岩体力学在洞室工程中的应用.pptx

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1、会计学1岩体力学在洞室工程中的应用岩体力学在洞室工程中的应用（2 2 2 2）应力和位移）应力和位移）应力和位移）应力和位移（79）平面应力时平面应力时第1页/共100页（710）平面应变时平面应变时第2页/共100页圆形洞室二次应力分布圆形洞室二次应力分布圆形洞室二次应力分布圆形洞室二次应力分布第3页/共100页（3 3 3 3）洞室的径向位移）洞室的径向位移）洞室的径向位移）洞室的径向位移（平面应变时）（平面应变时）（平面应变时）（平面应变时）轴对称、切向位移：轴对称、切向位移：V V=0=0 径向位移：径向位移：开挖前开挖前开挖前开挖前，岩体产生的位移（，岩体产生的位移（r ra a=0

2、=0）由上式得：）由上式得：（712）由于开挖引由于开挖引起的位移起的位移第4页/共100页（4 4 4 4）洞周的应变）洞周的应变）洞周的应变）洞周的应变 开挖前开挖前开挖前开挖前，岩体已完成应变，岩体已完成应变开挖引起开挖引起的应变的应变：可见 ，说明 时，岩体的体积不发生变化的特点。ra=0代入（7-10）式得：第5页/共100页（5 5 5 5）洞壁的稳定性评）洞壁的稳定性评）洞壁的稳定性评）洞壁的稳定性评 弹弹塑塑破碎破碎弹弹塑塑破破稳定条件稳定条件围岩可能围岩可能出现的情况出现的情况塑塑破破碎碎洞室周边，处于单向应力状态，最容易破坏。周边最大切应力：第6页/共100页二、二、时，二

3、次应力状态时，二次应力状态(1)计计算模型算模型I I轴对称轴对称IIII反对称反对称第7页/共100页（2 2 2 2）应力）应力）应力）应力位移分析位移分析位移分析位移分析 I IIIII加加二次应力埸二次应力埸等等于于(7-15)第8页/共100页(7-16)有工程应用价值的位移是由于开挖引起的位移，可用类似方法求出：第9页/共100页（3 3）洞室周边洞室周边应力应力洞室周边，处于单向应力状态，最容易破坏。代入(7-15)得洞室周边应力：可见洞室周边只有切向应力：式中：K-围岩内的总应力集中系数 Kz、Kx-分别为垂直和水平应力集中系数洞室周边应力集中系数与侧压力系数有关见图(7-5)

4、第10页/共100页第11页/共100页（3 3）洞室周边位移洞室周边位移将r=ra代入式(7-16)，得由于开挖引起的洞室周边位移：影响洞壁位移的因素很多，有岩体性质、初始应力、开挖半径、位移与径向夹角等。径向位移比切向位移稍大些，因此，径向位移，对围岩稳定性起主导作用。径向位移便于测量与控制径向位移便于测量与控制!第12页/共100页三、深埋椭圆洞室的二次应力状态三、深埋椭圆洞室的二次应力状态三、深埋椭圆洞室的二次应力状态三、深埋椭圆洞室的二次应力状态 图7-6 椭圆洞室单向受力计算简图(1)计计算模型算模型第13页/共100页(2)(2)(2)(2)洞壁应力计算公式洞壁应力计算公式洞壁应

5、力计算公式洞壁应力计算公式 可能出现拉应力的（0，b）（0，-b），顶底 板中点，即(3)(3)洞壁应力分布特点洞壁应力分布特点最大压应力点（a，0）（-a，0）两帮中点，即第14页/共100页若ab，最大压应力点为：选择3个关键点关键点（）代入（7-20）式得，3个关键点，在不同侧压力系数下的应力。见表7-1 (3)(3)最佳轴比（谐洞）最佳轴比（谐洞）最有利于巷道围岩稳定的巷道断面尺寸，可用它的高跨比 表征（轴比），称为最佳轴比或诣洞。最佳轴比应满足如下三个条件：最佳轴比应满足如下三个条件：-最大拉应力点为：第15页/共100页巷道周边应力 对称均匀分布；巷道周边不出现拉应力；应力值是各种

