兩種巖石力學(xué)理論比較-地下空間圍巖壓力顯現(xiàn)及位移例解

兩種巖石力學(xué)理論比較——地下空間圍巖壓力顯現(xiàn)及位移例解1兩種巖石力學(xué)理論公式對同一問題的計算1.1地下空間及圍巖條件水平巷道荒斷面R0=190cm，埋深H=350m，γ=2.25，巖石單軸抗壓強度б=32.9MPa，內(nèi)聚力C=5.1MPa，內(nèi)摩擦角φ=31.60，彈性模量E=1.47×105kg/cm2，泊松比μ=0.25。1.2按外塌陷角理論系統(tǒng)公式計算巷道有關(guān)數(shù)據(jù)б1=γH×350=2.25×350t/m2=78.75kg/cm2α=450-=450-=29.20бg=б1sinα=78.75×sin290=78.75×0.4848=38kg/cm2αs=arcsin=arcsin（52×0.5/78.75）=190бs=б1sinαs=78.75×sin190=78.75×0.33=26kg/cm2бx=бg-бs=38-26=12kg/cm2求地下空間圍巖動載荷PP=бxSs=12×190×190×3.14=1360248kg根據(jù)公式σxSs=σgSg席求高峰壓洪力辨點防r斤g璃=247騎cm損求壓力平戴衡害點假r點n壽=269搜cm腸做地下空索間圍巖動替壓力分布瘦表：懂α鍋r底б慣P狂19閉o炊190吐26活>0笑24柱o蟲207壩32屯6.8×御10塑5嘴29螞o轟247堵38客1.36碰×10裁6杜29咳o悉256威32始1.36賢×10職6尺29戚o場269屑26育1.36芒×10取6澡29賄o薪500睬4.4本1.36煙×10具6劑29永o嫌1000餓1.0宵1.36妥×10刷6侮29蟻o么1690桐0.3摘1.36位×10立6棟29疤o剩2190移0.2績1.36穴×10輩6馬29柔o穿3000盞0.1愚1.36腦×10營6態(tài)做地下空晃間圍巖動發(fā)壓力分布斃圖：榨根據(jù)公顆式紛σ植p肯（望R傘n愛-R圓s延）料=毛σ免s奔（抖R判n閘-R密b件）講求無支護(hù)前巷道半徑士縮量豆（葬38+2奧6乞）獎/2疊×宗（木269當(dāng)-19稼0隱）酸=26脹×最（伙269惕-R鑼b璃）薦R掃b戴=172鈔cm屈R懷δ英=R曠s濁-宜R死b擇=190怕-172槍=18c倦m民允許巷道副圍巖位渠移倍0c廉m綱，校3c際m塑，峰4c辱m瀉，紗5cm值求巷道支央護(hù)強度爽σ漠p臘（覆R盜n稀-R符s芽）追=聽（殃σ悼z怖+伸σ欄s輝）熔（脾R祝n捆-R釀b華）牽σ棕z劇=秩32釘×支（臟269-談19符0臉）邁/?。ㄑ?69-辱19臟0池）瀉-26勿=6休kg/c牢m骨2壞σ盟z慣=籌6號，烈4.忠8蛛，兼4.夾5富，耀4.1亂1.李3榴按卡斯特肢納公式計胖算巷道有厚關(guān)數(shù)據(jù)押求塑性區(qū)針半徑吵R志p游=R目0梯[濁]灑=190須×肚[支]介0.45租4祝=190次×1.3鑼2嫩0.45選4妻=190性×1.1燭34=2斷15cm遭計算塑性道區(qū)切向應(yīng)羞力亭б惰θ毛=Cco杠s杜φ零[汪]漢雅（筒4敢）眉=52弦×0.8忌536×績[層-1]雨=44.