成都理工大學(xué)(04地下硐室的圍巖應(yīng)力)

1、巖體力學(xué)巖體力學(xué) 4 4 地下硐室的圍巖應(yīng)力計算地下硐室的圍巖應(yīng)力計算及應(yīng)力分布及應(yīng)力分布主講主講 林鋒林鋒4 4 地下硐室的圍巖應(yīng)力計算及應(yīng)力分布地下硐室的圍巖應(yīng)力計算及應(yīng)力分布 4.14.1概述概述4.2 4.2 巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)4.3 4.3 彈性巖體中圓形硐室圍巖應(yīng)力彈性巖體中圓形硐室圍巖應(yīng)力4.4 4.4 彈性巖體中其他硐形的圍巖應(yīng)力彈性巖體中其他硐形的圍巖應(yīng)力4.5 4.5 圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析4.6 4.6 豎井的圍巖應(yīng)力及水平軟弱夾層所引起的豎井的圍巖應(yīng)力及水平軟弱夾層所引起的變形破壞變形破壞4.7 4.7 有壓隧洞的巖石

2、力學(xué)計算有壓隧洞的巖石力學(xué)計算 4 4 地下硐室的圍巖應(yīng)力計算及應(yīng)力分布地下硐室的圍巖應(yīng)力計算及應(yīng)力分布 地下工程地下工程：是一個泛指的技術(shù)領(lǐng)域，在地層內(nèi)部天然：是一個泛指的技術(shù)領(lǐng)域，在地層內(nèi)部天然形成或人工修筑的地下建筑物或構(gòu)筑物的統(tǒng)稱。形成或人工修筑的地下建筑物或構(gòu)筑物的統(tǒng)稱。 隧道：隧道：狹義的理解為用以保持地下空間作為交通孔道狹義的理解為用以保持地下空間作為交通孔道的工程建筑物。的工程建筑物。廣義上：以某種用途，在地面下用任何方廣義上：以某種用途，在地面下用任何方法按照規(guī)定形狀和尺寸修筑的斷面積大于法按照規(guī)定形狀和尺寸修筑的斷面積大于2m2m2 2的洞室。一的洞室。一般分為般分為巖石隧

3、道巖石隧道（山嶺隧道）和山嶺隧道）和軟土隧道軟土隧道兩類。兩類。 地下洞室的開挖，必然會破壞巖體內(nèi)相對的應(yīng)力平衡地下洞室的開挖，必然會破壞巖體內(nèi)相對的應(yīng)力平衡狀態(tài)，并導(dǎo)致一定范圍內(nèi)巖體內(nèi)應(yīng)力重分布。狀態(tài)，并導(dǎo)致一定范圍內(nèi)巖體內(nèi)應(yīng)力重分布。 巖體的強(qiáng)度和變形特性是否適應(yīng)重分布的應(yīng)力特狀態(tài)，巖體的強(qiáng)度和變形特性是否適應(yīng)重分布的應(yīng)力特狀態(tài)，將直接影響地下建筑物、甚至地面建筑物的安全。將直接影響地下建筑物、甚至地面建筑物的安全。 如何進(jìn)行巖體的變形及穩(wěn)定性評價？如何進(jìn)行巖體的變形及穩(wěn)定性評價？4.14.1概述概述 圍巖圍巖：硐室開挖導(dǎo)致周邊一定范圍內(nèi)應(yīng)力重分布，硐室：硐室開挖導(dǎo)致周邊一定范圍內(nèi)應(yīng)力重分

4、布，硐室周邊應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖體，稱為圍巖。周邊應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖體，稱為圍巖。 天然應(yīng)力場天然應(yīng)力場：工程活動前，巖體內(nèi)由于：工程活動前，巖體內(nèi)由于自重自重、成巖作用成巖作用、構(gòu)造運(yùn)動構(gòu)造運(yùn)動、淺表生作用淺表生作用等形成的應(yīng)力場。也可以稱為等形成的應(yīng)力場。也可以稱為原巖原巖應(yīng)力場、初始應(yīng)力場、地應(yīng)力場，或者一次應(yīng)力場。應(yīng)力場、初始應(yīng)力場、地應(yīng)力場，或者一次應(yīng)力場。 圍巖應(yīng)力圍巖應(yīng)力，也叫二次應(yīng)力，即圍巖內(nèi)的應(yīng)力。顯然，它，也叫二次應(yīng)力，即圍巖內(nèi)的應(yīng)力。顯然，它是在是在天然應(yīng)力場天然應(yīng)力場的基礎(chǔ)上，由于硐室開挖應(yīng)力重分布的結(jié)的基礎(chǔ)上，由于硐室開挖應(yīng)力重分布的結(jié)果，與硐形等因素有關(guān)。果，與硐

5、形等因素有關(guān)。 天然應(yīng)力場是二次應(yīng)力場形成的起點。天然應(yīng)力場是二次應(yīng)力場形成的起點。 天然應(yīng)力場是在漫長的地質(zhì)歷史發(fā)展中逐步形成的。天然應(yīng)力場是在漫長的地質(zhì)歷史發(fā)展中逐步形成的。 4 4 地下硐室的圍巖應(yīng)力計算及應(yīng)力分布地下硐室的圍巖應(yīng)力計算及應(yīng)力分布 4.14.1概述概述 4.2.1 4.2.1 天然應(yīng)力場的成因及組成成分天然應(yīng)力場的成因及組成成分 （1 1）自重應(yīng)力）自重應(yīng)力 工程活動前，由于巖體自重所引起的應(yīng)力為工程活動前，由于巖體自重所引起的應(yīng)力為自重應(yīng)力自重應(yīng)力，它在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱為它在空間有規(guī)律的分布狀態(tài)稱為自重應(yīng)力場自重應(yīng)力場。 （2 2）構(gòu)造應(yīng)力場）構(gòu)造應(yīng)力場 構(gòu)造應(yīng)力