6、截面中的最小值。当 时，满足此条件故 为 数佳轴比。此时 （与 无关）当 时，K=1，圆形最优。第16页/共100页第17页/共100页四、深埋矩形洞室的二次应力状态四、深埋矩形洞室的二次应力状态四、深埋矩形洞室的二次应力状态四、深埋矩形洞室的二次应力状态 用复变函数方法求解。孔边应力分布：Kx，Kz-分别为水平、垂直方向的应力集中系数表7-2。时，由表可见多点出现拉应力。第18页/共100页第19页/共100页返回当时，矩形洞室周边均为压应力当时，洞室周边出现拉应力矩形洞室周边角点应力远大于其它部位的应力第20页/共100页只介绍只介绍只介绍只介绍 （其它情况太复杂、不介绍）（其它情况太复杂

7、、不介绍）（其它情况太复杂、不介绍）（其它情况太复杂、不介绍）极坐标下的平衡：极坐标下的平衡：第三节第三节 深埋圆形洞室弹塑性分布深埋圆形洞室弹塑性分布 的二次应力状态的二次应力状态1 1、塑性区内的应力态、塑性区内的应力态 假设岩体服从库仑-莫尔准则，是理想塑性体（极限平衡理论）。（1 1）基本方程）基本方程（不计体力)第21页/共100页、两个方程求两个未知应力分量优点优点：不用本构关系由于轴对称：与 无关，塑性条件式（2-43）：此处：即：elasticityplasticity第22页/共100页（2 2 2 2）解方程）解方程）解方程）解方程（脚标（脚标（脚标（脚标P P P P 表

8、示表示表示表示塑性应力分量塑性应力分量塑性应力分量塑性应力分量）平衡方程第一式自动满足，由第二式得：代入上式：（一阶微分式）第23页/共100页塑性区的应力分量塑性区的应力分量边界条件：（若考虑支护 ）积分并考虑边界条件得：代入得：第24页/共100页 轴对称，塑性区边界是圆周轴对称，塑性区边界是圆周轴对称，塑性区边界是圆周轴对称，塑性区边界是圆周 ，有有有有 在弹性与在弹性与塑性的交界塑性的交界面上，应力面上，应力分量和第一分量和第一应力不变量应力不变量相等相等 2 2、塑性区半径、塑性区半径R RP P边界条件：边界条件：(见下图)解：解：+得：第25页/共100页弹、塑性分析应力边界条件

9、弹、塑性分析应力边界条件第26页/共100页（7-28）可见，RP与原岩应力PO、岩体强度 和 有关。锚杆长度：锚杆长度：第27页/共100页3 3 3 3、塑性区与弹性区交界面上的应力、塑性区与弹性区交界面上的应力、塑性区与弹性区交界面上的应力、塑性区与弹性区交界面上的应力 式（式（7-287-28）代入（代入（7-277-27）得，）得，（7-29）塑性区的应力应变关系不再呈线性，仅用广义虎克定律不能正确地表现塑性区内的应力、应变关系。用平均应力与平均应变之间的关系，乘于一表示两者所具有的非线性关系的塑性模数，并假设塑性体积应变为0。4 4、塑性区的位移、塑性区的位移第28页/共100页平

10、均应力：平均应变：三个广义虎克定律相加：代入广义虎克定律第29页/共100页 在以上在以上3 3式的右边乘上式的右边乘上 ，就得到塑性区，就得到塑性区的应力的应力-应变关系。当应变关系。当 时，为弹性的时，为弹性的应力应力-应变关系。应变关系。同理得另外两式，最后得到消除静水压力部分的应力应变关系注：体积应变为注：体积应变为0第30页/共100页 塑性塑性区应力区应力-应变应变关系关系：设塑性区的平均变形模量为E0，横向变形模量 ，剪切模量为G0，体积应变平面问题平均应力轴对称下的平面应变问题轴对称下的平面应变问题由第31页/共100页几何方程：求得：式第32页/共100页由得：（7-31）2

11、CC利用边界条件求利用边界条件求C C代入(7-31)式得：塑性区边界上的应力分量差由(7-29)式给出第33页/共100页（7-32）（7-32）（7-30）得塑性区径向位移：（7-33）将上式求出的系数C代入(7-31)式得塑性模数第34页/共100页5 5 5 5、弹性区的应力和位移、弹性区的应力和位移、弹性区的应力和位移、弹性区的应力和位移 n n 受力模型：相当于内外受压的厚壁圆筒。受力模型：相当于内外受压的厚壁圆筒。n n 边界条件边界条件：求出弹性区的应力分量和位移分量：（7-34）第35页/共100页转换成平面应变下的位移：开挖前完成的位移由于开挖引起的围岩总位移增量即为弹性区

