北科大岩石力学课件-李长洪51岩石地下工程.ppt

岩石力学 本节主要内容 1 相关基本概念 2 深埋圆形洞室弹性围岩二次应力状态 3 深埋椭圆洞室弹性围岩二次应力状态 4 深埋矩形洞室弹性围岩二次应力状态 5 岩体地下工程 5.1 岩体二次应力状态的基本概念 围岩：由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，应力状态被改变了的岩体叫围岩。 二次应力状态：开挖后，无支护时，调整后的应力状态（原始应力，又称一次应力状态）。 求二次应力状态时，要给出的基本条件： ①原始应力 ②本构关系 ③岩体性质参数 二次应力状态主要特征状态 ①二次应力为弹性分布（岩体坚硬，原岩应力小，不要支护）。 ②二次应力为弹塑分布 围岩分两部：弹性区、塑性区 结构面的处理方法 大结构面单独处理；小密集结构面用包容方法处理。 （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。 5.2 深埋圆形洞室弹性围岩二次应力状态 （2）应力和位移 圆形洞室二次应力分布 （3）洞室的径向位移（平面应变时） 轴对称、切向位移：V=0 径向位移： 开挖前，岩体产生的位移（ra=0 ）由上式得： （4）洞周的应变 开挖前，岩体已完成应变 （5）洞壁的稳定性评 （2）应力—位移分析 5.3 深埋椭圆洞室弹性围岩二次应力状态 (2)洞壁应力计算公式 5.4 深埋矩形洞室弹性围岩的二次应力状态 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5-2。 结束语 * 地下工程稳定 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 ： 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。 地下工程稳定性可分为两类 自稳：不需要支护围岩自身能保持长期稳定 人工稳定：需要支护才能保持围岩稳定 稳定性问题的力学本质 自稳 不自稳 围岩内危险点的应力和位移 计算围岩压力 支护中危险点的应力或位移 大于支护极限 小于支护极限 人工稳定 改革支护 深埋地下工程 地下工程自身影响达不到地表的，称为深埋。反之浅埋 （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（3~5 R0 ）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）；λP0 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； 解析方法 数值方法 试验方法 地下工程稳定性分析途径 本章主要内容 弹性 弹-塑性 松散 围岩应力、支护上的压力 深埋地下工程力学模型 一、侧压力系数 （1）计算模型 （5－9） 平面应力时 （5－10） 平面应变时 （5—12） 由于开挖引起的位移 开挖引起的应变： 可见 ，说明 时， 岩体的体积不发生变化的特点。 ra=0代入（5-10）式得： 弹 塑 破碎 弹 塑 破 稳定条件 围岩可能出现的情况 塑 破碎 洞室周边，处于单向应力状态，最容易破坏。周边最大切应力： 二、 时，二次应力状态 (1)计算模型 I轴对称 II反对称 I II 加 二次应力埸 等于 (5-15) (5-16) 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： （3）洞室周边应力 洞室周边，处于单向应力状态，最容易破坏 。 代入(5-15)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(5-5) （3）洞室周边位移 将r=ra代入式(5-16)，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! 图5-6 椭圆洞室单向受力计算简图 (1)计算模型 －－－－－－－（5-20） 选择3个关键点（ ）代