6、場構(gòu)造應(yīng)力場是指在是指在一定區(qū)域內(nèi)具有成生聯(lián)系的一定區(qū)域內(nèi)具有成生聯(lián)系的各種構(gòu)造各種構(gòu)造形跡在不同部位應(yīng)力狀態(tài)的總體。形跡在不同部位應(yīng)力狀態(tài)的總體。 （3 3）變異應(yīng)力）變異應(yīng)力 （4 4）殘余應(yīng)力）殘余應(yīng)力 （5 5）溫度梯度引起的應(yīng)力）溫度梯度引起的應(yīng)力 天然應(yīng)力場此外，與地下水、石油、天然氣等也有關(guān)系。天然應(yīng)力場此外，與地下水、石油、天然氣等也有關(guān)系。4.2 4.2 巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)巖體的天然應(yīng)力狀態(tài) 4.2.1 4.2.1 天然應(yīng)力場的成因及組成成分天然應(yīng)力場的成因及組成成分 （一）自重應(yīng)力（一）自重應(yīng)力 在地表水平，均質(zhì)巖體情況下，自重應(yīng)力可按下式計算：在地表水平，均質(zhì)巖體情況下，

7、自重應(yīng)力可按下式計算：niiizh1Zyx (1) (1) 巖體的自重應(yīng)力場可以認(rèn)為是穩(wěn)定的應(yīng)力場，最大主應(yīng)巖體的自重應(yīng)力場可以認(rèn)為是穩(wěn)定的應(yīng)力場，最大主應(yīng)力為垂向應(yīng)力。力為垂向應(yīng)力。 (2) (2) 復(fù)雜地質(zhì)、地形情況下，不能采用上述簡單算法。復(fù)雜地質(zhì)、地形情況下，不能采用上述簡單算法。 (3) (3) 在較大計算尺度內(nèi)，巖體泊松比不是一個常量。在地殼在較大計算尺度內(nèi)，巖體泊松比不是一個常量。在地殼深處，泊松比可能為深處，泊松比可能為0.5(A.0.5(A.海姆海姆, ,靜水應(yīng)力狀態(tài)靜水應(yīng)力狀態(tài),1878 ),1878 )。 (4) (4) 巖體中地下水、封閉氣體、石油等會影響自重應(yīng)力場。巖

8、體中地下水、封閉氣體、石油等會影響自重應(yīng)力場。4.2 4.2 巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)垂向應(yīng)力垂向應(yīng)力 水平應(yīng)力水平應(yīng)力 （二）構(gòu)造應(yīng)力場（二）構(gòu)造應(yīng)力場 構(gòu)造應(yīng)力場構(gòu)造應(yīng)力場是指在是指在一定區(qū)域內(nèi)具有成生聯(lián)系的一定區(qū)域內(nèi)具有成生聯(lián)系的各種構(gòu)各種構(gòu)造形跡在不同部位應(yīng)力狀態(tài)的總體。造形跡在不同部位應(yīng)力狀態(tài)的總體。 構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力為地殼運(yùn)動在巖體內(nèi)造成的應(yīng)力，可以分為為地殼運(yùn)動在巖體內(nèi)造成的應(yīng)力，可以分為活動的活動的和和剩余的剩余的兩類。兩類。 活動的構(gòu)造應(yīng)力活動的構(gòu)造應(yīng)力是指地殼內(nèi)現(xiàn)在正在積累的，能夠?qū)侵傅貧?nèi)現(xiàn)在正在積累的，能夠?qū)е聨r層變形和破裂的應(yīng)力，這種應(yīng)力與區(qū)域穩(wěn)定性及巖

9、體致巖層變形和破裂的應(yīng)力，這種應(yīng)力與區(qū)域穩(wěn)定性及巖體的穩(wěn)定性密切相關(guān)。的穩(wěn)定性密切相關(guān)。 殘余的構(gòu)造應(yīng)力殘余的構(gòu)造應(yīng)力是古構(gòu)造運(yùn)動殘留下來的。是古構(gòu)造運(yùn)動殘留下來的。 一般，構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主。最大主應(yīng)力與為構(gòu)一般，構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主。最大主應(yīng)力與為構(gòu)造運(yùn)動方向一致。造運(yùn)動方向一致。 4.2.1 4.2.1 天然應(yīng)力場的成因及組成成分天然應(yīng)力場的成因及組成成分 （三）變異應(yīng)力（三）變異應(yīng)力 巖體的巖體的物理、化學(xué)作用物理、化學(xué)作用及及巖漿的侵入巖漿的侵入等在巖體內(nèi)形成等在巖體內(nèi)形成的應(yīng)力。的應(yīng)力。 如噴出巖迅速冷凝收縮，常產(chǎn)生收縮節(jié)理，從而使得如噴出巖迅速冷凝收縮，常產(chǎn)生收縮節(jié)理，從而

10、使得其中應(yīng)力更為復(fù)雜；風(fēng)化作用、變質(zhì)作用導(dǎo)致的應(yīng)力改變。其中應(yīng)力更為復(fù)雜；風(fēng)化作用、變質(zhì)作用導(dǎo)致的應(yīng)力改變。 變異應(yīng)力通常只具有局部意義。變異應(yīng)力通常只具有局部意義。 （四）殘余應(yīng)力（四）殘余應(yīng)力： 承載巖體遭受卸荷或部分卸荷時），巖體中某些組分承載巖體遭受卸荷或部分卸荷時），巖體中某些組分的膨脹回彈趨勢部分地受到其它組分的約束，于是就在巖的膨脹回彈趨勢部分地受到其它組分的約束，于是就在巖體結(jié)構(gòu)內(nèi)形成殘余的拉、壓應(yīng)力自相平衡的應(yīng)力系統(tǒng)，即體結(jié)構(gòu)內(nèi)形成殘余的拉、壓應(yīng)力自相平衡的應(yīng)力系統(tǒng)，即殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力。 如河谷形成、滑坡等導(dǎo)致的卸荷作用，工程開挖等。如河谷形成、滑坡等導(dǎo)致的卸荷作用，工程開

11、挖等。4.2.1 4.2.1 天然應(yīng)力場的成因及組成成分天然應(yīng)力場的成因及組成成分 一、地殼巖體中地應(yīng)力一般分布規(guī)律一、地殼巖體中地應(yīng)力一般分布規(guī)律4.2.2 4.2.2 地應(yīng)力場的分布規(guī)律地應(yīng)力場的分布規(guī)律 （一）垂直應(yīng)力隨深度的變化（一）垂直應(yīng)力隨深度的變化 隨深度增加而增加，但不完全等于上覆巖層產(chǎn)生的自重隨深度增加而增加，但不完全等于上覆巖層產(chǎn)生的自重應(yīng)力。應(yīng)力。 （二）水平應(yīng)力隨深度的變化（二）水平應(yīng)力隨深度的變化 （1 1）普遍的規(guī)律為地殼內(nèi)水平應(yīng)力隨著深度增加呈線性關(guān)系普遍的規(guī)律為地殼內(nèi)水平應(yīng)力隨著深度增加呈線性關(guān)系增大；增大； （2 2）兩個水平主應(yīng)力之比一般在兩個水平主應(yīng)力之比

