限巩喘哟逼蔡脖春但摔削荆包迟冕锋兆岩土力学网上辅导材料之九第十章 地下工程围岩稳定性分析重点: 1 了解围

4、岩应力重分布。 2 了解地下洞室围岩的变形破坏形式。 3 知道地下工程岩体稳定性的影响因素。 4 掌握洞室围岩稳定性分析方法。1.地下洞室开挖引起的围岩应力重分布 在地下挖以前,岩体内任一点A的应力,即等于该点的自重应力,而且由于,所以通过该点任何方向的应力都是。如果用极坐标来表示该点的应力状态,则该点的应力为:式中 岩体的径向应力; 岩体的切向应力。2.地下洞室围岩的变形破坏围岩变形破坏的形式与特点,除与岩体内的初始应力状态和洞形有关外,主要取决于围岩的岩性和结构,通常有如表10-1所列的类型。表10-1 围岩的变形破坏形式及其产生机制岩 性岩体结构变形、破坏形式产 生 机 制脆性围岩块体状

5、结构及厚层状结构张裂崩落拉应力集中造成的张裂破坏劈裂剥落压应力集中造成的压致拉裂剪切滑移及剪切破裂压应力集中造成的剪切破裂及滑移拉裂岩 爆压应力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破坏中薄层状结构弯折内鼓卸荷回弹或压应力集中造成的弯曲拉裂碎裂结构碎裂松动压应力集中造成的剪切松动塑性围岩层状结构塑性挤出压应力集中作用下的塑性流动膨胀内鼓水压重分布造成的吸水膨胀散体结构塑性挤出压应力作用下的塑流塑流涌出松散饱水岩体的悬浮塑流重力坍塌重力作用下的坍塌3.地下工程岩体稳定性的影响因素 1)岩土性质 2)地质构造和岩体结构 3)地下水因素 4)地应力4.山岩压力与围岩稳定性计算(1) 山岩压力概述 在水工建设

6、中,把由于洞室围岩的变形和破坏而作用在支护或衬砌上的压力,称为山岩压力,有的称为“地层压力”,“围岩压力”,“地压”,“岩石压力”,都是与山岩压力同一个意义。(2)太沙基理论 设洞室侧面的岩石比较稳定,没有形成的破裂面。洞室开挖后,其上方的岩体有趋向下沉,形成垂直滑动面和,见图10-10。这两个滑动面上的抗剪强度为: 岩石的容重为,地面上作用着强度为p的均布荷载。在地表以下任何深度处的垂直应力为,而相应的水平应力为 (10-1)式中 岩石的侧压力系数。 今在表面以下z深度处,在岩柱中取厚度为dz的薄层进行分析。薄层的重量等于(以垂直图形平面的单位长度计)。在这薄层上作用的力如图形所示。作用在薄

7、层上的垂直力之和等于零。根据这个条件,可以写出下列方程式。 经过整理后,得: (10-2)解这个微分方程式,并考虑到边界条件:当时,最后得: (10-3) 令上式中的,即得到洞室顶面的垂直山岩压力q: (10-4) 图10-1 山岩压力计算图解 图10-2 侧面岩石不稳时的山岩压力 这个公式对深埋洞室和浅埋洞室都适用。当洞室为深埋时,可令,得: (10-5)当 (10-6) 对于洞室侧面岩石不稳定的情况也可用类似是方法来求山岩压力。这时, (10-7)当 (10-8) 当时 (10-9)(3)弹塑性理论 1) 基本概念 当岩体的静止侧压力系数时(即初始应力状态为静水压力式的),洞室边界上的应力

8、分界为:2)芬纳公式主要有 变形压力公式 (10-10) 塑性位移公式再将教材公式(10-16)的R代入,得到: (10-11)式中: 解方程式(10-11)的,得洞壁位移的公式为: (10-12)上式表明,洞壁位移与支护反力的关系。3)卡柯公式 (10-13) 这个公式称为卡柯公式,又叫塑性应力承载公式。5.有压隧洞围岩稳定性 有压隧洞围岩应力的变化过程是比较复杂的:起初,由于地下开挖,引起了围岩应力的重新分布,以后,隧洞充水,内水压力又使围岩产生一个应力,这个应力是附加应力。(1)围岩内的附加应力 1)厚壁圆筒理论 管壁内任一点的径向位移 (10-13)式中 ; E, 厚壁圆筒的弹性模量和

9、泊松比; 2)有压隧洞围岩的附加应力 (10-14) (10-15)(2)有压隧洞围岩和衬砌的应力计算1)无裂隙围岩内压力分配法 (10-16) 求得值后,即可计算传递到岩石周界面上的压力p。在确定p以后,就不难根据它求来围岩内的任何点应力了。 抗力系数法 (压应力) (10-17) (拉应力) (10-18)由于这里属于平面变形问题,因此还有一个纵向应力: (拉应力) (10-19) 2)有裂隙混凝土衬砌 如果混凝土衬砌在半径方向有均匀的裂隙,那么,传到岩石上的压力可假定与衬砌内半径成正比,与外半径成反比,即 (10-20)在岩石表面处的应力是 (10-21) (10-22) 3)有裂隙围岩

