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第 六 章 地下硐室围岩 应力计算及稳定性分析 本章内容 授课学时： 12学时 本章的重点难点： 要 求 §6-1 概 述 §6-2 弹性理论计算坑道围岩与衬砌应力 一、无内压坑道围岩应力分布 1、圆形坑道围岩应力分布 不同的λ下，坑道周边切向应力σθ 的分布： 不同的λ下，坑道周边切向应力σθ 的分布： 不同的λ下，坑道周边切向应力σθ 的分布： 不同的λ下，坑道周边切向应力σθ 的分布： 2、椭圆形坑道周边应力分布 例： λ＝1/4条件下，不同轴比m对应的顶底板和两帮中点处的σθ： 3、矩形坑道围岩应力分布 例：不同λ和不同轴比m下，矩形坑道周边顶底板和两帮中点处的σθ： 4、坑道围岩分布的共同特点： 4、坑道围岩分布的共同特点： 二、有内压坑道围岩与衬砌的应力计算 （2）水工隧道中内压引起的围岩附加应力 在r=a（洞周边）： 2、有内压坑道围岩与衬砌的应力计算 2、有内压坑道围岩与衬砌的应力计算 B、内压分配法求围岩应力 B、内压分配法求围岩应力 （2）有裂隙围岩 （2）有裂隙围岩 §6-3 坑道围岩应力分布的弹塑性力学分析法 根据莫尔－库伦准则，围岩破坏条件： 由图（a)可得： 二、围岩塑性区应力分析 2、围岩屈服条件 3、塑性区围岩平衡条件 三、弹性区的应力 四、塑性区半径R0 五、围岩应力的变化规律及其分布状态 六、松弛区半径R 问题：为了维护巷道的稳定性，将破碎带内的岩体取出便可，这种方法可行吗？为什么？ §6-4 坑道围岩位移 当 r=a 即可求得坑道周边围岩位移： 二、有支架反力pi作用下圆形坑道周边弹性位移(λ=1） 同理有： 三、塑性区位移（轴对称条件下） 2 、坑道周边塑性区位移（轴对称条件下） §6-5 围岩压力计算 一、支架与围岩共同作用原理 一、支架与围岩共同作用原理 围岩压力－位移曲线 支架特性曲线 支架与围岩共同作用 二、弹塑性理论计算围岩压力（变形围岩压力计算） 三、 块体极限平衡理论计算围岩压力 1、受力分析： 2、稳定性判断 （二）两帮危岩稳定性分析 四、 压力拱理论计算围岩压力 3、普氏理论假设条件 5、自然平衡拱的力学模型及相应的计算方法 （1）模型1 及相应的计算方法 （2）模型2 及相应的计算方法 实际上，自然平衡拱有各种形状，在岩层倾斜的情况下，还会产生歪斜的平衡拱，如图所示。 普氏平衡拱理论适用于深埋洞室。 五、太沙基理论计算围岩压力 2、太沙基围岩压力公式 1、坑道两帮岩体稳定 2、坑道两帮岩体不稳定 §6-6 坑道支护 一 、离壁式支护的力学作用 二、喷锚支护的力学作用 1、喷射混凝土的力学作用 2、锚杆支护的力学作用 2、锚杆支护的力学作用 2、锚杆支护的力学作用 2、锚杆支护的力学作用 2、锚杆支护的力学作用 端部锚固式锚杆 全长锚固式锚杆 （2）锚杆群的力学作用 2、锚杆支护的力学作用 3、喷锚联合支护的力学作用 §6-7 竖井围岩应力计算及稳定性分析 2、围岩应力分布 其中： 在构造应力场中的围岩应力分布 二、竖井围岩稳定性评价 （一）表土的稳定性评价 （二）基岩的稳定性评价 （1）原岩应力场以自重应力场为主，井筒围岩应力： 例题 （2）原岩应力场以构造应力场为主 2、岩体构造对井筒围岩稳定性的影响 （3）节理岩体中竖井的稳定性问题 （三）竖井井壁压力计算 （1）平面挡土墙计算法 （2）空心圆柱体挡土墙计算法 （3）悬浮体计算法 B、地下水对井壁的压力 平面挡土墙公式： 空心圆柱体挡土墙公式： （4）动土压力计算法 2、基岩中井壁压力计算 锚杆的受力状态如图所示。 设锚杆预拉力为Q’，岩体变形所产生的拉力为Q’’，则锚杆的拉应力σ为： 式中：d为锚杆的直径。 Q为锚杆所需的最小锚固力，由拉拔试验确定。 锚杆的受力状态如图所示。 锚杆设计必须满足下式： 式中：d——锚杆的直径； σt——锚杆材料抗拉强度； Q——锚杆变形或移动所产生的最大拉力即最小锚固力，由拉拔试验确定； τ——粘结材料与锚杆和孔壁之间的粘结强度。 C、挤压加固作用 A、悬吊作用 B、组合作用 （1）开挖后，在坑道周边形成松动圈和塑性变形区。喷射混凝土支护，一方面水泥砂浆的胶结作用提高了松动圈的整体稳定性，另一方面喷射混凝土层的柔性，允许围岩发生较大的位移而不发生松脱，能充分发挥围岩的自支承能力。 （2）锚杆的挤压加固与围岩变形的相互作用，进一步加固围岩，提高其整体承压能力。 喷锚联合支护是软弱破碎岩体的一种最有效的支护形式，具有主动加固围岩、充分发挥围岩的自支承能力、良好的抗震性能等优点。 一、圆形竖井围岩应力分布 1、分析方法 理论上，