12、与塑性区位移增量之和即为弹性区与塑性区位移增量之和第36页/共100页6 6 6 6、小结（、小结（、小结（、小结（）（1 1）圆圆形形洞洞室室，当当 时时，出现塑性区。出现塑性区。（2）塑性区内每点应力状处于极限状态，即 和 均随r 增大，但都与强度曲线相切。（3）塑性区内的应力分量与外载无关，外力增大，转移到弹性区，式塑性区扩大。（4）塑性区的存在对弹性区域起支护作用，参见(7-34)式。（5）弹-塑性岩体弹性区的应力分布与弹性岩体基本相同。第37页/共100页弹-塑性区应力分布图强度线塑性区内任一点的应力圆均与该线相切塑性区切向应力分布曲线弹性区切向应力分布曲线塑性区径向应力分布曲线弹性

13、区径向应力分布曲线弹性状态切向应力分布曲线弹性状态径向应力分布曲线塑性区弹性区应力升高区原岩应力区围岩原岩应力降区返回第38页/共100页第四节第四节第四节第四节 节理岩体中深埋圆形节理岩体中深埋圆形节理岩体中深埋圆形节理岩体中深埋圆形 洞室剪裂区及应力分析洞室剪裂区及应力分析洞室剪裂区及应力分析洞室剪裂区及应力分析n n岩体强度受结构面控制，岩体产生剪切滑移岩体强度受结构面控制，岩体产生剪切滑移一、基本假设：一、基本假设：一、基本假设：一、基本假设：（1 1）剪切区应力分布近似弹性应力分布。）剪切区应力分布近似弹性应力分布。（2 2）仅考虑一组节理，并不计间距的影响。）仅考虑一组节理，并不计

14、间距的影响。（3 3）剪裂区的切向应力受节理面的强度控制，并）剪裂区的切向应力受节理面的强度控制，并 服从库仑准则。服从库仑准则。径向应力，由弹性公式给出，径向应力，由弹性公式给出，破坏角破坏角 。（见下图）。（见下图）第39页/共100页岩体单元中强度最弱的方向量节理方向，岩体可能沿此方向剪切滑移最小主应力与破坏面的夹角：第40页/共100页二、破裂区的应力计算二、破裂区的应力计算二、破裂区的应力计算二、破裂区的应力计算代入上式得：破裂区的径向应力仍按弹性公式计算(弹-塑性极限状态，切向应力按塑性公式计算。由（4-51）式：其中：第41页/共100页其中：破裂区的应力(7-37)第42页/共

15、100页 弹性区的应力，（节理面不多破坏），仅按弹性区的应力，（节理面不多破坏），仅按弹性区的应力，（节理面不多破坏），仅按弹性区的应力，（节理面不多破坏），仅按各向同性同时的应力计算公式。各向同性同时的应力计算公式。各向同性同时的应力计算公式。各向同性同时的应力计算公式。三、剪裂区范围三、剪裂区范围把巷道外接圆形，破裂区仍近似为圆形，其半径为。利用弹性区与塑性区交面上的应力分量相等的条件求出破裂半径。即：将分别代入(7-9)和(7-37)的第二式并令相等：第43页/共100页两式相等(7-38)求出破裂半径第44页/共100页由(7-38)推出 破裂条件(7-39)破裂角将代入(7-38)得

16、(7-40)第45页/共100页最大破裂半径(7-41)返回第46页/共100页第五节第五节第五节第五节 围岩压力（地压）围岩压力（地压）围岩压力（地压）围岩压力（地压）一、围岩压力的基本概念一、围岩压力的基本概念一、围岩压力的基本概念一、围岩压力的基本概念n n狭义围岩压力：围岩作用于支护上的压力。狭义围岩压力：围岩作用于支护上的压力。（围岩和支护被看成独立的两个体系）（围岩和支护被看成独立的两个体系）n n广义围岩压力：支护与围岩是一个共同体，广义围岩压力：支护与围岩是一个共同体，二次应力的全部作用力视为围岩压力。二次应力的全部作用力视为围岩压力。n n（1 1）稳定状态：）稳定状态：n