12、一般在0.20.80.20.8，且大多數(shù)在，且大多數(shù)在0.40.70.40.7之間；之間； （3 3）水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力隨深度變化的梯度不同，多數(shù)情況水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力隨深度變化的梯度不同，多數(shù)情況下前者較小。在一定深度（稱為臨界深度，下前者較小。在一定深度（稱為臨界深度，1 1.5km1 1.5km）以內(nèi)，）以內(nèi)，以水平應(yīng)力為主，而在較深處，垂直應(yīng)力成為最大主應(yīng)力。以水平應(yīng)力為主，而在較深處，垂直應(yīng)力成為最大主應(yīng)力。 （4 4）天然應(yīng)力的三個主應(yīng)力軸一般與水平面有一定交角。天然應(yīng)力的三個主應(yīng)力軸一般與水平面有一定交角。 （三）天然應(yīng)力場是一個相對穩(wěn)定的非均勻場。（三）天然應(yīng)力場是一個相對穩(wěn)定

13、的非均勻場。 （四）天然應(yīng)力場分布的影響因素（四）天然應(yīng)力場分布的影響因素 （1 1）巖石力學(xué)性質(zhì)的影響顯著）巖石力學(xué)性質(zhì)的影響顯著，彈模大的有利于天然應(yīng)彈模大的有利于天然應(yīng)力的積累力的積累；對于軟硬相間的巖石，由于變形不均勻，在硬質(zhì)；對于軟硬相間的巖石，由于變形不均勻，在硬質(zhì)巖層內(nèi)產(chǎn)生附加巖層內(nèi)產(chǎn)生附加( (拉拉) )應(yīng)力。應(yīng)力。 （2 2）地質(zhì)構(gòu)造不同，地應(yīng)力場也會有差異；斷層和結(jié)構(gòu)）地質(zhì)構(gòu)造不同，地應(yīng)力場也會有差異；斷層和結(jié)構(gòu)面附近面附近，地應(yīng)力分異明顯。，地應(yīng)力分異明顯。 （3 3）溫度）溫度的影響主要表現(xiàn)在地溫梯度引起的溫度應(yīng)力；的影響主要表現(xiàn)在地溫梯度引起的溫度應(yīng)力；溫度通過影響巖

14、石力學(xué)性質(zhì)也會影響地應(yīng)力特征。溫度通過影響巖石力學(xué)性質(zhì)也會影響地應(yīng)力特征。 （4 4）地表地形地貌劇變附近）地表地形地貌劇變附近，因淺表生改造作用強(qiáng)烈，因淺表生改造作用強(qiáng)烈，地應(yīng)力場復(fù)雜。隨埋深的增加，局部地形變化影響減小。地應(yīng)力場復(fù)雜。隨埋深的增加，局部地形變化影響減小。 （5 5）地下水的影響）地下水的影響：可以減小裂面上的有效法向應(yīng)力。：可以減小裂面上的有效法向應(yīng)力。 一、地殼巖體中地應(yīng)力一般規(guī)律一、地殼巖體中地應(yīng)力一般規(guī)律 （一）高地應(yīng)力判別標(biāo)準(zhǔn)（一）高地應(yīng)力判別標(biāo)準(zhǔn) （1 1） 高地應(yīng)力是一個相對的概念。目前國際國內(nèi)無高地應(yīng)力是一個相對的概念。目前國際國內(nèi)無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來界定高地應(yīng)力。

15、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來界定高地應(yīng)力。 （2 2）國內(nèi)一般巖體工程以初始地應(yīng)力中的）國內(nèi)一般巖體工程以初始地應(yīng)力中的1 1在在20 20 30MPa30MPa以上為高地應(yīng)力以上為高地應(yīng)力( (大于大于800800米深米深) )。 （3 3）由于不同巖石，彈性模量不同，巖石的儲能性）由于不同巖石，彈性模量不同，巖石的儲能性能也不同。按能也不同。按工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218-94)(GB50218-94)： Rc/Rc/maxmax4 4 稱為極高初始地應(yīng)力，稱為極高初始地應(yīng)力， Rc/Rc/maxmax=47 =47 為高地應(yīng)力。為高地應(yīng)力。 其中：其中：RcRc為巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度

16、；為巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度；maxmax 為垂直洞為垂直洞軸線方向地最大初始地應(yīng)力。軸線方向地最大初始地應(yīng)力。三、高地應(yīng)力特征三、高地應(yīng)力特征 （二）、高地應(yīng)力現(xiàn)象（二）、高地應(yīng)力現(xiàn)象 （1 1）巖芯餅化現(xiàn)象。巖芯餅化現(xiàn)象。 （2 2）巖爆。巖爆。 （3 3）探硐和地下隧道的洞壁產(chǎn)生剝離，巖體錘擊為探硐和地下隧道的洞壁產(chǎn)生剝離，巖體錘擊為嘶啞聲并有較大變形。嘶啞聲并有較大變形。 （4 4）巖質(zhì)基坑底部隆起、剝離以及回彈錯動現(xiàn)象。巖質(zhì)基坑底部隆起、剝離以及回彈錯動現(xiàn)象。 （5 5）野外原位測試的巖體物理力學(xué)指標(biāo)比實驗室?guī)r野外原位測試的巖體物理力學(xué)指標(biāo)比實驗室?guī)r塊試驗結(jié)果高。塊試驗結(jié)果高。三、高地應(yīng)

17、力特征三、高地應(yīng)力特征 巖爆巖爆是巖體的一種伴有突然釋放大量潛能的劇烈的是巖體的一種伴有突然釋放大量潛能的劇烈的脆性破壞脆性破壞。對于地下工程來說，。對于地下工程來說，巖爆巖爆是指處于高應(yīng)力場是指處于高應(yīng)力場條件下所產(chǎn)生的巖片（巖塊）飛射拋撒，以及洞壁片狀條件下所產(chǎn)生的巖片（巖塊）飛射拋撒，以及洞壁片狀剝落等現(xiàn)象。剝落等現(xiàn)象。 進(jìn)行工程巖體變形及穩(wěn)定性評價，首先進(jìn)行工程巖體變形及穩(wěn)定性評價，首先需要分析巖體需要分析巖體內(nèi)的初始應(yīng)力及初始應(yīng)力場內(nèi)的初始應(yīng)力及初始應(yīng)力場。主要方法如下：。主要方法如下： （1 1）地應(yīng)力測量）地應(yīng)力測量，如水壓致裂法，應(yīng)力解除法，應(yīng)，如水壓致裂法，應(yīng)力解除法，應(yīng)力恢

