3围岩压力和设计方法课案.ppt

第二节 围岩压力; 由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构上的压力称为松动压力。 松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落； 在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软弱面发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。 ;2.形变压力; 影响围岩压力的因素很多，通常可分为两大类。一类是地质因素；另一类是工程因素，它包括施工方法、支护设置时间、支护刚度、坑道形状等。 ;三、围岩松动压力的形成和确定方法;(3)顶板岩体视其强度的不同而逐步塌落(图(c))，可视为塌落阶段； (4)顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面形成一近似的拱形(图(d))，可视为成拱阶段。;(二)确定围岩松动压力的方法;1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法;ω——宽度影响系数， ω=1+i(B-5) B——坑道宽度，以m计； i——B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B＝5m为基准)，当B＜5m时取i=0.2，B＞5m时，取i＝0.1。;水平压力 在上述产生竖向压力的同时，隧道也会有侧向压力出现，即围岩水平分布松动压力e，可用表中的经验公式计算(一般取平均值)，其适用条件前式。 ;(2)普氏理论 普氏认为，所有的岩体都不同程度被节理、裂隙所切割，因此可视为散粒体。但岩体又不同于一般的散粒体，其结构面上存在着不同程度的粘结力。 岩体的抗剪强度 现将岩体视为散粒体，但又要保证其抗剪强度不变，则 。所以： ; 在具有一定粘结力的松散介质中开挖坑道后，其上方会形成一个抛物线形的自然拱，作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散岩体的重量。而自然拱的形状和尺寸(即它的高度hk和跨度Bt)与岩体的坚固性系数f 有关。具体表达式为：; 在松散和破碎岩体中，坑道的侧壁受到扰动而产生滑移，自然拱的跨度也相应加大，如图(b)所示。此时的bt值为;(3)泰沙基理论 泰沙基也将岩体识为散粒体，他认为坑道开挖后，其上方的岩体因坑道的变形而下沉，并产生如图所示的错动面OAB。假定作用在任何水平面上的竖向压应力 是匀布的，相应的水平力 ;展开后，得; 泰沙基根据实验结果，得出λ＝1～1.5，取λ＝1，则;侧向均布压力则仍按朗金公式计算： ;(2)浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 当隧道埋深不大时，开挖的影响将波及到地表而不能形成“自然拱”。从施工过程中岩体(包括土体)的运动情况可以看到，隧道开挖后如不及时支撑，岩体即会大量坍落移动，这种移动会影响到地表并形成一个坍陷区域，此时岩体将会出现两个滑动面，如图所示。 对于这样的情况，可以采用松散介质极限平衡理论进行分析。; 当滑动岩体下滑时，受到两种阻力作用：一是滑面上阻止滑动岩体下滑的摩擦阻力；二是支护结构的反作用力，这种反作用力的数值应等于滑动岩体对支护结构施加的压力，也就是我们所要确定的围岩松动压力。 ; ①隧道埋深h小于或等于等效荷载高度hq(即h≤hq);②隧道埋深h大于等效荷载高度hq(即h＞hq) 隧道随着埋置深度增加，上覆岩体逐渐增厚，滑面的阻力也随之增大。因此，在计算围岩压力时，必须考虑滑面上阻力的影响。 施工中，上覆岩体的下沉和位移与许多因素有关，如支护是否及时，岩体的性质、坑道的尺寸及埋置深度的大小，施工方接是否合理等等。为方便计算，根据实践经??作如下简化假定，如图所示。 ;1)岩体中所形成的破裂面是一个与水平面成β角的斜直面；如图中的AC、BD。 2)当洞顶上覆盖岩体FEGH下沉时受到两侧岩体的挟持，应当强调它反过来又带动了两侧三棱岩体ACE和BDF的下滑，而当整个下滑岩体ABDHGC下滑时，又受阻于未扰动岩体。据此所形成的作用力有：洞顶上覆盖岩体EFHG的重量W1；两侧三棱体ACE、BDF的重量W2；两侧三棱体给予下沉岩体EFDL的阻力T(对整个下滑岩体来说为内力)，T＝T1+T2；整个下滑岩体滑动时，两侧未扰动岩体给予的阻力N。 ;; 按力的平衡条件，可求出作用在隧道支护结构上的围岩松动压力值，其步骤如下： 由图可知，作用在支护结构上总的垂直压力Q为; 由图(a)可知T=T1+T2，T1、T2分别为上覆土体部分和衬砌部分带动FD和EC面下滑时的带动力，其方向如图中所示。因此为了求出T1必须先求T。根据力的平衡条件，由图(c)所示的力三角形可求出T值。 ;将前式代入，化简后有 ;b.求破裂面BD的倾角 ;而 ，则; 对于傍山隧道，由于受有偏压，更易发生山体变形及