中矿岩石力学-第五章课件.pptVIP

概述 岩石会破碎，围岩可能出现两种极限情况： 1) 支护及时作用，围岩变形受到支护作用而平衡 2) 支护不及时，围岩破碎冒落； 共同作用原理（P130, 贺） 概念：支护所受压力和所产生的变形来自破裂岩体对支护的作用，反过来，支护以自己的刚度和强度抑制岩体变形和破碎的进一步发展。这种相互耦合或相互影响的情况称为“围岩－支护共同作用”。 §5.3 围岩压力与控制 1 围岩－支护共同作用原理 围岩-支护共同作用原理 围岩既是生产支护荷载的主体，又是承受岩层荷载的结构，支护-围岩作为整体相互作用，共同承担围岩压力。摒弃了过去岩体作为对支护结构的荷载采用厚衬砌的传统做法。 围岩压力是变形压力和松动压力的组合，大部分压力(特别是变形压力)由围岩自身承担，只有少部分转移到支护结构上；支护荷载既取决于围岩的性质，又取决于支护结构的刚度和支护时间；围岩的松动区和围岩内的二次应力状态又与支护结构的性质和支护时间有关。 支护压力是支护结构与围岩之间相互作用、共同变形的产物。支护压力的大小不仅与围岩性质及变形有关，还与支护时机及支护结构的刚度有关。 支护越早、支护刚度越大，越能有效抑制岩体变形，但支护压力较大；适当延后支护，或降低支护结构的刚度，允许岩体剪胀变形得到一定程度的发展，支护压力将较小，对支护材料的要求降低。 支护特性曲线 围岩特性曲线 支护-围岩共同作用原理图 广义地压与狭义地压的含义与区别 （围岩－支护共同作用原理） 2 地压计算 普氏地压学说 基本假设：岩石“变成”砂；围岩塌落成拱形。 普氏系数(似内摩擦系数)代替强度含义 普氏系数： f=tan?/= ?c/10 ?c为岩石单轴抗压强度 (MPa) 古典地压学说 y B x h b 地压计算： 1) 公式的推导原理：拱平衡(塌落拱迹线上任意截面无弯矩，拱脚稳定不滑动）； 拱内弯矩平衡: h=b/f 顶压近似为高h的均布顶压 顶压集度（压力密度） q=?h=??b / f 2) 两帮稳定时计算公式： 顶 压： Q=2bq=2??b2 / f b h H 3) 两帮不稳定时 顶 压： Q=2bq=2??bh1 / f 顶压集度： q=?h1=??[b+Htan(450+?c/) ]/ f 侧 压： 朗金（主动土压力）公式。 普氏估算公式应用 1) 围岩破碎 2）地压与巷道的深度无关（由公式可知） 3) 由巷道宽度确定 ?v ??v ??vtan? z ?v+d?v 2a 太沙基地压学说 基本假设：竖向滑动面 基本方法：水平微元体平衡 结 论： 讨论： 当足够深（z大于5a)时，地压与深度无关，同普氏。 考虑与深度有关的地压公式（塑性半径与p0~?Z有关） qd= ?(RP-R0) （圆形巷道） 概述 两对矛盾(围岩应力与强度；支护载荷与能力) ；围岩为主；经济合理措施。 维护稳定的基本原则 维护围岩强度，发挥围岩承载能力：利用岩石性质、避免强度损失、适当变形、加固岩体 改善围岩应力条件：选择位置方向、优选形状尺寸、采取特殊措施 合理支护：支护形式、刚度、时间、结构受力合理 监测与反馈：新奥法的重要原则 3 地下工程稳定与控制 新奥法是新奥地利隧道施工法（New Austian Tunneling Method)的简称，强调利用岩体自身强度，符合围岩－支护共同作用原理，重视实验，理论和实践相结合的一套科学施工设计方法。 充分利用岩体强度，发挥岩体的自承载能力 及时喷混凝土，封闭岩面；打适量锚杆和敷设钢拱架 正确运用围岩－支护共同作用原理，恰当利用岩体蠕变发展规律 采取两次支护方案：初次柔性支护，待围岩位移速度趋于稳定后，进行封底和二次支护（永久支护，刚性支护） 把监测作为必要手段，始终监测支护位移及压力变化 运用收敛计，多点位移计（岩体内部位移），压力盒等