18、復(fù)法，聲發(fā)射法等。其中，力恢復(fù)法，聲發(fā)射法等。其中，目前常用的方法是鉆孔應(yīng)目前常用的方法是鉆孔應(yīng)力解除法，應(yīng)力恢復(fù)法和水壓破裂法力解除法，應(yīng)力恢復(fù)法和水壓破裂法 。 （2 2）基于地應(yīng)力實測的統(tǒng)計擬和分析法）基于地應(yīng)力實測的統(tǒng)計擬和分析法：根據(jù)多個：根據(jù)多個測點的地應(yīng)力測值，擬合分析（數(shù)理統(tǒng)計、灰色建模，人測點的地應(yīng)力測值，擬合分析（數(shù)理統(tǒng)計、灰色建模，人工智能等），獲得地應(yīng)力空間變化規(guī)律；工智能等），獲得地應(yīng)力空間變化規(guī)律； （3 3）數(shù)值分析法）數(shù)值分析法，基于地應(yīng)力有限測值，在建立的，基于地應(yīng)力有限測值，在建立的計算模型基礎(chǔ)上，獲得工程巖體內(nèi)的初始應(yīng)力場。計算模型基礎(chǔ)上，獲得工程巖體內(nèi)的

19、初始應(yīng)力場。 另外，采用物理模擬方法也可以獲得。另外，采用物理模擬方法也可以獲得。 二次應(yīng)力場的分析方法同上。二次應(yīng)力場的分析方法同上。4.2.3 4.2.3 地應(yīng)力的分析及測量方法地應(yīng)力的分析及測量方法4.3 4.3 彈性巖體中圓形硐室圍巖應(yīng)力彈性巖體中圓形硐室圍巖應(yīng)力 巖體中，圓形硐室是比較常見且形狀規(guī)則簡單，如輸水巖體中，圓形硐室是比較常見且形狀規(guī)則簡單，如輸水隧洞，交通隧道等經(jīng)常采用這種硐形。從力學(xué)分析上，這種隧洞，交通隧道等經(jīng)常采用這種硐形。從力學(xué)分析上，這種硐形圍巖應(yīng)力最易求解。硐形圍巖應(yīng)力最易求解。 解析法時的基本假定解析法時的基本假定： （1 1）巖體是均質(zhì)各向同性的連續(xù)介質(zhì)；

20、）巖體是均質(zhì)各向同性的連續(xù)介質(zhì)； （2 2）圍巖范圍內(nèi)各處天然應(yīng)力相同；）圍巖范圍內(nèi)各處天然應(yīng)力相同； 靜水壓力式的天然應(yīng)力場靜水壓力式的天然應(yīng)力場; ; 非均布天然應(yīng)力場：兩個方向主應(yīng)力大小不相同。非均布天然應(yīng)力場：兩個方向主應(yīng)力大小不相同。 （3 3）平面應(yīng)變問題）平面應(yīng)變問題 （4 4）為深埋洞室。）為深埋洞室。 02p 這是一個高度對稱問題。洞室開挖對這是一個高度對稱問題。洞室開挖對周圍各方向巖體的影響范圍都相同。周圍各方向巖體的影響范圍都相同。 因此，影響范圍內(nèi)的巖體相當(dāng)于一個因此，影響范圍內(nèi)的巖體相當(dāng)于一個厚壁圓筒。厚壁圓筒。 這樣，這樣，可以利用彈性力學(xué)中可以利用彈性力學(xué)中厚壁圓

21、筒受均勻壓力求解圓筒內(nèi)力公式計厚壁圓筒受均勻壓力求解圓筒內(nèi)力公式計算圍巖壓力。算圍巖壓力。 在引用彈性力學(xué)公式前，在引用彈性力學(xué)公式前，必須注意應(yīng)力正負(fù)規(guī)定：必須注意應(yīng)力正負(fù)規(guī)定： 彈性力學(xué)與材料力學(xué)中：拉正壓負(fù)彈性力學(xué)與材料力學(xué)中：拉正壓負(fù) 巖體力學(xué)中：巖體力學(xué)中： 拉負(fù)壓正拉負(fù)壓正4.3 4.3 彈性巖體中圓形硐室圍巖應(yīng)力彈性巖體中圓形硐室圍巖應(yīng)力 4.3.1 靜水壓力式的天然應(yīng)力場情況靜水壓力式的天然應(yīng)力場情況 02pr 當(dāng)內(nèi)壓力當(dāng)內(nèi)壓力p pi i為零時，（為零時，（2 2）式簡化為：）式簡化為： 考慮內(nèi)水壓力時，均質(zhì)各向同性彈性考慮內(nèi)水壓力時，均質(zhì)各向同性彈性圍巖壓力計算公式：圍巖壓

22、力計算公式：22220)1 (raprair222201rap)ra(i （4.3-24.3-2）)1 (220rar)1 (220ra （4.3-34.3-3） 4.3.1 靜水壓力式的天然應(yīng)力場情況靜水壓力式的天然應(yīng)力場情況 圓形硐室圍巖應(yīng)力特征：圓形硐室圍巖應(yīng)力特征：硐室周邊全處于壓應(yīng)力狀態(tài)；硐室周邊全處于壓應(yīng)力狀態(tài)；圍巖內(nèi)應(yīng)力大小與彈性參數(shù)圍巖內(nèi)應(yīng)力大小與彈性參數(shù)E E，無關(guān)；無關(guān)；徑向應(yīng)力徑向應(yīng)力r r在洞壁處最小，隨距在洞壁處最小，隨距洞壁越遠(yuǎn)而增加，直至等于初始洞壁越遠(yuǎn)而增加，直至等于初始應(yīng)力；切向應(yīng)力應(yīng)力；切向應(yīng)力在洞壁處最在洞壁處最大，隨距洞壁越遠(yuǎn)而減小，直至等于初始應(yīng)力?？?/p>