足38透×2.2計=98k墾g/cm淡2甩計算塑性策區(qū)徑向應(yīng)省力鼠б裁r布=Cco偵s宏φ弦[升-1]相=52沿×0.8目536×份[酬-1]乓=44.婚38勝×0=0種計算彈性卵區(qū)切向徑毛向應(yīng)力籃б?guī)扰?P展0攻+配（籍Cco駐s取φ跡+P宅0核si皮n在φ灘）殖б否r叢=P己0護(hù)-黨（紹Cco胳s擊φ德+P攤0寨si挑n噸φ億）緞做地下空顛間圍巖應(yīng)挽力分布表滿：蹦φ佩r襯б銹θ哄б折r滑P侄0痛31.6焦o佛190叼98超0壘31.6拋o召207禾126芬9骨31.6榆o另215姜142傷14統(tǒng)31.6休o語247駁79.4孩78.嶺31.6迫o巧256獵79.4座78.1骨31.6廚o鞏269級79.3后78.2裂31.6愁o恨500掠78.9懶78.5疾8啦31.6巷o槍1000覺78.8辟78.7霸1喪31.6胡o普1690早78.8輕78.7廚3煙31.6址o擺2190仿78.7弱6相78.7舒4騎78.7胡5蕩做地下空燃間圍巖應(yīng)域力分布圖盞：爪計算巷道摟圍巖位移更量煉G=宜=1.4犯7銅×10貿(mào)5促/[品2未（袖1+0.矩2燒5譯）揉]離[5]追=588慌00初U散0艷=戚（效P萌0戒+Cco迅s束φ侵）顏R蹈2理p怒=蟻×[1汗/凍（蓋5880秩0×19橫0賀）必]棉（英78.7完5+52勢×cos筑31.6全0違）敞×215犬×215腸=2.3谷4牽×10改-8劉×123豬×215抽×215墊=0.1銳3cm鉗計算巷道班支護(hù)力健P眉1泳=嗓（新p創(chuàng)0誤+Cco級s喚φ疑）?。ㄍ?-si削n米φ沒）市-Cco悲s個φ期P鴿1悉=蜂（丈78.7煎5+44察.3招8彩）糾×0.4分76園×尖（傷）律7.16敲-44.藥38說=58.掉46盈×含（駕）窄7.16藥-44.表38旱將塘R燒p嫂=19半0戀，燥19江3償，勤19根4淚，千19問5孕分別代入飄上式得絞P式1掙=1舒4拌，黨8日，絡(luò)6飾，混4扒。諷4微分析兩種題解題結(jié)果積4.舒1憑兩種題解污結(jié)果探卡斯特納儉公式圍巖哪塑性區(qū)與漠彈性區(qū)分腎界踢點胖R詞p熄=21府5泥，切向應(yīng)睬力朋14健2灰，徑向應(yīng)獲力倉б至r仰=1詠4誤。圍巖塑朽性匆區(qū)商25c胸m些。徑向應(yīng)捆力遠(yuǎn)小于燙巖石黏結(jié)部力，圍巖狡沒有變形匆的可能，炕與計算圍反巖位移結(jié)鑒果相一致戒。外塌陷萄角理論系畫統(tǒng)圍巖塑焰性區(qū)與彈兄性區(qū)分界腔點頃r產(chǎn)n笛=26車9誘，動壓力待б或s滋=2冬6盛（始動壓撫力、巖體宰黏結(jié)力）道，圍巖塑背性國區(qū)糧79c許m腔，巷道圍猛巖內(nèi)毒縮朝18c塘m虹。兩種計消算在巷道降圍巖顯現(xiàn)蝶壓力、塑的性區(qū)范圍脖、圍巖移柳動束量辛3何個方面差賠距極大；攀有羨2灘個方面大云體一沒致絡(luò)—鳴—殖在尚r=21饒90c扣m偽處采動壓閣力基本消岸失，巖體建回復(fù)到原黨始應(yīng)力狀被態(tài)；對巷僚道施倦加儀4kg/像cm焦2莊支護(hù)力，史可以控制粘巷道圍巖揀變記形概5c權(quán)m安。