岩体力学第六章-第一节到第六节.ppt

§6.4 压力拱理论 F为岩石对拱向外移动的摩阻力，在极限状态下有： 对于压力拱来说，处于极限平衡状态是不安全的，通常取： （6-4） （6-5） 一般来说，只取最大摩阻力的一半，即 （6-6） §6.4 压力拱理论 将式（6-6）带入（6-3） （6-7） 由式（6-2）、 （6-3）以及（6-7）可得压力拱任何点的纵坐标 （6-8） §6.4 压力拱理论 洞室顶部最大压力在拱轴线上，等于： 或者 （6-9） 洞室任何其它点的垂直压力等于： （6-10） §6.4 压力拱理论 §6.4 压力拱理论 (3) 侧向山岩压力 洞室顶面高程处的单位面积侧向压力为： （6-11） §6.4 压力拱理论 洞室底面高程处的单位面积侧向压力为： 这里 （6-12） §6.4 压力拱理论 总的侧向山岩压力： （6-13） §6.4 压力拱理论 (4) 压力拱理论的适用条件 洞室上方有足够的厚度且有相当稳定的岩体。 以下情况不能使用压力拱理论： 1） 岩石的fk0.8，洞室埋置深度H小于2倍压力拱或2.5倍压力拱跨度。 §6.4 压力拱理论 2）用明挖法建造的地下结构。 §6.4 压力拱理论 3）fk0.3的土。例如淤泥、粉砂、饱和软粘土等，由于不能形成压力拱，所以不可用压力拱理论。 §6.5 太沙基理论 (1) 假定条件 太沙基理论假定岩石为散粒体，并具有一定的凝聚力。 (2) 适用范围 以松动压力为主的岩体，也适用于一般的土体。 §6.5 太沙基理论 (3) 用太沙基理论计算山岩压力 1) 没有形成破裂面的情形 形成垂直滑动面 和 ，其上的抗剪强度为 §6.5 太沙基理论 §6.5 太沙基理论 岩石容重为γ，地面上作用强度为P的均布荷载，任何深度的垂直应力为σz ，相应的水平应力为 §6.5 太沙基理论 今在表面以下z深度处，在 岩柱 中取厚度为dz的薄层进行分析。薄层的重量等于 (以垂直图形平面的单位长度计)。 §6.5 太沙基理论 根据作用在薄层上的垂直力之和等于零这个条件，可以写出下列方程式。 经过整理后，得： §6.5 太沙基理论 解这个微分方程式，并考虑到边界条件：当z=0 时， ，最后得： 令上式中的z=H ，即得到洞室顶面的垂直山岩压力q： §6.5 太沙基理论 这个公式对深埋洞室和浅埋洞室都适用。当洞室为深埋时，可令 ，得： §6.5 太沙基理论 当 时 §6.6 弹塑性理论 （1）基本概念 弹塑性理论假定条件：均质、连续、各向同性。 当岩体的静止侧压力系数 时，洞室边界上的应力分量为 这里 §6.6 弹塑性理论 图6-10 围岩内的弹塑性应力分布 §6.6 弹塑性理论 图6-11 洞壁位移与时间的关系 隧道钢拱架支撑 3) 在破碎和软弱岩石中，由于裂隙纵横切割，岩体强度很低，围岩应力超过岩体强度很多。在这类岩石中，坍落和松动是产生山岩压力的主要因素，山岩压力主要属于“松动压力”。 (1) 岩石的性质导致山岩压力分为三种情况 §6.3 坚硬岩体的应力和稳定演算 支护或衬砌的目的：承受松动岩体或塌落岩体的重量，支护主要起承载作用。 支护或衬砌的目的：承受松动岩体或塌落岩体的重量，支护主要起承载作用。 §6.3 坚硬岩体的应力和稳定演算 (2) 坚硬岩体的应力和稳定演算 对于整体性良好的坚硬岩体来说，由于其节理裂隙不发育，强度较大，无塑性变形，且弹性变形迅速完成，所以假定岩体是均匀的、各向同性的连续介质弹性体。 1) 计算假定 洞室稳定性验算：验算洞室边界上的切向应力是否超过岩体强度即可，一般不需要计算山岩压力。 2) 计算公式 对于洞室岩体属于整体性良好的坚硬岩体来说，需演算： 式中 σθ——洞室边界上的切向应力(MPa)； [Rc]——岩石的许可抗压强度(MPa)。 §6.3 坚硬岩体的应力和稳定演算 如果洞室边界的切向应力σθ是拉应力，则在演算时应当满足下列条件： 式中 [-Rt]——岩石的许可抗拉强度(MPa)。 §6.3 坚硬岩体的应力和稳定演算 3) 岩石的许可强度分类 考虑到长期荷载下洞室围岩的强度可能降低。因此，岩石的许可抗压强度一般采用下列数值： 对于无裂隙的坚硬围岩 [Rc]=0.6Rc 对于有裂隙的坚硬围岩 [Rc]=0.5Rc 式中 Rc——岩块单轴湿抗压强度(MPa)。 岩石的许可抗拉强度公式和上面的公式类似。 §6.3 坚硬岩体的应力和稳定演算 4) 隧道(巷道断面)分类 按构成的轮廓线分两种： 折线型：矩形、梯形、不规则形；