第2讲_隧道施工的力学过程精读.ppt

第2讲 隧道开挖后的力学行为 3）塑性区的位移 事实上，围岩在进入塑性状态后，体积要发生剪涨现象，故上式只能是近似公式。 假定在小变形的情况下，塑性区体积不变，则有： （3)隧道开挖后的弹塑性应力状态 第2讲 隧道开挖后的力学行为—二次应力状态 （1)支护阻力对隧道周边应力分布的影响 1）弹性应力状态下 支护阻力的存在，使周边的径向应力增大，而使切向应力减小，实质上是使直接靠近洞室周边的岩体应力状态，从单向(或双向的)变为双向的(或三向的)的受力状态，因而提高了岩石的承载力。 假定支护阻力pa是径向的(实际上还有切向的)，且沿洞室周边是均匀分布的，则有： 第2讲 隧道开挖后的力学行为—三次应力状态 2、支护施作后的应力状态 （1)支护阻力对隧道周边应力分布的影响 2）塑性应力状态下 塑性区半径是随着支护阻力的加大而减小，说明了径向阻力对限制围岩塑性区的发展能起重要作用。这是因为支护阻力的存在,使围岩的应力状态有二维的变为三维的,从而提高了围岩的抗屈服能力。 第2讲 隧道开挖后的力学行为—三次应力状态 （2)支护阻力对隧道周边位移分布的影响 在形成塑性区后，隧道壁径向位移不仅与岩体的物理参数、坑道尺寸和隧道埋深有关，而且还取决于支护阻力的大小。 支护阻力的存在控制了隧道周边围岩的变形，从而控制了岩体内塑性区的发展和应力的变化，这就是支护结构的支护实质。同时由于支护阻力的存在也改变了隧道周边岩体的承载条件，从而相应提供了岩体的承载能力。 第2讲 隧道开挖后的力学行为—三次应力状态 （2)支护阻力对隧道周边位移分布的影响 第2讲 隧道开挖后的力学行为—三次应力状态 对于非理想状态下的非圆形隧道，其围岩特征曲线的基本形状是类似的。 考虑实际情况，支护阻力足够大时可使围岩的径向位移为零，且隧道洞壁位移超过一定限度后，就会失稳坍塌，因此需对围岩特征曲线进行修正。 （2)支护阻力对隧道周边位移分布的影响 第2讲 隧道开挖后的力学行为—三次应力状态 仍以圆形隧道为研究对象，混凝土或钢支护结构的力学特性可以认为是线弹性的， 则有： (3)支护特征曲线 第2讲 隧道开挖后的力学行为—三次应力状态 (4)围岩与支护结构平衡状态的建立 当支护特征曲线与围岩特征曲线在D点之前的任意位置达到平衡，隧道结构体系均是稳定的（形变压力） 当支护特征曲线与围岩特征曲线在D点之前没有达到平衡，就会导致围岩的松动、坍塌（松动压力） 第2讲 隧道开挖后的力学行为—三次应力状态 （1）核心——充分利用围岩的自承载能力 3、新奥法施工的力学解析 原岩应力一部分通过变形自己承担了，另一部分由支护结构承担 围岩与支护结构在不同位置达到平衡，作用在支护结构上的荷载是完全不同的，刚度大的支护不合理 围岩松动、坍塌后，作用在支护结构上的荷载会急剧增大 较佳的支护工作点应当在D点以左，邻近D点处 第2讲 隧道开挖后的力学行为—新奥法力学解析 第2讲 隧道开挖后的力学行为—新奥法力学解析 （2）控制爆破——保护围岩的自承载能力 不同爆破效果条件下，围岩的特征曲线是完全不同的 采用控制爆破时，对围岩的扰动小，开挖轮廓圆顺，围岩的自承载能力强 第2讲 隧道开挖后的力学行为—新奥法力学解析 （2）控制爆破——保护围岩的自承载能力 第2讲 隧道开挖后的力学行为—新奥法力学解析 （3）锚喷支护——发挥围岩的自承载能力 柔性支护，容许围岩产生一定的变形，以发挥围岩的承载能力 及时封闭围岩，保护围岩的承载能力 可分层施作，适时调整支护结构的刚度 第2讲 隧道开挖后的力学行为—新奥法力学解析 （3）锚喷支护——发挥围岩的自承载能力 第2讲 隧道开挖后的力学行为—新奥法力学解析 （4）监控量测——控制围岩产生过大的变形（坍塌） 判断围岩与支护结构体系是否达到稳定 判断是否需要调整支护结构的刚度 判断支护结构刚度是否过大 第2讲 隧道开挖后的力学行为—新奥法力学解析 * * 施成华 * * * 中南大学土木工程学院 隧道工程系 主讲教师：施成华 隧 道 力 学 讨论题： （1）隧道结构施工及运营阶段安全性的主要影响因素及其在力学计算中如何进行考虑？ 第1讲 隧道力学的基本概念与计算模型—讨论题 本讲主要内容： 1、隧道开挖后的应力状态 2、隧道支护后的应力状态 3、新奥法施工的力学解析 4、隧道施工力学相关问题讨论 （1）隧道的施工过程 原始岩体 毛 洞 支护体系 稳定洞室 开挖 支护 时间 第2讲 隧道开挖后的