歇4.穗2伴外塌陷角赴理論系統(tǒng)尺參數(shù)選取聾有依據(jù)、班計算過程妹簡明合理屈、結(jié)果準(zhǔn)炭確。煉本例題基笑礎(chǔ)數(shù)據(jù)來配源于權(quán)威頂部門的測般試報告。掩外塌陷角卻理論系統(tǒng)辰外塌陷飽角負(fù)α兄和始動壓芬力蒸角兩α奏s乖的轉(zhuǎn)換結(jié)穩(wěn)果有文獻(xiàn)欠和測試依捎據(jù)。計算團過程從公析式和圖表盈可以看出當(dāng)：動載荷贏計算有依粉據(jù)；地下良空間圍巖崇內(nèi)邊有始地動壓感力紹б崗s于（巖石黏主結(jié)凳力盒C發(fā)的折算力注）；由于評空間切割施產(chǎn)生的動朗載輪荷厘P曉主要分布嚷在放r=19典0夢—閣26斬9哲的壓力集鹿中區(qū)；（熄無支護(hù)）書動壓力重?fù)闲路植?，桌圍巖變財形猛18cm蠢消耗掉壓借力集中區(qū)因的動載荷態(tài)，地下空哲間圍巖動盛壓翻力朵б哪從樣r=26怒9嬸處逐漸減棵少，凳從宴r=21瞧9餓0哥以遠(yuǎn)回復(fù)腐到原始應(yīng)剩力狀態(tài)。累4.改3授卡斯特納勸公式計算畫結(jié)果存在浩的問題趕地下空間什圍巖位移熄量只有誦0.13醉c年m逗。是完全元不可能的尼。非在抽f=陪3餅的軟弱巖樹層不可能弦，技在悅f>徐8販的巷道變勉形量也不鎖會如此小掉。犬在逆R刻0勢=19誰0車處的切向漠應(yīng)力接近頌巖石黏結(jié)片力歸的模2鄙倍，如果田視巖體黏鑰結(jié)力為巖球石黏結(jié)力片的刮1/眨2斥，切向應(yīng)羽力是巖體共黏結(jié)力僅的塌3.泳8銅倍，圍巖鬧是要迅速稀破壞變形扭的。豎切向應(yīng)力春不會作功男這一點是騙正確的。國切向應(yīng)力斑是會向徑挨向應(yīng)力轉(zhuǎn)桿化的。不韻明白這一詳點就是典獲型的形而賠上學(xué)和教金條主義。輪漁民都知搶道利用南認(rèn)北風(fēng)使帆蘋船向東西犬行駛，這廊就是將徑優(yōu)向力轉(zhuǎn)化女為切向力抓。廚師抻喪面用的是甚拉力，搟耗面用的是振徑向壓力隙，都能做慎出面條來記。這個道撞理是小孩贊子也明白點的。如果舟把圍巖變形成面團介，上б愛θ被=98k林g/cm攀2請的切向應(yīng)共力擠出來臉的面條能部擊穿人的舅腦袋。本壺例題巖石幟單軸抗壓隱強凱度枕б奶=336蹈kg/c礎(chǔ)m瑞2佳，巖體抗餅壓強度小政于巖石抗照壓強度，亭應(yīng)該蘿在隆б呈=6易7臭—示33kg鴉/cm命2混之間，在訓(xùn)塑性區(qū)桂有廟б拴θ弓=14攔2久—服98kg毫/cm葵2垃的切向應(yīng)叮力，是一伯定要轉(zhuǎn)化賊為徑向應(yīng)嚇力使圍巖輕移動的。自4.凡4老外塌陷角授理論系統(tǒng)仿的優(yōu)越性矛首先是外劣塌陷角理雄論系統(tǒng)把索巖體原始型應(yīng)力和地隨下空間圍裝巖顯現(xiàn)壓舟力進(jìn)行區(qū)也分。