23、見，硐室大，隨距洞壁越遠(yuǎn)而減小，直至等于初始應(yīng)力。可見，硐室周邊應(yīng)力集中程度最高，應(yīng)力集中系數(shù)周邊應(yīng)力集中程度最高，應(yīng)力集中系數(shù)K=2K=2，且與孔徑無關(guān)；，且與孔徑無關(guān)； 應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù): : 某點重分布后最大主應(yīng)力與原巖最大主某點重分布后最大主應(yīng)力與原巖最大主應(yīng)力的比值。應(yīng)力的比值。 4.3.1 靜水壓力式的天然應(yīng)力場情況靜水壓力式的天然應(yīng)力場情況 圓形硐室圍巖應(yīng)力特征：圓形硐室圍巖應(yīng)力特征：徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力均為主應(yīng)力；徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力均為主應(yīng)力；圍巖內(nèi)切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力之和等于圍巖內(nèi)切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力之和等于 220 0。硐周內(nèi)各點應(yīng)力大小與孔徑有關(guān)。硐周內(nèi)各點應(yīng)力大小與孔

24、徑有關(guān)。aaR520 005. 1095. 0r或或aaR310 01 . 109 . 0r或或 礦山巷道中，影響圈礦山巷道中，影響圈R R的邊界通常定義為切向應(yīng)力的邊界通常定義為切向應(yīng)力=1.05=1.05倍初始應(yīng)力，或徑向應(yīng)力倍初始應(yīng)力，或徑向應(yīng)力=0.95=0.95倍初始應(yīng)力處，此時倍初始應(yīng)力處，此時影響半徑為影響半徑為5656倍硐半徑。倍硐半徑。 4.3.1 靜水壓力式的天然應(yīng)力場情況靜水壓力式的天然應(yīng)力場情況 4.3.2 非均布天然應(yīng)力場情況非均布天然應(yīng)力場情況 基本假定基本假定：巖體是均質(zhì)各向同性的連續(xù)介質(zhì)；深埋洞室。：巖體是均質(zhì)各向同性的連續(xù)介質(zhì)；深埋洞室。（4.3-44.3-4

25、） 式中，式中，為側(cè)壓力系數(shù)；為側(cè)壓力系數(shù)； v v為垂向應(yīng)力為垂向應(yīng)力; ; r r, , ,rr分別為徑向應(yīng)力，分別為徑向應(yīng)力，切向應(yīng)力和剪應(yīng)力。切向應(yīng)力和剪應(yīng)力。2cos)431 (2) 1()1 (2) 1(224422rararaVVr2cos)31 (2) 1()1 (2) 1(4422raraVV2sin)231 (2) 1(2244raraVrvvvHr 圍巖應(yīng)力計算式：圍巖應(yīng)力計算式： 1 1） （4.3-44.3-4）中，如果）中，如果=1=1，為，為靜水壓力式應(yīng)力場，則為靜水壓力下圍靜水壓力式應(yīng)力場，則為靜水壓力下圍巖應(yīng)力計算式。巖應(yīng)力計算式。 2 2） （4.3-44.

26、3-4）式中，若令）式中，若令 r r =a=a，則洞壁處的應(yīng)力為：則洞壁處的應(yīng)力為：（4.3-54.3-5） 2cos) 1(2) 1(VV0r0rvvvHr 4.3.2 非均布天然應(yīng)力場情況非均布天然應(yīng)力場情況 洞壁上只有切向應(yīng)力，且洞壁上只有切向應(yīng)力，且為主應(yīng)力。其值隨著隨著側(cè)壓力系為主應(yīng)力。其值隨著隨著側(cè)壓力系數(shù)和極角而改變數(shù)和極角而改變，可以是正，也可，可以是正，也可為負(fù)為負(fù)( (拉應(yīng)力拉應(yīng)力) )。 極值點位于極角為極值點位于極角為0 0，/2/2，3/23/2處。處。3 3）硐室周邊的應(yīng)力分布特征：硐室周邊的應(yīng)力分布特征：VV3V3V, 023,2 4.3.2 非均布天然應(yīng)力場情

27、況非均布天然應(yīng)力場情況 當(dāng)當(dāng) =1/3 =1/3，洞頂處切向應(yīng)，洞頂處切向應(yīng)力為零，當(dāng)力為零，當(dāng) =3 =3，洞側(cè)壁處切，洞側(cè)壁處切向應(yīng)力為零；向應(yīng)力為零； 當(dāng)當(dāng) 1 1時，硐側(cè)壁的應(yīng)時，硐側(cè)壁的應(yīng)力集中程度比洞頂大，且當(dāng)力集中程度比洞頂大，且當(dāng) 1/31 1時，洞頂?shù)膽?yīng)力集中時，洞頂?shù)膽?yīng)力集中程度比硐側(cè)壁高，當(dāng)程度比硐側(cè)壁高，當(dāng) 3 3時，時，硐側(cè)壁將出現(xiàn)拉伸應(yīng)力。硐側(cè)壁將出現(xiàn)拉伸應(yīng)力。 上述不利應(yīng)力狀態(tài)處及附近，上述不利應(yīng)力狀態(tài)處及附近，將出現(xiàn)明顯的變形破壞跡象。將出現(xiàn)明顯的變形破壞跡象。 4.3.2 4.3.2 非均布天然應(yīng)力場情況非均布天然應(yīng)力場情況 4.4 4.4 彈性巖體中其他硐形

28、的圍巖應(yīng)力彈性巖體中其他硐形的圍巖應(yīng)力4.4.14.4.1橢圓形硐室圍巖應(yīng)力橢圓形硐室圍巖應(yīng)力 假定假定: : 巖體為均質(zhì)各向同性巖體為均質(zhì)各向同性彈性體。以水平橢圓形硐室分析彈性體。以水平橢圓形硐室分析為例，考慮一般受力情況，即主為例，考慮一般受力情況，即主應(yīng)力與洞軸線不重合。應(yīng)力與洞軸線不重合。2222222H22vsincoscossin)1 (2cossin)21(sincos)2(mmmmmmxy式中，式中， m=b/am=b/a，a a、b b均為橢圓半徑。均為橢圓半徑。（4.4-14.4-1）HHvVxyxyxyxyabxyAB 根據(jù)彈性力學(xué)有硐壁切向根據(jù)彈性力學(xué)有硐壁切向應(yīng)力計