17、n （2）不稳定状态：塑性 破坏塌垮 失稳第47页/共100页二、水平洞室围岩的主要破坏形式二、水平洞室围岩的主要破坏形式二、水平洞室围岩的主要破坏形式二、水平洞室围岩的主要破坏形式1 1、围岩整体稳定，可能有局部掉落。、围岩整体稳定，可能有局部掉落。（爆破震动、局部裂隙切割）（爆破震动、局部裂隙切割）2 2、脆性断裂破坏、脆性断裂破坏拉裂破坏，一般在洞顶。拉裂破坏，一般在洞顶。3 3、松散、冒顶、片帮、松散、冒顶、片帮自然拱自然拱4 4、围岩膨胀底鼓、围岩膨胀底鼓5 5、形成塑性滑移面、形成塑性滑移面第48页/共100页自然冒落拱自然冒落拱第49页/共100页水平或缓倾斜坚硬岩层巷道开挖轮廓

18、线急倾斜坚硬岩层高边墙塌落取决于节理分布第50页/共100页脆性裂隙岩体巷道围岩顶部掉块模型软岩巷道严重底鼓现象第51页/共100页软岩巷道围岩的膨胀现象第52页/共100页时时塑性区为环状分布，滑移线是对数螺线塑性区为环状分布，滑移线是对数螺线。开挖后开挖后 ，形成塑形成塑性区性区在与主在与主应力方应力方向形成向形成 的共轭对称的共轭对称两组滑两组滑移面。移面。第53页/共100页三、围岩压力分类三、围岩压力分类三、围岩压力分类三、围岩压力分类 1 1 1 1、松动压力、松动压力、松动压力、松动压力：松动脱落围岩，作用在支护上：松动脱落围岩，作用在支护上的岩体的自重荷载（自然拱、掉块，的岩体

19、的自重荷载（自然拱、掉块，）及时支护减小松动范围、控制松动区发展。及时支护减小松动范围、控制松动区发展。2 2 2 2、塑性形压力、塑性形压力、塑性形压力、塑性形压力 阻止围岩塑性变形时，作用在支护上的压力。阻止围岩塑性变形时，作用在支护上的压力。3 3 3 3、冲击压力、冲击压力、冲击压力、冲击压力：岩体中的能量突然释放（岩爆）：岩体中的能量突然释放（岩爆）所形成的压力。所形成的压力。4 4 4 4、膨胀压力、膨胀压力、膨胀压力、膨胀压力：围岩膨胀所形成的压力：围岩膨胀所形成的压力n n只有松动压力和塑性变形压能够计算。只有松动压力和塑性变形压能够计算。第54页/共100页四、影响围岩压力的

20、因素四、影响围岩压力的因素四、影响围岩压力的因素四、影响围岩压力的因素 1 1 1 1、地质方面的因素（自然属性）、地质方面的因素（自然属性）、地质方面的因素（自然属性）、地质方面的因素（自然属性）（1 1）完整性或破碎程度。）完整性或破碎程度。（2 2）结构面的产状、分布密度、力学性质、充）结构面的产状、分布密度、力学性质、充填物性质及其充填状态。填物性质及其充填状态。（3 3）地下的活动状况。）地下的活动状况。（4 4）岩体的性质和强度。）岩体的性质和强度。地质方面工程方面第55页/共100页2 2 2 2、工程方面的因素、工程方面的因素、工程方面的因素、工程方面的因素 （1 1 1 1）

21、洞室的形状和尺寸）洞室的形状和尺寸）洞室的形状和尺寸）洞室的形状和尺寸 三心拱半圆拱切圆拱（2）支护结构的形式和刚度 支护作用：阻止围岩变形，维护围岩稳定支护支护外部支护内承支护刚性柔性第56页/共100页（3）洞室的位置、尺度和覆盖层厚度。（4）施工中的技术措施。例如，控制爆破（光、预裂）开挖顺序（5）洞室的轴线走向返回第57页/共100页第六节第六节 松散岩体的围岩压力松散岩体的围岩压力计算计算n n浅埋：传递应力，岩柱重量计算法。浅埋：传递应力，岩柱重量计算法。n n深埋：自然冒落拱内岩体的自重或裂性围内深埋：自然冒落拱内岩体的自重或裂性围内松动岩体的压力。松动岩体的压力。一、浅埋洞室围