相同敵埋深的巖映體的原始鼓應(yīng)力是相婆同的（忽譽略巖石容媽重的微小梨差別），批而巖石性由質(zhì)的巨大拉差別，使蛾相同埋深六的地下空架間圍巖壓傻力顯現(xiàn)有羅巨大差別裝。外塌陷梳角理論系廚統(tǒng)將圍巖鹽顯現(xiàn)壓力柜劃定在高忍峰壓伸力律б訊g狹和始動壓阿力毒б門s掌之間。這嘉種方法適咸用于所有勞條件。肚其次是外跳塌陷角理竟論系統(tǒng)克殖服了實驗早室試驗參嶄數(shù)與地下包巖體力學(xué)宜性狀的巨員大差異，矮大大提高較計算結(jié)果挺的精度。弓一般巖石缸力學(xué)教科情書認(rèn)為巖冊體強度是彎巖塊強度傾的膏1/奮5嬸—搞1/1斤0碎。用實驗健室得來的第參數(shù)進(jìn)行嫁地下巖體矩力學(xué)計算口，是氧用健1/星5訂還絞是質(zhì)1/1朱0度？還有，醒試驗彈性亂模量和美泊松比如這些參數(shù)偽與巖石強耽度沒有準(zhǔn)別確順序?qū)Ω覒?yīng)關(guān)系，誰用這些參持?jǐn)?shù)進(jìn)行地混下空間圍捉巖壓力計殲算，不易體得到正確匹的結(jié)果。渠外塌陷角兆理論系統(tǒng)懷只使用一烤個參匹數(shù)我α綿代替所有育巖石試驗豆參數(shù)。因?qū)訛檫@個參荷數(shù)來自人痛和大自然夸合作實些驗出—胡—楊巖體在自拍重力作用板下斷裂，攪強度大的烘巖預(yù)體蝕α勿角小，強律度小的巖石體考α念角大。罩第三是建秤立巖體始誘動壓力的傻概念。原沫始應(yīng)力再該大，也不查一定壓壞座地下空間破。當(dāng)始動鼓壓力（在爐這里應(yīng)該得叫應(yīng)力或進(jìn)內(nèi)聚力）微高于原始兇應(yīng)力時，得地下空間慌不需要支號護(hù)。巖石材力學(xué)要研燒究的主要泊對象是高含于始動壓召力的顯現(xiàn)腳壓力。槳第四是外趣塌陷角理問論系統(tǒng)運光用能量守久恒定律這嘴個物質(zhì)運志動、能量挨轉(zhuǎn)化的普覺遍真理來飲解釋巖體獵運動現(xiàn)象搏，比其它買僅在力的檢范圍研究篩巖石力學(xué)信高了一個未層次。從北公早式挨б濕p玉（名R壩n告-R兩s望）嬌=礎(chǔ)（降σ鼻Z射+侍σ達(dá)s片）婚（扯R帆n涼-R菜b站）看沈，談б肥p泉（交R斧n嘗-R表s苗）是總能膽量動，圍σ丸s迷是巖體自娘身抵抗力懸，底σ災(zāi)Z酒是支護(hù)力袖，酬σ碑Z扶和朗R杜b切是同時變校大同時變?nèi)?。人對臣地下空間港的支護(hù)強埋度和巖體異的擴張力魚形成你進(jìn)辱我退你退呼我進(jìn)的等旋量關(guān)系。蹲第五是外徒塌陷角理止論系統(tǒng)具雁有兼容性奇。外塌陷暫角答α霞=90邪0芹—絞0勾0辜的變化能槍解釋所有危堆積物、腥沉積物因飄自身重力辱產(chǎn)生的力挪學(xué)現(xiàn)象。栗彈性物體照包含在這命個范圍之觸內(nèi)。因此醋，外塌陷主角理論系堵統(tǒng)與以往支彈性巖石耳力學(xué)取得丸的正確結(jié)亦果具有兼鞠容性。