29、算公式為：應(yīng)力計算公式為：4.4.1 4.4.1 橢圓形硐室圍巖應(yīng)力橢圓形硐室圍巖應(yīng)力 當(dāng)橢圓形長軸和短軸方向與主應(yīng)力方向一致，當(dāng)橢圓形長軸和短軸方向與主應(yīng)力方向一致， 令令 H H= = V V ， 此時此時xyxy=0=0，則，則(1)(1)式簡化為：式簡化為：22222222sincoscossin)21(sincos)2(mmmmmVV（4.4-24.4-2） HHvVabxyAB m=b/am=b/a)21 ()21 (vvbamA1)21 (1)21 (vvabmB 所以所以A A、B B兩點應(yīng)力為：兩點應(yīng)力為： （4.4-34.4-3） 橢圓形硐室周邊切向應(yīng)力隨橢圓形硐室周邊切向

30、應(yīng)力隨m m，變化情況。變化情況。 m=b/am=b/aH= H= VV橢圓形硐室周邊切向應(yīng)力特征為：橢圓形硐室周邊切向應(yīng)力特征為： （1 1）不論什么樣的天然應(yīng)力場，不論什么樣的天然應(yīng)力場，A A點切向應(yīng)力都隨著點切向應(yīng)力都隨著m m的減的減小（越來越扁平）而增加，小（越來越扁平）而增加， B B點切向應(yīng)力與隨著點切向應(yīng)力與隨著m m的減小而減的減小而減小。當(dāng)小。當(dāng) 1+2/m1+2/m時，時，A A點開始出現(xiàn)拉應(yīng)力。點開始出現(xiàn)拉應(yīng)力。4.4.1 4.4.1 橢圓形硐室圍巖應(yīng)力橢圓形硐室圍巖應(yīng)力 橢圓形硐室周邊切向應(yīng)力特征為：橢圓形硐室周邊切向應(yīng)力特征為： （2 2）對于切向應(yīng)力，令對于切向

31、應(yīng)力，令項系數(shù)為零，則有：項系數(shù)為零，則有： 當(dāng)當(dāng)滿足（滿足（4 4）式時，硐室周邊切向應(yīng)力與側(cè)壓力系數(shù)無關(guān)，）式時，硐室周邊切向應(yīng)力與側(cè)壓力系數(shù)無關(guān)，且該點的切向應(yīng)力且該點的切向應(yīng)力為：為：所以：所以：0cossin)21(222mmV222cossin)21 (mmmmtg2122（4.4-44.4-4） 22222sincossincos)2(mmmV4.4.1 4.4.1 橢圓形硐室圍巖應(yīng)力橢圓形硐室圍巖應(yīng)力 4.4.2 4.4.2 水平矩形硐室圍巖應(yīng)力水平矩形硐室圍巖應(yīng)力分析方法：分析方法：光彈試驗或有限元法。光彈試驗或有限元法。主要認(rèn)識：主要認(rèn)識：對不同寬高比（對不同寬高比（B/H

32、B/H）矩形硐室在三種天然應(yīng)力場情況下矩形硐室在三種天然應(yīng)力場情況下 圍巖應(yīng)力進(jìn)行了分析，硐室周邊切圍巖應(yīng)力進(jìn)行了分析，硐室周邊切向應(yīng)力分布變化特征如下：向應(yīng)力分布變化特征如下： （1 1）應(yīng)力集中的最高部位在四）應(yīng)力集中的最高部位在四個角點上；個角點上； （2 2）當(dāng)）當(dāng)=0=0時，角點上的集中時，角點上的集中應(yīng)力隨應(yīng)力隨B/HB/H的增加而增加（只有垂的增加而增加（只有垂向荷載）；向荷載）； （3 3）當(dāng)）當(dāng)B/H0.5,0.5,1/3時，硐時，硐頂出現(xiàn)拉應(yīng)力。頂出現(xiàn)拉應(yīng)力。4.4 4.4 彈性巖體中其他硐形的圍巖應(yīng)力彈性巖體中其他硐形的圍巖應(yīng)力4.5 4.5 圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析

33、圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析(P120)(P120) 一、基本假定一、基本假定 二、建立平衡方程二、建立平衡方程 三、塑性圈的應(yīng)力分析三、塑性圈的應(yīng)力分析 四、塑性圈半徑四、塑性圈半徑R R的確定的確定 五、塑性區(qū)內(nèi)圍巖應(yīng)力分布特征分析五、塑性區(qū)內(nèi)圍巖應(yīng)力分布特征分析 六、芬納公式和修正的芬納公式六、芬納公式和修正的芬納公式4.5 4.5 圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析(P120) (P120) 一、基本假定一、基本假定： （1 1）圓形硐室靜水壓力式均勻初始應(yīng)力場圓形硐室靜水壓力式均勻初始應(yīng)力場 （2 2）圍巖為各向同性均勻介質(zhì)；圍巖為各向同性均勻介質(zhì)； （3 3）

34、圍巖屈服后滿足直線型摩爾）圍巖屈服后滿足直線型摩爾 庫侖強(qiáng)度條件；庫侖強(qiáng)度條件； （4 4）圍巖滿足平衡方程。）圍巖滿足平衡方程。 aRr塑性圈塑性圈R彈性區(qū)彈性區(qū)0000 圓形硐室、靜水壓力式初始應(yīng)圓形硐室、靜水壓力式初始應(yīng)力場，為力場，為高度對稱力學(xué)模型高度對稱力學(xué)模型。 在線彈性條件下在線彈性條件下形成形成高度對稱高度對稱的圍巖應(yīng)力，的圍巖應(yīng)力，硐壁附近應(yīng)力分異程硐壁附近應(yīng)力分異程度最高。度最高。因此，如果圍巖因此，如果圍巖屈服屈服，則，則首先發(fā)生在硐壁附近首先發(fā)生在硐壁附近，且，且形成對稱形成對稱的塑性破壞區(qū)，即塑性圈的塑性破壞區(qū)，即塑性圈。4.5 4.5 圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析