22、岩松动压力计算一、浅埋洞室围岩松动压力计算一、浅埋洞室围岩松动压力计算一、浅埋洞室围岩松动压力计算(2(2种方法种方法)（一）岩柱法（一）岩柱法1 1、基本假设、基本假设（1 1）C=0C=0(2)(2)围岩压力围岩压力=岩柱的自重岩柱的自重-柱侧面摩擦力柱侧面摩擦力（3 3）破坏模式与受力状态如下）破坏模式与受力状态如下第58页/共100页图7-15 考虑摩擦力的计算简图微元素微元素滑动岩柱滑动岩柱第59页/共100页2 2 2 2、洞室顶压力的计算、洞室顶压力的计算、洞室顶压力的计算、洞室顶压力的计算 n n岩柱两侧面的总摩擦力为：岩柱两侧面的总摩擦力为：式中：-垂直应力；-侧应力系数式中

23、：-侧面上的正压力；-摩擦系数n n微元素上的侧压力：微元素上的侧压力：n n微元素上的摩擦力：微元素上的摩擦力：n n洞顶岩体自重：洞顶岩体自重：第60页/共100页根据假设求出洞顶压力集度根据假设求出洞顶压力集度：式中：式中：根据假设求出洞帮压力集度：第61页/共100页3 3、适、适用条件用条件洞室洞室断面断面衬砌衬砌受力受力图图第62页/共100页n n（二）泰沙基的围岩压力计算（二）泰沙基的围岩压力计算方法方法n n由单元体的平衡条件推出围岩压力由单元体的平衡条件推出围岩压力n n1 1、基本假设、基本假设n n（1 1）认为岩体是松散体，但存在一定的粘厚）认为岩体是松散体，但存在一

24、定的粘厚力，且服从库仑准则：力，且服从库仑准则：n n（2 2）围岩的滑移模式和外力情况如图所示）围岩的滑移模式和外力情况如图所示2、围岩压力计算边界条件：边界条件：n微元体的平衡条件：第63页/共100页图图7-16 7-16 垂直地层压力计算图垂直地层压力计算图第64页/共100页（3）适用条件：H50m。n解该微分方程，并令见=H得洞顶压力：-原岩应力侧压力系数n洞室两邦的压力:第65页/共100页（三）浅埋山波处洞室围岩压力的计算（三）浅埋山波处洞室围岩压力的计算（三）浅埋山波处洞室围岩压力的计算（三）浅埋山波处洞室围岩压力的计算n n特点特点特点特点 围岩压力将产生偏压力围岩压力将产

25、生偏压力n n原理原理 围岩压力围岩压力=岩柱自重岩柱自重-岩柱侧面的摩擦岩柱侧面的摩擦力力1 1、右侧岩柱侧面、右侧岩柱侧面（1 1）滑动体）滑动体ABCABC的重量的重量而代入式得：式得：-抗滑角-有效致滑角-抗滑角第66页/共100页滑动岩柱滑动面倾角地面坡角有效致滑角第67页/共100页(2)(2)滑动面上的正压力滑动面上的正压力P P 在力三角形中，由正弦定律得：在力三角形中，由正弦定律得：分子、分母同乘分子、分母同乘 ，并，并代入代入得：得：第68页/共100页注：若注：若 未知，可以求其极大值，即：未知，可以求其极大值，即：由推出：2、左侧岩柱侧面在A0B0面上，同理可以求出：P

26、0、第69页/共100页2 2 2 2、洞顶岩柱自重、洞顶岩柱自重、洞顶岩柱自重、洞顶岩柱自重 3 3、洞顶支护上的总荷载、洞顶支护上的总荷载 式代入4、支护体顶板的荷载集度、支护体顶板的荷载集度第70页/共100页5 5 5 5、支护体上的水平侧压力、支护体上的水平侧压力、支护体上的水平侧压力、支护体上的水平侧压力6 6、支护结构受力图、支护结构受力图Pie1e2e20e10第71页/共100页n n 注：此公式适用于暗挖、明挖，仅考虑自重注：此公式适用于暗挖、明挖，仅考虑自重即：即：。n n岩柱两侧的摩擦角经验值：岩柱两侧的摩擦角经验值：二、深埋洞室的松散围岩压力二、深埋洞室的松散围岩压力

27、计算计算n n俄国普罗托奇雅阔诺夫俄国普罗托奇雅阔诺夫19071907年推出自然冒落年推出自然冒落拱拱 -沙拱、压力自然平衡拱。沙拱、压力自然平衡拱。（一）普氐理论的基本假设（一）普氐理论的基本假设第72页/共100页（3）采用坚固系数表表征岩体强度。其物理意义：更简便的经验公式：-Rc/MPa（4）自然平衡拱的洞顶岩体只能承受压应力，不能承受拉应力。（1）围岩为松散体，仍具有一定的粘聚力。（2）洞顶形成自然冒落拱，两帮形成滑动体 （夹角 ）作用在洞顶的围岩压 力为自然平衡拱内岩体的自重。第73页/共100页第74页/共100页n n 在拱脚处，有一在拱脚处，有一水平推力，维持整水平推力，维持

