會計(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、松動密不可分。圍巖變形量的大小以及圍巖破壞與松動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)生對支護(hù)與襯砌結(jié)構(gòu)的壓力。松動圍巖壓力：由于圍巖松動與破壞產(chǎn)生對支護(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)

8/28

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)算具備形成松動壓力的松散條件時，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，如不及時支護(hù)，硐室頂部巖體將不斷垮落而形成一個塌落拱，最終形成自然平衡拱。埋深大于5倍拱跨時，不斷發(fā)展的塌落拱最終將在圍巖中形成一個自然平衡拱。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)圍巖可能沿兩個鉛直滑移面AA’與BB’滑動第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)。塑性圈半徑增大時塑性形變壓力減小，究其原因在于硐室開挖后二