35、圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析一、基本假定一、基本假定： 塑性圈塑性圈 彈性區(qū)彈性區(qū)aRrR0000 現(xiàn)在，分析圍巖應(yīng)力的現(xiàn)在，分析圍巖應(yīng)力的關(guān)鍵關(guān)鍵是是確定確定塑性區(qū)內(nèi)的圍巖應(yīng)力塑性區(qū)內(nèi)的圍巖應(yīng)力和和塑性圈半徑塑性圈半徑R R。 顯然，塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布也是高顯然，塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布也是高度對稱的。度對稱的。 塑性圈內(nèi)為彈性區(qū)，兩者之間有相互作用力塑性圈內(nèi)為彈性區(qū)，兩者之間有相互作用力，包括徑，包括徑向應(yīng)力和法向應(yīng)力。彈性區(qū)的應(yīng)力計算，可以按向應(yīng)力和法向應(yīng)力。彈性區(qū)的應(yīng)力計算，可以按（4.3-24.3-2）式進(jìn)行計算，即：式進(jìn)行計算，即：22220)1 (rRrRRr222201rR)rR(R

36、4.5 4.5 圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析圓形硐室圍巖應(yīng)力的彈塑性分析二、建立平衡方程二、建立平衡方程ardrd 針對一般情況，在硐室圍巖內(nèi)（針對一般情況，在硐室圍巖內(nèi)（r r，）點處任取一）點處任取一微元體。微元體。 當(dāng)圍巖穩(wěn)定時，該微元體處于平衡狀態(tài)，則平衡當(dāng)圍巖穩(wěn)定時，該微元體處于平衡狀態(tài)，則平衡方程為：方程為：rrrddd0rdrdrr(4.5-2) 塑性區(qū)內(nèi)，滿足摩爾塑性區(qū)內(nèi)，滿足摩爾庫侖屈服條件：庫侖屈服條件： ctgcrr2sin(4.5-3) (4.5-3) 三、塑性圈的應(yīng)力分析三、塑性圈的應(yīng)力分析（4.5-64.5-6） ctgcarctgcarsin1sin2)( 則塑性

37、圈內(nèi)的應(yīng)力計算公式如下，強(qiáng)度指標(biāo)為塑性區(qū)巖則塑性圈內(nèi)的應(yīng)力計算公式如下，強(qiáng)度指標(biāo)為塑性區(qū)巖體強(qiáng)度指標(biāo)。體強(qiáng)度指標(biāo)。ctgcarctgcasin1sin2)(sin1sin1 塑性區(qū)塑性區(qū)外為外為彈性區(qū)彈性區(qū)，設(shè)，設(shè)塑性區(qū)外邊界半徑為塑性區(qū)外邊界半徑為R R，現(xiàn)在還，現(xiàn)在還需要需要確定塑性圈的外半徑確定塑性圈的外半徑R R。彈塑性邊界上的任一點彈塑性邊界上的任一點，同時，同時滿足塑性區(qū)和彈性區(qū)單元應(yīng)滿足的條件，并有下式成立：滿足塑性區(qū)和彈性區(qū)單元應(yīng)滿足的條件，并有下式成立：aRr塑性圈塑性圈R彈性區(qū)彈性區(qū)0000四、塑性圈半徑四、塑性圈半徑R R的確定的確定ppreersin2sin10)sin

38、1(ctgcctgcaRa 將彈性區(qū)應(yīng)力計算公式和塑性區(qū)將彈性區(qū)應(yīng)力計算公式和塑性區(qū)應(yīng)力計算公式代入上式，則得塑性圈應(yīng)力計算公式代入上式，則得塑性圈的外半徑的外半徑R R計算式計算式 ： （2 2）在硐壁處：）在硐壁處： （4.5-94.5-9） 在內(nèi)水壓力為零的情況下，在內(nèi)水壓力為零的情況下， arctgcctgca)(sin1sin10arctgcsin1sin2五、塑性區(qū)內(nèi)圍巖應(yīng)力分布特征分析五、塑性區(qū)內(nèi)圍巖應(yīng)力分布特征分析（1 1）塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力只是極徑的函數(shù)，只隨極徑變化）塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力只是極徑的函數(shù)，只隨極徑變化 ； （4.5-104.5-10） 切向應(yīng)力完全由圍巖強(qiáng)度確定。切向應(yīng)

39、力完全由圍巖強(qiáng)度確定。 （3 3）塑性區(qū)內(nèi)的塑性區(qū)內(nèi)的徑向應(yīng)力徑向應(yīng)力隨極徑隨極徑變化與塑性區(qū)的內(nèi)摩擦角有關(guān)；變化與塑性區(qū)的內(nèi)摩擦角有關(guān)； 即徑向應(yīng)力隨極徑線性增加（紅）。即徑向應(yīng)力隨極徑線性增加（紅）。 1sin1sin231sin當(dāng)當(dāng)即即時，時，ctgcarctgcar)(當(dāng)當(dāng)31sin時時1sin1sin2則則即徑向應(yīng)力隨極徑加速增加（藍(lán)）。即徑向應(yīng)力隨極徑加速增加（藍(lán)）。當(dāng)當(dāng)31sin時時1sin1sin2則則即徑向應(yīng)力隨極徑減速增加（綠）。即徑向應(yīng)力隨極徑減速增加（綠）。 31sin43.18五、塑性區(qū)內(nèi)圍巖應(yīng)力分布特征分析五、塑性區(qū)內(nèi)圍巖應(yīng)力分布特征分析（4 4）塑性區(qū)內(nèi)的塑性區(qū)內(nèi)

40、的切向應(yīng)力切向應(yīng)力隨極徑變化情況；隨極徑變化情況；即切向應(yīng)力隨極徑線性增加（紅）。即切向應(yīng)力隨極徑線性增加（紅）。1sin1sin231sin當(dāng)當(dāng)即即時，時，當(dāng)當(dāng)31sin時時1sin1sin2則則即切向應(yīng)力隨極徑加速增加（藍(lán)）。即切向應(yīng)力隨極徑加速增加（藍(lán)）。 當(dāng)當(dāng)31sin時時1sin1sin2則則即切向應(yīng)力隨極徑減速增加（綠）。即切向應(yīng)力隨極徑減速增加（綠）。ctgcarctgca)(sin1sin1（5 5）塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)力為）塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)力為對稱分布對稱分布，塑性區(qū)為，塑性區(qū)為圓環(huán)形圓環(huán)形。五、塑性區(qū)內(nèi)圍巖應(yīng)力分布特征分析五、塑性區(qū)內(nèi)圍巖應(yīng)力分布特征分析修正的芬納公式：修正的芬納公式： 六

