围岩的应力场与支护结构PPT文件格式下载.ppt

围岩的应力场与支护结构PPT文件格式下载.ppt

《围岩的应力场与支护结构PPT文件格式下载.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《围岩的应力场与支护结构PPT文件格式下载.ppt（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

三三次次应应力力状状态态满满足足稳稳定定要要求求后后就就会会形形成成一一个个稳稳定定的的洞洞室室结结构构，这这样，这个力学过程才告结束。

样，这个力学过程才告结束。

王丽琴主讲王丽琴主讲要要进进行行支支护护结结构构设设计计，就就必必须须充充分分认认识识和和了了解解以以下下五五方方面面的问题：

的问题：

1.围岩的围岩的初始应力状态初始应力状态（一次应力状态一次应力状态）：

ss0,（第四章）；

（第四章）；

2.开挖隧道后围岩的开挖隧道后围岩的二次应力状态二次应力状态ss2和位移场和位移场uu2；

3.判判断断围围岩岩二二次次应应力力状状态态和和位位移移场场是是否否符符合合稳稳定定性性条条件件，即即围围岩稳定性准则。

一般可表示为：

岩稳定性准则。

式中的式中的R1、R2是根据围岩的物理力学特性所确定的某些特定指标。

是根据围岩的物理力学特性所确定的某些特定指标。

、王丽琴主讲王丽琴主讲4设设置置支支护护结结构构后后围围岩岩的的应应力力状状态态，亦亦称称围围岩岩的的三三次次应应力力状状态态ss3和位移场和位移场uu3，以及支护结构的内力，以及支护结构的内力M和位移和位移dd。

5判断支护结构判断支护结构安全度的准则安全度的准则，一般可写成：

，一般可写成：

式中的式中的K1、K2是支护结构材料的物理力学参数。

是支护结构材料的物理力学参数。

王丽琴主讲王丽琴主讲第二节围岩的二次应力场和位移场第二节围岩的二次应力场和位移场在在隧隧道道开开挖挖以以前前，围围岩岩处处于于初初始始应应力力状状态态，也也称称为为初初始始应应力场力场ss0，它通常总是稳定的。

与其相适应的位移场，它通常总是稳定的。

与其相适应的位移场uu0。

隧隧道道开开挖挖后后，地地应应力力自自我我调调整整，出出现现相相应应位位移移，称称为为二二次次应应力力场场及及位位移移场场（ss2及及uu2），如如果果围围岩岩的的一一部部分分出出现现塑塑性性以以至至松松弛弛，就就在在适适时时修修筑筑支支护护，给给围围岩岩以以反反力力并并约约束束其其自自由由位位移移，这这样样两两者者结结合合成成一一个个体体系系，应应力力再再次次调调整整，围围岩岩出出现三次应力场现三次应力场及位移场（及位移场（ss3及及uu3）。

）。

王丽琴主讲王丽琴主讲第二节围岩的二次应力场和位移场第二节围岩的二次应力场和位移场假定：

假定：

1.围岩为均质的各向同性的连续介质；

围岩为均质的各向同性的连续介质；

2.只考虑自重造成的初始应力场；

只考虑自重造成的初始应力场；

3.隧道形状以规则的圆形为主；

隧道形状以规则的圆形为主；

4.隧隧道道位位于于地地表表下下一一定定的的深深度度，可可以以简简化化为为无无限限平平面面中中的的平面应变孔洞问题。

平面应变孔洞问题。

王丽琴主讲王丽琴主讲一、隧道开挖后的弹性二次应力状态及位移状态一、隧道开挖后的弹性二次应力状态及位移状态力学模型力学模型利用前述假定，可得计算模型：

利用前述假定，可得计算模型：

王丽琴主讲王丽琴主讲径向正应力：

径向正应力：

切向正应力：

剪应力：

径向位移径向位移:

切向位移切向位移:

式式中中：

aa=a/r，a为为隧隧道道开开挖挖半半径径，r为隧隧道道中中心心到到计算算点点的的距距离离；

为所所论点点方方向向线与与垂垂直直轴之之间的的夹角；

角；

G是是围岩的剪切模量；

岩的剪切模量；

是是围岩泊松比。

岩泊松比。

利用弹性力学的结果得：

开挖的圆形隧道半径为利用弹性力学的结果得：

开挖的圆形隧道半径为aa时，其二次应力状态及位移状态可表达为：

时，其二次应力状态及位移状态可表达为：

正正应力又称法向力又称法向应力，以力，以压为正；

剪正；

剪应力以作用面外法力以作用面外法线与坐与坐标轴一致而一致而应力方向与坐力方向与坐标轴指向相反指向相反为正。

径向位移向隧道内正。

径向位移向隧道内为正，切向位移正，切向位移顺时针为正。

正。

王丽琴主讲王丽琴主讲r0ssrssqqssrP02P0（图中（图中P0=ggHc）二次应力分布特性：

二次应力分布特性：

王丽琴主讲王丽琴主讲从上面的曲线得出规律：

从上面的曲线得出规律：

1.随随着着向向岩岩体体内内部部的的深深入入，应应力力变变化化幅幅度度减减小小，最最后后接接近近于于初初始始应应力力状状态态。

如如r=6r0处处，其其变变化化只只有有3%左左右右，因因此此可以大致认为在此范围以外的岩体不受工程的影响；

可以大致认为在此范围以外的岩体不受工程的影响；

2.孔孔壁壁部部位位变变化化最最大大，法法向向正正应应力力ssr从从ggHc变变到到0，而而切切向向正正应应力力ssqq从从ggHc变变到到2ggHc，而而且且呈呈单单向向受受压压状状态态。

当当该该值值大大于于岩岩体体的的单单轴轴抗抗压压强强度度Rc，就就可可能能出出现现破破坏坏。

ggHc/Rc就就成为反映岩体状态的一个指标。

成为反映岩体状态的一个指标。

王丽琴主讲王丽琴主讲塑塑性性就就是是指指围围岩岩在在应应力力超超过过一一定定值值后后产产生生塑塑性性变变形形的的性性质质。

此此时时，应应力力即即使使不不增增加加，变变形形仍仍继继续续。

当当围围岩岩内内应应力力超超过过围围岩岩的的抗抗压压强强度度后后，围围岩岩发发生生塑塑性性变变形形并并迫迫使使塑塑性性变变形形的的围围岩岩向向隧隧道道内内滑滑移移。

塑塑性性区区的的围围岩岩因因变变得得松松弛弛，其其物物理理力力学学性质也发生变化。

性质也发生变化。

二、隧道开挖后形成塑性区的二次应力状态及位移状态二、隧道开挖后形成塑性区的二次应力状态及位移状态王丽琴主讲王丽琴主讲只只讨讨论论侧侧压压力力系系数数ll1时时，圆圆形形隧隧道道围围岩岩的的弹弹塑塑性性二二次次应应力力场场和和位位移移场场的的解解析公式。

析公式。

王丽琴主讲王丽琴主讲塑性区的应力场和位移场如下：

塑性区的应力场和位移场如下：

或或或或塑性区的半径：

塑性区的半径：

径向位移：

王丽琴主讲王丽琴主讲塑性松动区形成过程：

塑性松动区形成过程：

坑道开挖坑道开挖应力集中应力集中形成塑性区形成塑性区发生向坑发生向坑道内位移道内位移塑性区进一步扩大塑性区进一步扩大坑道围岩松弛、崩坍、坑道围岩松弛、崩坍、破坏。

破坏。

塑性区内的岩体没有失稳时，尚有一定的承载塑性区内的岩体没有失稳时，尚有一定的承载塑性区内的岩体没有失稳时，尚有一定的承载塑性区内的岩体没有失稳时，尚有一定的承载能力能力能力能力!