28、整个拱的平衡，普氐个拱的平衡，普氐认为必须小于或者认为必须小于或者等于垂直等于垂直图7-19 自然平衡拱受力图（二）计算公式（二）计算公式1 1、自然平衡拱的形状、自然平衡拱的形状先假设拱为二次曲线，拱上任一点M弯矩为0：反力所产生的最大摩擦力，以使保持拱脚的稳定，第75页/共100页即：即：代入代入式得式得令令由由得得（7-517-51）当 时为拱的矢高，令令（自然平衡拱的最大高度）自然拱的最大跨度：第76页/共100页2 2 2 2、围岩压力（自然冒落拱内岩体的重量）计算、围岩压力（自然冒落拱内岩体的重量）计算、围岩压力（自然冒落拱内岩体的重量）计算、围岩压力（自然冒落拱内岩体的重量）计算

29、（1 1）顶压（集度）：）顶压（集度）：-取最大值，取最大值，拱形简化为矩形。拱形简化为矩形。（2 2）侧压：）侧压：3 3 3 3、适用条件、适用条件、适用条件、适用条件（1 1）埋深大于）埋深大于3 3倍的自然拱高。倍的自然拱高。（2）4、支护结构上的受力图、支护结构上的受力图见图7-18第77页/共100页（一）基本假设（一）基本假设（一）基本假设（一）基本假设（CaquoCaquoCaquoCaquo卡柯）公式假设卡柯）公式假设卡柯）公式假设卡柯）公式假设（1 1）塑性区与弹性区脱离，围岩压力为塑性区）塑性区与弹性区脱离，围岩压力为塑性区内岩体的自重。内岩体的自重。（2 2）塑性区的应

30、力服从莫尔）塑性区的应力服从莫尔库仑准则库仑准则。三、塑性松动压力的计算三、塑性松动压力的计算弹-塑性分析得到塑性区，把塑性区内的岩体重量作为围岩压力。（二）塑性松动压力的计算（1）在最不利的位置，拱顶取一单元作平衡分析：得第78页/共100页 图图7-20 7-20 松动压力计算简图松动压力计算简图第79页/共100页代入上式整理得：（7-557-55）将（2）塑性区内服从库仑准则（7-567-56）（3）解微分方程（7-56）代入（7-55）并解微方程（一阶方程）并整理得：第80页/共100页（4 4）由边界条件确定系数）由边界条件确定系数A A将A代入上得，支护上的压力（5 5）围岩压力

31、）围岩压力（卡柯公式）（卡柯公式）（7-577-57）第81页/共100页（6 6 6 6）卡柯公式的的缺陷）卡柯公式的的缺陷）卡柯公式的的缺陷）卡柯公式的的缺陷 弹塑区脱离不符合实际；弹塑区脱离不符合实际；注注 卡柯公式中的塑性区的半径，可以利用弹-塑分析得到的公式算出，也可以通过测试求出，例如声波测试。四、补充内容四、补充内容第82页/共100页立井地压立井地压(秦氏秦氏)计算公式计算公式第83页/共100页卡柯公式简化计算卡柯公式简化计算第84页/共100页斜巷地压计算图斜巷地压计算图返回第85页/共100页第七节第七节 塑性形变压力的计算塑性形变压力的计算 与与7.37.3节计算塑性区

32、应力和塑性区半径的方节计算塑性区应力和塑性区半径的方法相同，只要将法相同，只要将7.37.3中的边界条件中的边界条件 改为：改为：推理得：推理得：（7-587-58）这就围岩作用在支护上的塑性变压力这就围岩作用在支护上的塑性变压力卡斯特卡斯特而尔而尔（KastnerKastner）公式。公式。第86页/共100页Kastner公式说明Pi与RP成反比 ；当Rp=ra时，Pie有最大值，意味着塑性区为0；随着塑性区的增加，部分变形能释放，围岩作用在支护的压力变小。返回第87页/共100页 第八节第八节 新奥法简介新奥法简介n n“新奥地利隧道施工法新奥地利隧道施工法”（NATMNATM）法，由奥

