岩石力学---第10章地下硐室围岩应力计算及稳定性分析.pptVIP

重庆交通大学土木建筑学院隧道及岩土工程系 第 八 章 地下洞室围岩应力计算及稳定性分析 本章内容 关键术语 §8-1 概 述 本节采用弹性理论计算坑道围岩应力及其分布 此节主要讨论无内压坑道围岩应力分布 一、圆形洞室围岩应力计算 不同的λ下，坑道周边切向应力σθ 的分布： 不同的λ下，坑道周边切向应力σθ 的分布： 二、椭圆形坑道周边应力分布 例： λ＝1/4条件下，不同轴比m对应的顶底板和两帮中点处的σθ： 三、矩形洞室围岩应力分布 例：不同λ和不同轴比m下，矩形坑道周边顶底板和两帮中点处的σθ： 四、各种洞形围岩分布的共同特点： 四、各种洞形围岩分布的共同特点： 五、水平洞室围岩稳定性演算 2、无衬砌有压隧洞围岩附加应力 在r=a（洞周边）： 二、有衬砌隧洞围岩与衬砌的应力计算 B、内压分配法求围岩应力 B、内压分配法求围岩应力 2 有裂隙围岩 3 无裂隙围岩 §8-4 围岩的变形与破坏分析 地下开挖后，岩体中形成一个自由变形空间，使原来处于挤压状态的围岩，由于失去了支撑而发生向洞内松胀变形；如果这种变形超过了围岩本身所能承受的能力，则围岩就要发生破坏，并从母岩中脱落形成坍塌、滑动或岩爆，称前者为变形，后者为破坏。 一、各类结构围岩的变形破坏特点 1、整体状和块状岩体围岩 岩体具有很高的力学强度和抗变形能力，主要结构面是节理，很少有断层，含有少量的裂隙水。 在力学属性上可视为均质、各向同性、连续的线弹性介质，应力应变呈近似直线关系。 围岩具有很好的自稳能力，其变形破坏形式主要有岩爆、脆性开裂及块体滑移等。 这类围岩的整体变形破坏可用弹性理论分析，局部块体滑移可用块体极限平衡理论来分析。 岩爆是高地应力地区，由于洞壁围岩中应力高度集中，使围岩产生突发性变形破坏的现象。 脆性开裂出现在拉应力集中部位。 块体滑移是块状岩体常见的破坏形成。它是以结构面切割而成的不稳定块体滑出的形式出现。其破坏规模与形态受结构面的分布、组合形式及其与开挖面的相对关系控制。 2、层状岩体围岩 常呈软硬岩层相间的互层形式。 结构面以层理面为主，并有层间错动及泥化夹层等软弱结构面发育。 变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等控制，破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。 变形破坏常可用弹性梁、弹性板或材料力学中的压杆平衡理论来分析。 在水平层状围岩中，洞顶岩层可视为两端固定的板梁，在顶板压力下，将产生下沉弯曲、开裂。 在倾斜层状围岩中，沿倾斜方向一侧岩层弯曲塌落。另一侧边墙岩块滑移，形成不对称的塌落拱。 在直立层状围岩中，当天然应力比值系数λ＜1/3时，洞顶发生沿层面纵向拉裂，被拉断塌落。侧墙因压力平行于层面，发生纵向弯折内鼓，危及洞顶安全。 3、碎裂状岩体围岩 碎裂岩体是指断层、褶曲、岩脉穿插挤压和风化破碎加次生夹泥的岩体。 变形破坏形式常表现为塌方和滑动。 用松散介质极限平衡理论来分析。 4、散体状岩体围岩 散体状岩体是指强烈构造破碎、强烈风化的岩体。常表现为弹塑性、塑性或流变性。 围岩结构均匀时，以拱顶冒落为主。当围岩结构不均匀或松动岩体仅构成局部围岩时，常表现为局部塌方、塑性挤入及滑动等变形破坏形式。 可用松散介质极限平衡理论配合流变理论来分析。 围岩的变形破坏是渐进式逐次发展的。 开挖--应力调整--变形、局部破坏--再次调整 --再次变形--较大范围破坏 根据莫尔－库伦准则，围岩破坏条件： 由图（a)可得： 二、围岩位移计算 静水压力式天然应力 在σh＝σv＝σ0的天然应力状态中，洞壁仅产生径向位移，而无环向位移。 同理有： 三、围岩破坏区范围的确定方法 破坏圈厚度 破坏圈厚度 在夹泥少、以岩块刚性接触为主的碎裂围岩中，不易大规模塌方。 围岩中含泥量很高时，由于岩块间不是刚性接触，易产生大规模塌方或塑性挤入 围岩的变形破坏过程 分析围岩变形破坏时，应抓住其变形破坏的始发点和发生连锁反应的关键点，预测变形破坏逐次发展及迁移的规律。在围岩变形破坏的早期就加以处理，这样才能有效地控制围岩变形，确保围岩的稳定性。 剪切破坏 下面以剪切破坏为例讨论围岩的破坏。 坑道周边围岩的破坏条件： 破坏面与最大主平面夹角为： 以圆形坑道为例，讨论轴对称情况下的围岩破坏方式。 如图所示：在λ=1的原岩应力状态下，圆形巷道周边各处破坏机会均等，形成环形剪切破坏区。 当极角由ρ变到θ时，极径由a变到r，进行积分： 上式为剪切破坏面迹线方程。 当θ＝900时，剪切破坏迹线与巷道断面垂直轴相交，这时形成最大剪切体。 (8－24) 即： 得： 如图所示：在λ1的原岩应力状态下，剪切破坏面发展趋势，破坏起始角为ρ。 当周边围岩发生剪切破坏时，σθ=σc,则有： 于是得到： 破坏起始角ρ： ρ ＝θ 和ρ