岩体力学06-岩体力学在硐室工程中的应用概要.ppt

当z＝0时，σv＝0。 当z=H时，σv即为作用于洞顶单位面积上的围岩压力，用q表示为： 侧壁不稳定时：侧壁围岩将沿与洞壁夹角呈45?-φ/2的面滑移。 将柱体A′ABB′的自重扣除A′A，B′B面上的摩擦阻力，可得作用于洞顶单位面积上的围岩压力q： 太沙基理论适用于散体结构岩体中开挖的浅埋洞室。 地下洞室开挖后，围岩中的某些块体在自重作用下向洞内滑移。作用在支护衬砌上的压力就是这些滑体的重量或其分量。 步骤： 找出结构面的组合形式及其与洞轴线的关系。 确定围岩中可能不稳定楔形体(或分离体)的位置和形状。 确定不稳定体塌落或滑移的滑动方向、可能滑动面的位置、产状和力学强度参数。 对楔形体进行稳定性计算。 如果楔形体处于稳定状态，其围岩压力为零；如果不稳定，就要具体地计算其围岩压力。 1）洞顶围岩压力 作用在楔形体的力： ①围岩重分布应力； ②结构面剪切强度产生的抗滑力； ③楔形体的自重G1。 如果楔形体不稳定，则作用于洞顶支衬上的围岩压力pv就是该楔形体的自重。 2）侧壁围岩压力 楔形体DEFH所形成的侧壁围岩压力ph等于楔形体的重量在滑动方向上的分力减去滑动面的摩阻力后，在水平方向上的分力。 若楔形体不稳定，则该楔形体产生的侧向围岩压力ph为： 岩爆 高天然应力的弹脆性岩体 地下开挖工程 开挖卸荷及特殊的地质构造作用 周边岩体中应力高度集中，积聚于较高的弹性应变能 当开挖体围岩中应力超过岩体的容许极限状态 岩体中聚积的变形能在地下工程开挖中突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象——岩爆 1)围岩应力条件 判断岩爆发生的应力条件有两种方法： 一是用洞壁的最大环向应力σθ与围岩单轴抗压强度σc之比值作为岩爆产生的应力条件； 一是用天然应力中的最大主应力σ1与岩块单轴抗压强度σc之比进行判断。 岩爆发生的围岩应力条件经验公式： σ1/σc大于0.165～0.35的脆性岩体最易发生岩爆。 弹性变形能系数ω：加载到0.7σc后再卸载至0.05σc时，卸载释放的弹性变形能与加载吸收的变形能之比的百分数。 当ω＞70％时，会产生岩爆，ω越大发生岩爆的可能性越大。 应变能消耗比：岩石单向压缩时，达到强度极限前积累于岩石内的应变能与强度极限后消耗于岩石破坏的应变能之比。 式中：FOAB为曲线OAB包围的面积；FBAC为曲线BAC包围的面积。 n＜1时，不会发生岩爆；n＞1时，可能发生岩爆。 1)地质构造 岩爆大都发生在褶皱构造中。 岩爆与断层、节理构造密切相关。当掌子面与断裂或节理走向平行时，容易触发岩爆。 岩体中节理密度和张开度对岩爆有明显的影响。据南非金矿观测表明，节理间距小于40cm，且张开的岩体中，一般不发生岩爆。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也将发生岩爆。 2)洞室埋深 随着洞室埋深增加，岩爆次数增多，强度也增大。发生岩爆的临界深度H可按下式估算： 岩爆形成过程的三个阶段： 1)劈裂成板阶段（岩爆孕育） 垂直洞壁方向受张应力作用而产生平行于最大环向应力的板状劈裂。 仅在洞壁表部，部分板裂岩体脱离 母岩而剥落，而无岩块弹射出现。 2)剪切成块阶段(岩爆的酝酿) 劈裂岩板向洞内弯曲，发生张剪复 合破坏。 处于爆裂弹射的临界状态。 3)块、片弹射阶段 劈裂、剪断岩板，产生响声和震动。 岩块发生弹射，岩爆形成。 岩爆的渐进性破坏过程很短促。 各阶段在演化的时序和发展的空间部位，都是由洞壁向围岩深部依次重复更迭发生的。因此，岩爆引起的围岩破坏区可以分弹射带、劈裂-剪切带和劈裂带等三带。 一、概述 二、围岩重分布应力计算 三、围岩的变形与破坏 四、围岩压力计算 五、围岩抗力与极限承载力 洞室由于存在很高的内水压力作用，迫使衬砌向围岩方向变形，围岩被迫后退时，将产生一个反力来阻止衬砌的变形。围岩对衬砌的反力称为围岩抗力，或称弹性抗力。 围岩抗力愈大，愈有利于衬砌的稳定。围岩抗力承担了一部分内水压力，从而减小了衬砌所承受的内水压力，起到了保护衬砌的作用。 充分利用围岩抗力，可以大大地减薄衬砌的厚度，降低工程造价。 围岩极限承载力是表征围岩承担内水压力能力的指标。它主要与围岩的强度性质及天然应力状态有关。 围岩抗力系数是表征围岩抵抗衬砌向围岩方向变形能力的指标，定义为使洞壁围岩产生一个单位径向变形所需要的内水压力。 其中，Pa—洞壁受到的内水压力； y—洞壁围岩向外产生的径向位移。 (Mpa/cm) 围岩抗力系数（K）愈大，说明围岩受内水压力的能力愈大。K值不是一个常数。它随洞室尺寸而变化，洞室半径越大，K值越小。 单位抗力系数是指洞室半径为100cm时的抗力系数值。 确定方法：直接测定法、计算法和工程地质类比(经验数据)法。 直接测定法有双筒橡皮囊法、隧洞水压法和径向千斤顶法。 用水泵对橡皮囊加压使其扩张，对坑壁岩