第六章2支护结构的岩体力学计算方法(免费阅读).ppt

隧道工程力学原理 　 隧道工程力学原理 §6.3 特征曲线法 一、基本原理 特征曲线法又叫收敛-约束法，或叫变形法。 收敛：围岩产生挤向隧道内的变形。 约束：支护对围岩向坑道内变形的阻止。 特征曲线法是通过支护结构和围岩的相互作 用，求解隧道支护结构在荷载作用下的变形和围岩 在支护结构约束下的变形之间的协调平衡。即利用 围岩的特征曲线与支护结构的特征曲线交会的办法 来决定支护体系的最佳平衡条件。 交会点的物理意义:隧道开挖后为了稳定围岩 而在围岩表面所需要提供的支护抗力与支护结构本 身所提供的支护抗力相平衡。 隧道工程力学原理 二、围岩特征曲线 弹性 塑性 弹塑性分界点： 或塑性： 三、锚喷支护的特征曲线 假定：① 只研究支护结构的不同所产生的力学 效应，而不考虑其它因素的影响； ② 当支护的材料强度达到最大时才开始 破坏。 锚喷支护的刚度方程式为： ⒈ 喷砼支护抗力、位移及刚度的计算 ⑴ 最大支护抗力的计算 当喷层 0.04 厚度时，按弹性力学中的 受径向均布压力作用的薄壁圆筒理论进行 计算。 假定将圆筒用一假象面沿轴线切成两半， 根据径向应力平衡条件得： 采用喷砼三天强度值 ，并认为此时的喷砼支 护抗力达到最大，则： ⑵ 支护最大位移 的计算 由于喷砼的径向应变 及切向应变 较小，为 此假定 由弹性力学的几何方程得： 即： ， ， 因喷砼为弹性结构，所以 ， ， 则 ， 为喷砼三天的弹性模量 ⑶ 支护刚度K的计算 根据上述计算值，绘出喷砼支护的特征曲线 如喷砼中设置有钢筋网，其作用是控制和分配 应力，增强喷层的整体性，而对其刚度的增加不 大，所以在计算中不予考虑。 ⒉ 锚杆支护抗力、位移及刚度的计算 锚杆一般采用两种基本模型：端部锚固型和全长 粘结型锚杆。 ⑴ 端部锚固型锚杆支护抗力、位移及刚度的计算 ①最大支护抗力 的计算 式中: T 为锚杆极限强度，由锚杆拉拔试验决定 、 分别为锚杆的纵向及横向间距。 ②支护刚度K的计算 锚杆在工作中发生变形受拉后才能提供支护抗力 坑道周边处位移为 ，锚杆端部位移为 ，锚 杆r处位移 ， 则锚杆产生的位移为 距坑道中心r处的位移 所以 ，即 则  锚杆轴向力（作用在锚杆端部的集中力）： 或写成 一根锚杆提供的抗力 则锚杆的刚度 ③支护最大位移 的计算 根据上述计算值可绘出端部锚固型锚杆的特征曲线 ⑵ 全长粘结型锚杆支护抗力、位移及刚度的计算 ①最大支护抗力 P为锚杆轴向力 砂浆锚杆的破坏形式有：锚杆杆体本身屈服；锚杆杆体与砂浆脱离；砂浆与孔壁脱离。计算时，按三种破坏形式计算所得到的轴向力取最小者。 Ⅰ、锚杆杆体本身屈服时： 式中 A 锚杆截面积； 锚杆屈服强度. 锚杆工作条件系数， =0.9～1.0，一般 取低值。 Ⅱ、锚杆杆体与砂浆脱离时： 式中 d 锚杆直径；l 锚杆长度； 锚杆与砂浆之间单位表面积上的粘结