41、、芬納公式和修正的芬納公式六、芬納公式和修正的芬納公式ctgcRrctgccrsin1sin20)(cos)sin1 (ctgcRrctgccsin1sin20)(cos)sin1 (sin1sin1 則硐壁處徑向應(yīng)力，即內(nèi)壓力為（令則硐壁處徑向應(yīng)力，即內(nèi)壓力為（令r=ar=a）：）：ctgcRactgccasin1sin20)(cos)sin1 (（4.5-144.5-14） （4.5-154.5-15）上式如果忽略式中的上式如果忽略式中的c cosc cos項，為芬納公式。項，為芬納公式。4.6 4.6 豎井的圍巖應(yīng)力及水平軟弱夾層所引起的豎井的圍巖應(yīng)力及水平軟弱夾層所引起的變形破壞變形破

42、壞 4.6.1 4.6.1 圓形豎井的圍巖應(yīng)力及豎井的極限深度圓形豎井的圍巖應(yīng)力及豎井的極限深度 )1 ()1 ()1 (2222220raZraQrar)1 ()1 ()1 (2222220raZraQra 如圖所示如圖所示圓形豎井圓形豎井，現(xiàn)分析其，現(xiàn)分析其圍巖應(yīng)力圍巖應(yīng)力。 取距離地表取距離地表Z Z 深處的薄層深處的薄層dzdz，該處水平應(yīng)，該處水平應(yīng)力為：力為： 可假定圍巖為可假定圍巖為均質(zhì)各向同性線彈性介質(zhì)均質(zhì)各向同性線彈性介質(zhì)，則圍巖應(yīng)力計算式為：則圍巖應(yīng)力計算式為： ZQ0如兩水平主應(yīng)力不等，可套用相應(yīng)公式計算圍巖應(yīng)力。如兩水平主應(yīng)力不等，可套用相應(yīng)公式計算圍巖應(yīng)力。 當(dāng)井壁上

43、應(yīng)力滿足強(qiáng)度條件（破壞判據(jù)）時，井壁將因當(dāng)井壁上應(yīng)力滿足強(qiáng)度條件（破壞判據(jù)）時，井壁將因巖巖 石破壞而不穩(wěn)。這就提出石破壞而不穩(wěn)。這就提出豎井極限深度豎井極限深度問題。問題。4.6 4.6 豎井的圍巖應(yīng)力及水平軟弱夾層所引豎井的圍巖應(yīng)力及水平軟弱夾層所引起的變形破壞起的變形破壞 4.6.1 4.6.1 圓形豎井的圍巖應(yīng)力及豎井的極限深度圓形豎井的圍巖應(yīng)力及豎井的極限深度 采用直線型摩爾庫侖強(qiáng)度條件：采用直線型摩爾庫侖強(qiáng)度條件： ctgcctgcrr22sin3131 對于兩個水平主應(yīng)力相等（對于兩個水平主應(yīng)力相等（靜水壓力式初始應(yīng)力場靜水壓力式初始應(yīng)力場）情）情況，將井壁處圍巖應(yīng)力帶入上式，簡

44、化后可得：況，將井壁處圍巖應(yīng)力帶入上式，簡化后可得：sin1cos2c4.6 4.6 豎井的圍巖應(yīng)力及水平軟弱夾層所引豎井的圍巖應(yīng)力及水平軟弱夾層所引起的變形破壞起的變形破壞 4.6.1 4.6.1 圓形豎井的圍巖應(yīng)力及豎井的極限深度圓形豎井的圍巖應(yīng)力及豎井的極限深度 這樣，這樣，井壁破壞的判據(jù)井壁破壞的判據(jù)為：為： sin1cos2c以以井壁不出現(xiàn)塑性破壞作為豎井的臨界極限深度井壁不出現(xiàn)塑性破壞作為豎井的臨界極限深度，則有：，則有： )sin1 (cosmaxcZ4.7 4.7 有壓隧洞的巖石力學(xué)計算有壓隧洞的巖石力學(xué)計算 4.7.1 4.7.1 有壓隧洞的圍巖應(yīng)力有壓隧洞的圍巖應(yīng)力 一、無

45、襯砌情況內(nèi)水壓力附加應(yīng)力分析一、無襯砌情況內(nèi)水壓力附加應(yīng)力分析 二、有襯砌情況內(nèi)水壓力附加應(yīng)力分析二、有襯砌情況內(nèi)水壓力附加應(yīng)力分析 4.7.2 4.7.2 圍巖的彈性抗力系數(shù)圍巖的彈性抗力系數(shù) 4.7.3 4.7.3 有壓隧硐上覆巖層的最小厚度有壓隧硐上覆巖層的最小厚度 4.7.4 4.7.4 斜坡附近的有壓隧洞斜坡附近的有壓隧洞4.7 4.7 有壓隧洞的巖石力學(xué)計算有壓隧洞的巖石力學(xué)計算 一、無襯砌情況內(nèi)水壓力附加應(yīng)力分析一、無襯砌情況內(nèi)水壓力附加應(yīng)力分析 基于彈性理論，內(nèi)水壓力在圍巖中引基于彈性理論，內(nèi)水壓力在圍巖中引起的附加應(yīng)力計算式如下：起的附加應(yīng)力計算式如下：22rapir22ra

46、pi一般明顯影響的范圍在一般明顯影響的范圍在6 6倍硐半徑范圍內(nèi)。倍硐半徑范圍內(nèi)。 附加應(yīng)力中，切向應(yīng)力為拉應(yīng)力，當(dāng)其較大時，附加應(yīng)力中，切向應(yīng)力為拉應(yīng)力，當(dāng)其較大時，可導(dǎo)致壁面附近圍巖中產(chǎn)生放射狀裂隙。可導(dǎo)致壁面附近圍巖中產(chǎn)生放射狀裂隙。(4.7-1)4.7.1 4.7.1 有壓隧洞的圍巖應(yīng)力有壓隧洞的圍巖應(yīng)力 二、有襯砌情況內(nèi)水壓力附加應(yīng)力分析二、有襯砌情況內(nèi)水壓力附加應(yīng)力分析 （一）圍巖中無（徑向（一）圍巖中無（徑向 ）裂隙）裂隙 內(nèi)水壓力內(nèi)水壓力p pa0a0通過襯砌后，減小為通過襯砌后，減小為p pa a ，并作用于圍巖表面：并作用于圍巖表面：0aapNp)(/)1 ()1(/ )1 ()(/2202120121222022200aaEaaEaaEappNaa N N為內(nèi)水壓力傳遞系數(shù)；為內(nèi)水壓力傳遞系數(shù)； E E1 1