王丽琴主讲王丽琴主讲坑坑道道稳稳定定性性是是指指隧隧道道围围岩岩在在开开挖挖过过程程中中，在不设任何支护情况下所具有的稳定程度。

在不设任何支护情况下所具有的稳定程度。

三、无支护坑道的稳定性及其破坏三、无支护坑道的稳定性及其破坏王丽琴主讲王丽琴主讲无支护坑道围岩的无支护坑道围岩的失稳破坏失稳破坏有有三种形式三种形式：

局部崩坍局部崩坍原因：

破碎岩体的自重超过了岩体阻力。

原因：

发生部位：

多数发生在顶部，少数在侧壁处。

拱形崩坍拱形崩坍原因：

岩体强度不足，即强度破坏（脆性破坏）原因：

岩体强度不足，即强度破坏（脆性破坏）发生在脆性岩体中，侧壁先开始出现破坏（压裂、剪切发生在脆性岩体中，侧壁先开始出现破坏（压裂、剪切破坏）。

破坏）。

变形崩坍变形崩坍：

发生在塑性岩体中：

发生在塑性岩体中原因：

变形过度而导致崩坍。

王丽琴主讲王丽琴主讲1.围岩的二次应力状态与岩体强度的关系；

围岩的二次应力状态与岩体强度的关系；

强度判据：

ssmaxS2.围岩的位移状态与岩体变形能力的关系；

围岩的位移状态与岩体变形能力的关系；

变形判据：

UmaxU3.围岩局部落石的稳定性。

围岩局部落石的稳定性。

局部落石：

块体理论（石根华）局部落石：

块体理论（石根华）围岩稳定性判据：

围岩稳定性判据：

王丽琴主讲王丽琴主讲第三节隧道围岩与支护结构的共同作用第三节隧道围岩与支护结构的共同作用一、一、收敛和约束的概念收敛和约束的概念二、二、坑道支护后的围岩应力状态及位移状态坑道支护后的围岩应力状态及位移状态三、三、围岩特征曲线围岩特征曲线（支护需求曲线支护需求曲线）四、四、支护特征曲线支护特征曲线（支护补给曲线支护补给曲线）五、五、围岩与支护结构准静力平衡状态的建立围岩与支护结构准静力平衡状态的建立（三次三次应力场应力场）王丽琴主讲王丽琴主讲收敛：

收敛：

开挖隧道时，因临空面的形成，围岩向洞内产生的位移。

约约束束：

若若岩岩体体强强度度低低，整整体体性性差差、断断面面形形状状不不利利，岩岩体体的的变变形形将将自自由由地地发发展展下下去去，最最终终导导致致隧隧道道围围岩岩整整体体失失稳稳而而破破坏坏。

在在这这种种情情况况下下，应应在在开开挖挖后后适适时时地地沿沿隧隧道道周周边边设设置置支支护护结结构构，对对岩岩体体的的移移动产生阻力，支护约束了围岩的变形，称之为动产生阻力，支护约束了围岩的变形，称之为约束约束。

一、收敛和约束的概念一、收敛和约束的概念支护早：

支护早：

支护刚度大则承载力也大，支护刚度小则允许围支护刚度大则承载力也大，支护刚度小则允许围岩变形，承载力也小。

岩变形，承载力也小。

支护晚：

支护刚度小则会使围岩过度松弛，围岩自身承载支护刚度小则会使围岩过度松弛，围岩自身承载力下降，支护受力又增大。

力下降，支护受力又增大。

王丽琴主讲王丽琴主讲隧道开挖后，隧道开挖后，围岩岩应力状力状态出出现两种情况：

两种情况：

1、开开挖挖后后的的二二次次应力力状状态仍仍然然是是弹弹性性的的，隧隧道道围岩岩除除因因爆爆破破、地地质状状态、施施工工方方法法等等原原因因可可能能引引起起稍稍许松松弛弛掉掉块外外，是是稳定定的的，在在这种种情情况况下下，坑坑道道是是稳定定的的，原原则上上无无需需支支护，即即使使支支护也是防也是防护性