隧道力学作者李文江第8讲课件.pptVIP

* 深埋圆形洞室弹性二次应力状态 深埋圆形洞室弹塑性二次应力状态 节理岩体深埋圆形洞室的剪裂区及应力 深埋圆形隧道三次应力状态 深埋软弱围岩隧道变形特征 高地应力硬岩隧道施工力学 第四章 隧道施工力学效应 第六节 深埋软弱围岩隧道变形特征 一、变形特征的研究意义 (1)变形量级决定了预留变形量的大小； (2)掌子面前方变形形态及范围决定了超前支护的形式和参数； (3)洞周变形规律及持续时间决定了开挖方案和支护技术； (4)变形发展形态为施工动态管理提供依据。 二、空间位移总体发展规律 (1)先行变形的影响范围约为1.0倍洞跨左右； (2)先行变形占累计变形总量的比例差异较大； (3)在先行变形中，拱顶下沉较水平收敛更加显著； (4)洞周累计变形量大； (5)单线隧道水平收敛显著，双线隧道拱顶下沉相对显著； (6)掌子面挤出变形相对显著； (7)当采用台阶法施工时，拱脚变形显著。 三、掌子面挤出变形特征 挤出变形发生在掌子面表面，其几何形状大概呈轴对称(掌子面鼓出)，或在掌子面形成螺旋状突出，如图4-6-2所示。 围岩越弱掌子面挤出变形越大。 台阶法施工中，上台阶掌子面挤出变形随上断面高度的增大而增加 台阶长度的增加总体上对掌子面挤出变形影响不大，但随着围岩的变差，上台阶掌子面挤出变形随台阶长度的增加而减小的趋势逐渐明显； 上台阶掌子面挤出变形与上台阶断面洞周先行变形基本呈线性关系。 图4-6-4 掌子面内部纵向位移量测结果 图4-6-5 掌子面内部沉降量测结果 四、台阶法施工过程拱脚变形特征 (a) IV级围岩 (b) V级围岩 (c) VI级围岩 图4-6-6 不同围岩级别单线隧道典型部位变形随上台阶长度的变化规律 (a) IV级围岩 (b) V级围岩 (c) VI级围岩 图4-6-7 不同围岩级别双线隧道典型部位变形随上台阶长度的变化规律 (1)V，VI级围岩均相对显著，并且随着上台阶长度的增加，拱脚下沉在数值上越来越接近拱顶下沉 (2)拱脚沉降和水平收敛均表现突出，在实际施工中，拱脚变形控制是软弱围岩大变形控制的关键之一 (3)根据计算结果，IV级围岩可采用长台阶法施工，以便施工组织和机械化作业，而V级围岩宜采用短台阶法(上台阶长度控制在1倍洞跨以内)施工，VI级围岩应采用微台阶法(上台阶长度控制在3～5 m)施工。 台阶法施工中拱脚沉降机制 掌子面挤出效应引发上半断面整体下沉 上台阶基底承载刚度不足造成支护拱脚沉降 后续施工效应促使拱脚进一步沉降 施工技术的影响 第七节 高地应力硬岩隧道施工力学 一、高地应力及高地应力现象 (1)高地应力是一个相对的概念，是相对于围岩强度(Rb)而言的； (2) 称为极高初始地应力， 为高地应力。 表4-7-1 围岩强度应力比的分级基准 ＞4 2~4 ＜2 日本仲野分级 ＞6 4~6 ＜2 日本新奥法指南(1996) ＞7 4~7 ＜4 我国工程岩体分级基准 ＞4 2~4 ＜2 法国隧道协会 一般地应力 高地应力 极高地应力 标准类别 1、高地应力 2、高地应力现象 岩芯饼化现象 岩爆 隧道洞周围岩剥离 岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象 野外原位测试得到的岩体物理力学指标比室内试验结果高 二、隧道内岩爆的特点 (1)岩爆在未发生前并无明显的预兆，与侧壁坍塌有区别。 (2)弹射体特征：呈中厚边薄的不规则片状。 (3)岩爆发生的地点：新开挖工作面附近、也有距新开挖工作面较远处。 (4)岩爆发生的频率:随暴露后的时间延长而降低。一般16d之内，甚至数月。 三、岩爆产生的主要条件 (1)内在因素：岩性条件和地应力的大小。 (2)外在条件：施工扰动。 四、岩爆类型及规模 1、类型 (1)破裂松脱型 块状、板状、鳞片状，破裂声响微弱，弹射距离小,岩壁形成破裂坑，破裂坑的深度主要受围岩应力和强度控制。 (2)爆裂弹射型 有岩片弹射及岩粉喷射，爆裂声如同枪声，弹射岩片体积一般不超过0.33m3，直径5~10cm。洞室开挖后，一般出现片状岩石弹射、崩落或呈笋皮状的薄片剥落，岩片的弹射距离一般为2~5m。岩块多为中间厚，周边薄的菱形岩片。 (3)爆炸抛射型 岩爆发生时有巨石抛射，其声响如同