隧道力学作者李文江第15讲课件.pptVIP

* 围岩变形机理与失稳模式 隧道稳定性判别及施工位移管理 软弱围岩稳定性判别技术 基于屈曲原理的支护结构稳定性判别技术 软弱围岩稳定性位移管理基准 第八章 隧道稳定性分析 第四节 软弱围岩稳定性位移判别技术 一、围岩稳定极限状态的判别原理 岩土材料从受力到破坏经历的3个阶段 弹性、塑性与破坏 岩土结构破坏的宏观表现 结构整体不能继续承受荷载，外加荷载不能继续提高； 破坏点连通形成整体的破坏面，沿破坏面两侧发生显著的、较大规模的相对移动，因而破坏面上会有应变和位移的突变，此时结构体变成流动、松散体。 隧道围岩稳定极限状态判别原理 可将隧道开挖后，周边围岩的位移或塑性应变发生突变时的状态定义为未支护隧道围岩的极限状态，相应隧道位移为围岩极限位移。 二、极限状态的宏观特征解译 图8-12 洞周变形随地应力释放系数的变化规律 图8-13 洞周变形增量随地应力释放率的变化规律 图8-14 围岩变形协调系数随地应力释放率的变化规律 三、极限位移结果 表8-10 不同工况单线隧道极限位移(mm) 593.7 473.4 436.8 308.8 123.9 水平收敛 340.8 273.5 240.5 162.0 75.1 拱顶下沉 Ⅵ 178.1 136.3 122.8 69.5 31.3 水平收敛 118.2 92.5 79.3 47.7 22.5 拱顶下沉 Ⅴ 28.1 21.8 15.0 6.6 4.4 水平收敛 31.4 24.9 18.1 7.6 6.2 拱顶下沉 Ⅳ 500 400 300 200 100 埋深/m 变形性质 围岩级别 注：表中下划线部分表示无塑性流动变形发生，其值为稳定后最终计算结果。 表8-11 不同工况双线隧道极限位移(mm) 616.7 498.9 489.0 402.9 155.5 水平收敛 463.0 374.3 328.8 255.6 114.8 拱顶下沉 Ⅵ 196.4 149.3 134.1 101.6 37.0 水平收敛 165.1 129.9 109.7 80.4 35.5 拱顶下沉 Ⅴ 26.9 20.6 13.8 8.4 4.1 水平收敛 45.1 35.9 26.8 18.1 10.0 拱顶下沉 Ⅳ 500 400 300 200 100 埋深/m 变形性质 围岩级别 注：表中下划线部分表示无塑性流动变形发生，其值为稳定后最终计算结果。 第五节 软弱围岩隧道支护结构稳定性判别技术 (1)结构刚度大，存在自身承载特性，不宜简单视为承载薄膜。 (2)拱形偏压构件、多次超静定。 (3)允许带裂缝工作。 (4)深埋或地应力较高时存在整体失稳的可能。 一、软弱围岩隧道支护结构特点 二、拱形结构屈曲模型 图8-17 圆拱屈曲模型 三、隧道支护结构屈曲模型的概化 支护结构构成 (1)混凝土喷层； (2)钢架； (3)锚杆。 计算模型——结构荷载模型 (1)混凝土喷层采用壳单元模拟 (2)钢架采用梁单元模拟 (3)围岩抗力和锚杆约束均采用弹簧单元模拟。 四、隧道初期支护结构失稳模态 (a)第一种模态 (b)第二种模态 (c)第三种模态 图8-21 特征值屈曲模态 图8-22 隧道支护结构极限状态塑性区分布 五、支护结构极限承载力 表8-12 单线隧道锚杆抗力为100MPa/m条件下结构临界荷载（MPa） - - - 1.13 1.24 1.13 0.55 0.59 0.54 0.7 1.02 1.05 1.01 0.77 0.9 0.74 0.52 0.56 0.52 0.6 - - - 0.44 0.48 0.42 0.39 0.46 0.37 0.5 - - - - - - 0.33 0.35 0.32 0.3 模态3 模态2 模态1 模态3 模态2 模态1 模态3 模态2 模态1 H175型钢混凝土初支模态形式 工20型钢混凝土初支模态形式 素混凝土模态形式 侧压力系数 表8-13 单线隧道工字钢混凝土初支不同锚杆抗力条件下临界荷载（MPa） 1.34 1.28 1.28 0.97 0.9 0.74 0.49 0.43 0.6 模态2 模态1 模态2 模态1 模态2 模态1 模态2 模态1 R=200MPa/m R=150MPa/m R=100MPa/m R=50MPa/m 侧压力系数 表8-14 双线隧道工字钢架初支不同锚杆抗力条件下临界荷载（MPa） 1.12 1.07 0.92 0.88 0.75 0.91 0.90 0.90 0.83 0.5 模态2 模态1 模态2 模态1 R=100MPa/m R=50MPa/m 侧压力系数 表8-15 双线隧道工字钢架初支与H型钢初支承载力对比（MPa） 0.