地下巖體工程節(jié)

會(huì)計(jì)學(xué)1地下巖體工程節(jié)2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

2/286.3地下巖體工程變形與計(jì)算*

圍巖變形與破壞形式常取決于圍巖應(yīng)力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)及硐室斷面形狀等因素。圍巖結(jié)構(gòu)類型不同圍巖變形計(jì)算方法不同。(1)整體或塊狀圍巖巖體彈性理論。(2)層狀圍巖巖體彈性梁、彈性板或材料力學(xué)中的壓桿平衡理論。(3)碎裂狀圍巖巖體松散介質(zhì)極限平衡理論。(4)散體狀圍巖巖體松散介質(zhì)極限平衡理論+流變理論。第1頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

3/28穩(wěn)定位移與不穩(wěn)定位移第2頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

4/286.4地下巖體工程圍巖壓力P180

實(shí)際地下巖體工程通常存在支護(hù)結(jié)構(gòu)。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載圍巖壓力。圍巖壓力有別于圍巖應(yīng)力?。?！1．狹義的圍巖壓力圍巖壓力即為開挖后巖體作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力狹義的圍巖壓力。第3頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

5/286.4地下巖體工程圍巖壓力2．廣義圍巖壓力圍巖壓力即圍巖二次應(yīng)力的全部作用廣義的圍巖壓力。支護(hù)結(jié)構(gòu)+圍巖共同承擔(dān)了部分圍巖二次應(yīng)力的作用。支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖構(gòu)成了整體支護(hù)體系，共同承擔(dān)巖體開挖引起的二次應(yīng)力作用。廣義的圍巖壓力強(qiáng)調(diào)了硐室開挖后支護(hù)與圍巖的共同作用。NATM。第4頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

6/281.圍巖壓力成因

6.4.1圍巖壓力成因與分類

圍巖壓力與地下硐室開挖后圍巖的變形、破壞、松動(dòng)密不可分。圍巖變形量的大小以及圍巖破壞與松動(dòng)程度決定圍巖壓力的大小。不同巖性與結(jié)構(gòu)的巖體，圍巖變形和破壞性質(zhì)與程度不同，產(chǎn)生圍巖壓力的主要原因也就不同。第5頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

7/282.圍巖壓力分類根據(jù)成因不同可分三類:

形變圍巖壓力、松動(dòng)圍巖壓力和沖擊圍巖壓力。6.4.1圍巖壓力成因與分類變形圍巖壓力：由于圍巖變形產(chǎn)生對(duì)支護(hù)與襯砌結(jié)構(gòu)的壓力。松動(dòng)圍巖壓力：由于圍巖松動(dòng)與破壞產(chǎn)生對(duì)支護(hù)及襯砌結(jié)構(gòu)的壓力。沖擊圍巖壓力：由巖爆(沖擊地壓)形成的一種特殊圍巖壓力。第6頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

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①形變圍巖壓力是由于圍巖塑性變形如塑性擠入、膨脹內(nèi)鼓、彎折內(nèi)鼓等形成的擠壓力。產(chǎn)生形變圍巖壓力的條件主要有巖體較軟弱或破碎與深埋硐室兩個(gè)方面。形變圍巖壓力是由膨脹圍巖產(chǎn)生的膨脹圍巖壓力。6.4.1圍巖壓力成因與分類

②松動(dòng)圍巖壓力是由于圍巖拉裂塌落、塊體滑移及重力坍塌等破壞引起的壓力。

③沖擊圍巖壓力是一種特殊的圍巖壓力，強(qiáng)度較高、較完整的彈、脆性巖體過度受力后，突然發(fā)生巖石彈射變形產(chǎn)生沖擊圍巖壓力。沖擊地壓。第7頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

9/281.松散巖體圍巖壓力計(jì)算具備形成松動(dòng)壓力的松散條件時(shí)，基于壓力拱或應(yīng)力傳遞的概念，計(jì)算松散巖體的圍巖壓力。

圍巖壓力的松散體理論。

圍巖壓力的松散體理論建立在地下硐室破壞坍塌形狀觀測的基礎(chǔ)上。主要方法：（1）平衡拱理論；（2）太沙基理論。6.4.2圍巖壓力計(jì)算第8頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

10/28（1）平衡拱理論P(yáng)1821）平衡拱理論普氏理論。6.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論2）該理論的基本要點(diǎn)是：①巖體視為具有一定粘結(jié)力的松散體。巖體在節(jié)理裂隙+各種軟弱夾層松散體;

巖體中巖塊的幾何尺寸相對(duì)很小，且?guī)r塊間還存在粘結(jié)力。②硐室開挖以后，如不及時(shí)支護(hù)，硐室頂部巖體將不斷垮落而形成一個(gè)塌落拱，最終形成自然平衡拱。埋深大于5倍拱跨時(shí)，不斷發(fā)展的塌落拱最終將在圍巖中形成一個(gè)自然平衡拱。支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際只承擔(dān)了平衡拱與支護(hù)結(jié)構(gòu)間破碎巖體的重量。第9頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

11/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論3）平衡拱理論計(jì)算作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)或襯砌上的圍巖壓力：①確定平衡拱的形狀和拱高。②考察段的受力與平衡條件。③計(jì)算硐室頂部的松動(dòng)圍巖壓力根據(jù)平衡拱力矩平衡條件、極限平衡條件與平衡拱的曲線方程等。第10頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

12/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論4）計(jì)算具體步驟與內(nèi)容：第11頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

13/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論第12頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

14/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論第13頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

15/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論第14頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

16/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論第15頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

17/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論第16頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

18/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論③第17頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

19/285）平衡拱理論適用條件:①只適用散體結(jié)構(gòu)巖體。如強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)烈破碎巖體、松動(dòng)巖體和新近堆積的土體等;②保證上覆巖體具有一定厚度，才能形成平衡拱。硐室埋深滿足要求：6.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——（1）平衡拱理論第18頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

20/28（2）太沙基理論P(yáng)182

太沙基(K.Terzaghi)理論也是將受節(jié)理裂隙切割的巖體視為具有一定內(nèi)聚力的松散體，與普氏理論不同的是，該理論是基于應(yīng)力傳遞的概念，推導(dǎo)出作用于襯砌上的垂直壓力。6.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——(2)太沙基理論第19頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

21/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——(2)太沙基理論第20頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

22/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——(2)太沙基理論第21頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

23/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——(2)太沙基理論第22頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

24/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——(2)太沙基理論第23頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

25/286.4.2圍巖壓力計(jì)算1.松散巖體圍巖壓力計(jì)算——(2)太沙基理論太沙基理論適用條件：適用于散體結(jié)構(gòu)巖體淺埋硐室頂部圍巖壓力計(jì)算，其與普氏理論的根本區(qū)別在于，假設(shè)圍巖可能沿兩個(gè)鉛直滑移面AA’與BB’滑動(dòng)第24頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

26/286.4.2圍巖壓力計(jì)算2.塑性形變圍巖壓力的計(jì)算2.塑性形變圍巖壓力的計(jì)算依據(jù)圍巖二次應(yīng)力彈塑性分布，調(diào)整相應(yīng)的邊界條件，即可求得塑性形變壓力。計(jì)算塑性形變壓力的卡斯特納(H.Kastner)公式第25頁/共28頁2023/1/18湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院陽生權(quán)

27/286.4.2圍巖壓力計(jì)算2.塑性形變圍巖壓力的計(jì)算塑性形變壓力塑性圈半徑以及巖體初始應(yīng)力狀態(tài)。塑性圈半徑增大時(shí)塑性形變壓力減小，究其原因在于硐室開挖后二