33、法，由奥地利学派创始人之一米勒教授提出的。包括地利学派创始人之一米勒教授提出的。包括三方面的内容：三方面的内容：1 1、支护、支护-围岩共同作用原理。围岩共同作用原理。2 2、柔性支护观点、柔性支护观点/锚喷网综合支护主要支护手段。锚喷网综合支护主要支护手段。3 3、设计、施工、监测一条龙作业方式。、设计、施工、监测一条龙作业方式。n n优点：较好利用岩体力学特性，充分发挥围优点：较好利用岩体力学特性，充分发挥围岩的自身的承载能力，合理设计支护结构和岩的自身的承载能力，合理设计支护结构和施工顺序。施工顺序。第88页/共100页1 1、支护、支护-围岩共同作用原理围岩共同作用原理 围岩既是生产支

34、护荷载的主体，又是承受岩层荷载的结构，支护-围岩作为整体相互作用，共同承担围岩压力。摒弃了过去岩体作为对支护结构的荷载采用厚衬砌的传统做法。围岩压力是变形压力和松动压力的组合，大部分压力(特别是变形压力)由围岩自身承担，只有少部分转移到支护结构上；支护荷载既取决于围岩的性质，又取决于支护结构的刚度和支护时间；围岩的松动区和围岩内的二次应力状态又与支护结构的性质和支护时间有关。第89页/共100页支护支护-围岩共同作用原理图围岩共同作用原理图围岩特性曲线支护特性曲线支护时间刚度早晚刚柔柔第90页/共100页2 2、柔性支护观点、柔性支护观点 支护刚度不必太大，当支护做完后，能与岩体一起生产一定的

35、位移，释放部分变形能，但又能使支护足以保持平衡，保持围岩稳定。柔性支护，尽早支护，既及时封闭围岩，防止风化，又能释放变形能，合理利用围岩与支护共同承担应力调整过程中的所有作用。支护结构为闭合环，锚喷网综合支护锚喷网综合支护主要支护手段主要支护手段。第91页/共100页3 3、设计、施工、监测一条龙作业方式、设计、施工、监测一条龙作业方式工程地质调查与相关实验工程开挖与支护设计施工与监测是否稳定返回第92页/共100页n n二次应力状态主要特征状态二次应力状态主要特征状态二次应力为弹性分布（岩体坚硬，原岩应力小，不要支护）。二次应力为弹塑分布围岩分两部：弹性区、塑性区n n结构面的处理方法结构面

36、的处理方法大结构面单独处理；小密集结构面用包容方法处理。第93页/共100页地下工程稳定地下工程稳定稳定定义稳定定义：地下工程工作期限内，安全和所需最小断面得以保证，称为稳定。稳定条件稳定条件：地下工程岩体或支护体中危险点的应力和位移；岩体或支护材料的强度极限和位移极限。第94页/共100页地下工程稳定地下工程稳定性可分为两类性可分为两类自稳自稳：不需要支护围岩自身能保持长期稳定人工稳定：人工稳定：需要支护才能保持围岩稳定第95页/共100页稳定性问题稳定性问题的力学本质的力学本质自自稳稳不自不自稳稳围岩围岩内危内危险点险点的应的应力和力和位移位移计算围岩压力计算围岩压力支护中危险点的应力或位

37、移大于支大于支护极限护极限小于支小于支护极限护极限人工稳定人工稳定改革支护第96页/共100页深埋地深埋地下工程下工程地下工程自身影响达不到地表的，称为深埋深埋。反之浅埋浅埋（2）当埋深等于或大于巷道半径R0或其宽、高之半的20倍以上时，巷道影响范围（35R0）以内的岩体自重可以忽略不计；原岩水平应力可以简化为均匀分布，通常误差不大（10以下）；深埋地下工程的特点深埋地下工程的特点为：（1）可视为无限体中的孔洞问题，孔洞各方向无穷远处，仍为原岩应力；第97页/共100页（3 3）深埋的水平巷道长度较大时，可作为平面应变问题处理。其它类型巷道，或作为空间问题，或作为全平面应变问题处理。解析方法数值方法试验方法地下工程地下工程稳定性分稳定性分析途径析途径本章本章主要主要内容内容弹性弹-塑性松散围岩应力、支护上的压力第98页/共100页深埋地下工程深埋地下工程力学模型力学模型返回第99页/共100页