本財例題中：策外塌陷磁角潛α始=45腳0盡-恨φ猛/老2棟、始動壓懷力干角覽α巴s指=arc限sin伐[老（瘦c/雙2拾）膜/尺б僵1六]績與摩爾強繳度理論中愁的內(nèi)摩擦音角漆φ挺和巖石內(nèi)姓聚芳力切c民具有等量劫關(guān)系；將琴所有巖石英按門f簡系數(shù)分酒為觸1度5遮個等級，奇如果做試撕驗，能得鏟到天文數(shù)兄字般的各泰種參數(shù)，誘外塌陷刊角藥α錢和始動壓扯力汪角鍬α蟲s毫可緒與粗1申5論個等級巖躬石建立一唐一對應(yīng)的魚關(guān)系。店第六是外勝塌陷角理辛論系統(tǒng)一沫般不分析杜切向力和式徑向力的父差別。這令既反映了已與常識的歉一致性，軌也體現(xiàn)了朝高層次的異哲學(xué)思想急。整個宇每宙中的力顯只有一個商，即保持脹物質(zhì)狀態(tài)妥和改變物釀質(zhì)狀態(tài)的紋能力。各杯種不同表束現(xiàn)形式的紛力都是可五以互相轉(zhuǎn)氣化的。地蛋下空間圍萌巖的切向續(xù)力和徑向軌力都是原腦始應(yīng)力的秀次生力，游實際上是助一個東西蕉。象一盆忘水，不同洗的人看有惡不同的影嫁子。人往議高處走，亮水往低處蝶流。地下替空間圍巖鬧的不平衡止力，不論尼是切向力逮還是徑向北力，都要講使巖體向孕空間中心成移動。擔(dān)4.俘4旺包括卡斯霸特納公式幟在內(nèi)的其垂他彈性巖收石力學(xué)理祖論的缺陷根首先是現(xiàn)插有巖石力定學(xué)都是建梅立在彈性思理論基礎(chǔ)迅之上來進(jìn)屠行數(shù)理推動導(dǎo)。公式旋都能成立專，結(jié)果很溪難正確。偏所有材料搭都是要求寨在彈性極脖限內(nèi)使用友，鋼筋拉倍伸到一定鋤的塑性變疼形狀態(tài)以羞提高強度被是例外。老而研究巖梢體性狀最幼主要的是計研究大量分塑性變形幫后的力學(xué)藝行為。如辦果僅僅知謠道巖體在疤彈性范圍寒內(nèi)的力學(xué)緊行為，地拳下空間不駕需要支護(hù)似，巖石力銜學(xué)研究內(nèi)兄容就去掉第一大半。盆其次是在尋巖石力學(xué)愁研究中存炊在概念不筒清楚的問押題。應(yīng)力燙和壓力的背界限不清刺楚。查辭渠海說：棒“饅物體受到做外力作用走時，內(nèi)部辛產(chǎn)生的對胡抗的走力喪”載叫應(yīng)力捕。外“范物體由于盤外因（受杜力、溫度捕變化等）餅或內(nèi)在缺溜陷而變形終時，在它蒙內(nèi)部任一味截面單位浙面積上相蓮互作用力希。同截面燃垂直的稱呆為正應(yīng)力鋒，同截面以相切的力印，稱為剪呼應(yīng)力或切階應(yīng)力搶。濟”賺這種兩種輛定義講得呼很準(zhǔn)確，盞但是很麻旱煩。我認(rèn)妥為，在巖慢石力學(xué)中討，作功的倆力叫壓力演（拉力）路，不作功置的力叫應(yīng)鉤力。應(yīng)力掛是壓力的萍源泉，但砌應(yīng)力不轉(zhuǎn)璃換成壓力理，不會作搬功，我們控完全不用路理會它。誰很多巖石聽力學(xué)理論貞講得頭頭促是道，就墨是不能進(jìn)哈行準(zhǔn)確的坊工程計算驕，原因是嶄把應(yīng)力和床壓力攪在拼一起，越挪攪越亂。國第三是巖萍石試驗結(jié)粥果與巖體蕩受力狀態(tài)畢存在巨大層差距，是