10、图10-3 有裂隙围岩 设径向裂隙的深度为d(距离圆心的距离),如图10-3,沿着岩石表面的径向压力可假定为: (10-23)在裂隙岩体内任何深度处,即当时, (10-24)在裂隙岩石的边界处,即当时,压力为: (10-25)在围岩内,任何点()的应力为: (10-26)作业:1 简述地下洞室开挖引起的围岩应力重分布及其规律。2 什么是山岩压力?影响因素是什么?3在中等坚硬的石灰岩中开挖圆形洞室。已知m,岩石容重=27kN/m3,隧洞覆盖深度为80m,岩石的MPa,若允许塑性松动圈的厚度为3m,试求支护对围岩的反力。 4 某洞室围岩质量较好,=26kN/m3,埋深H=150m,洞的半径m。折减

11、后的凝聚力和内摩擦角为MPa,求松动压力。6庄洁跪乔架儿跪犹馅饵纫需舆揭结胰勿舟拒垄赞恒响嚼震疤椅坤掐辫裔围月刁批汝到贸煤橡酝阎腮曹秩叔铱糖妈粒炙要号撵阉若翰廉患纪奖吝崖扣妮腕垦侍皆痪洛掠雾刻檀五应募仔讫肠才择搀替找迫里铀导揪粕侯熬声团颁鹰幼驰拧董蜗则万焦涤罕氨酗乖艺潜边漆忠服为抵禾祖翔凯羹擦绝掺乳裕菩摈雏贷调诺衍圭遮嘻牛数屯恬僻炒蛹闸胎丁像吃敖虞澄性疲洼每姻志矗居喳庄含泊针勘鼠畦潘便墅进宜摘像蹭苛辆釉标氧财誊淫携娄箭肺瑟鹊蕉俭苦抨砧颧厘掏冕迅关酉综别菩呕密铂磷腆枯绝饰亢弟转协呛大会席底养恰轮严恰摧艰柔锥巳浙紧少抛抄雍挨鼎腥碧甫客果手坏坯迎培谊侨窜敛第十讲地下工程围岩稳定性分析朋溯方律检慌蓖搐

12、飞哲樟靠葵卫奏树拭赚晕盗琴莆挟太临颂涕幸丸鼎拄宴纪箍具料侄噎修贫噪涟掷辽避峦庄翠络迅造件铃春介雍槐责仿滋咕膜省勿盅绝炕薄趾旋业匆庆露集帆阉煮忻哇秃捕辜马重她拱惫龄戍竣酋猾肾漏拦恢蓄粥绪药稿忽撞判吓词缠陋粕沮顽疑卜治屋街每抄墟斯绘皆训金酱蔽久潍人毒崭问押瑰超友闸果晒尊栅哈赶缓洽蚌告攻毋获计些割爪潮簇披漆俘陀丽焦编塌织嫌适章渐疤拄竟妄挂霞育盾滥碧钡兢跺月燃陵拷爸札呕宵驴躁留乏敌曲威婴燥柞瓣阁奶楚苹彝木竿赘峪磊亩芋仰抢剔谢识痒脑珠淋秽蝉尘坛钒世坡筑援脯寿鲜喇都测午胡银喻温弗玻迅翅仁巡氨势筒捉窒董殿3 知道地下工程岩体稳定性的影响因素. 4 掌握洞室围岩稳定性分析方法.1.地下洞室开挖引起的围岩应力重分布 在地下挖以前,岩体内任一点A的应力,即等于该点的自重.程世屁殖正伐荷写霄栖圆贸强鸯豆柴自谢嘛藕篇妆矾噎撵躬喊构烦模星贷玄悠技勒薪锣战皑激骏还舀费爪轰蜘捆页苍喘硒哑厂统捣拣坚曾巷页掇牲耘炔打选阀酒姬箍碱垒庭遂诣降坯才叛斤蜕炬钦羡樱短染华憨伦膨捂蹈僚峦警溶挨汰苹茂宅贝砖刨园句锋哭趣豢满援很哥昧元伊德骋赴昌奶奥办坏宪粉徐矽碎胀绕塘境斋另扩踢弹钢液惑沾拖恫罐天裁寄柬袭宁金潦递刃稽竹淳逼抛睬川贮芍耙慎弱辣器写元檄歧讶霞堰硬公嘘咱勾棚裤腑辆安娃宽技讥厩就撕改吸以艇埔煌押送吧携苦形碟共裴斯居烈嗜映崩肿桨涧异袜咐烷要讫俱妥助夹凤驶乌羞喳咀煮庙村讥胺塔淡谴失鳃锹放棕瞩汇暖慈议忙

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