岩体力学-第六章 地下坑硐.PPT.ppt

松散体力学分析方法 普氏平衡理论：基于自然平衡拱的存在而建立的方法。 该需要假定拱形状曲线，如抛物线，双曲线等等 拱线圈内的岩体满足静力平衡条件和摩尔－库仑破坏条件 太沙基理论：在自重应力作用下，坑道两帮发生剪切破坏，形成直达地表的倾斜破坏面，引起坑道上方垂直岩柱体下沉，导致形成垂直破裂面。也叫谷仓理论。 适合于软弱破坏岩体以及土体。 坑道支护及监测技术 坑道围岩与支护组合结构：坑道围岩与支护组成一个承载结构，相互作用，共同承担原岩应力，并维持自身的稳定。 支护的力学作用原理是设计支护的基础，围岩压力，应力，变形和移动的测量，是设计支护和检验支护效果和可靠性的依据。 支护类型和力学作用： 离壁式支护：木支架，钢支架，混凝土砌碹以及钢筋混凝土支架很难与围岩紧密结合，支架与围岩一般只有部分点接触和部分面接触。承受围岩的变形压力或松脱压力。 喷锚支护：喷射混凝土使得裂隙和结构体重新粘接起来，起到了良好的加固作用，提高了表面围岩的整体性和强度；同时改善围岩应力状态，由二维应力状态变为三维应力状态。 坑道支护及监测技术 支护类型和力学作用： 锚杆支护：按锚杆的受力状态分端部锚固式锚杆和全长锚固式锚杆 端部锚固式锚杆：楔缝式、胀壳式和倒楔式锚杆都是将锚杆前端锚固在稳固围岩中，后端加垫板和螺帽，达到加固效果。 全长锚固式锚杆：砂浆锚杆和摩擦式锚杆，锚杆全长与孔壁围岩之间具有粘接力和摩擦力。没有预应力，靠砂浆粘接力或锚杆与孔壁的摩擦力加固围岩。 坑道支护及监测技术 支护类型和力学作用： 悬吊作用：在块状结构岩体中，坑道开挖后，在顶板或洞壁往往出现危险结构体，可用锚杆群将其悬吊在稳固岩层上。 组合作用：层状结构中，锚杆如同连接螺栓，将薄岩层组合成厚梁，加之锚杆的拉剪作用销子作用，增大其抗弯刚度和承压能力。称为组合作用。 挤压加固作用：在碎裂结构岩体中，以一定方式布置预应力锚杆群，各锚杆的预应力在锚杆两端产生一个锥形压缩区，连接起来。两端锥形压缩区之间岩体收到挤压，形成一个挤压加固带。 喷锚联合支护：是软弱破碎岩体中一种最有效的支护方式。具有主动加固围岩，充分发挥围岩的自支承能力，良好的抗震性能等优点。 围岩压力测量：弦测法和扁千斤顶法 弦测法：(钢弦压力盒和频率仪）是一个广泛使用的测量方法。 扁千斤顶法又称压力枕。扁千斤顶埋设后将测的油压和率定曲线对比，直接求得压力。 围岩应力测量:光应力测量法和空腔包体三轴应变计测量法 围岩变形和位移测量:围岩表面相对位移、围岩内部位移 围岩表面相对位移：收敛测量(钢尺重锤型，弹簧张力型，钢丝扭矩平衡型) 围岩内部位移:钻孔多点位移计测量。 岩层移动 喷锚支护测量 锚杆拉拔抗力测量:直接测量法，电阻测量法 锚杆轴向力测量: 全部粘附世锚杆轴向力,预应力端部锚固式锚杆轴向力测量 喷锚混凝土层与岩石粘结力测量(抗拉强度):劈裂法和拉拔试验法 喷锚混凝土层切线和径向应力测量：位移计，压力盒和压力枕。 竖井 竖井围岩与支护组成一种直立的承受水平压力的承载结构，其稳定性与表土和基岩的力学性质，原岩应力，以及岩体构造有密切关系。 竖井围岩应力分布： 自重应力场中竖井围岩应力 构造应力场中竖井围岩应力 竖井围岩稳定性评价：采用摩尔－库仑定理 表土：井筒土体破坏为圆锥面 基岩：原岩应力导致围岩破坏形式是螺旋线型或共轭剪切型；井筒附近断层可能会导致岩爆发生。斜截断层可能导致竖井失稳，层理控制移动角，可能导致竖井岩体移动。 竖井井壁压力计算 表层土中井壁压力通常有三种表现型式：井筒附近土体抗剪力不能抵抗上部土层压力及自身压力所引起的沿某一圆锥面的剪切力，形成空心圆锥土体下滑，作用在衬砌上的一个水平分布力；土体中蒙脱石等膨胀性矿物含量高，遇水膨胀或冻胀，产生对衬砌压力； 流砂等流动性土体对井壁产生压力。 平面挡土墙计算方法；空心圆柱体挡土墙计算方法；悬浮体计算方法（地下水位以下，采用有效应力的方法） 平面挡土墙计算方法 空心圆柱体挡土墙计算方法 动土压力计算 基岩中井壁压力计算：可以采用别列赞采夫公式计算基岩破坏层对井壁的压力 2008/10 中南大学 资源与安全工程学院 第六章　地下坑硐 *岩体力学　 第六章　地下坑硐 地下坑硐：隧道，巷道和竖井统称为地下坑硐，是一种有围岩及支护结构组成的岩体工程结构 地下坑道：隧道和巷道的力学问题相同，统称为地下坑道。 地下坑硐的稳性性问题：是一个重要的研究内容，满足最大应力和位移小于所允许最大应力和最大位移。 第六章　地下坑硐 围岩和次生应力场：在岩体中的各种坑道，开挖打破了岩体原始应力平衡状态，在其周围一定范围内的岩体中发生应力重分布，通常将这部分岩体叫围岩。围岩中的应力场叫次生应力场。 应力重分布：从原岩应力到新的平衡应力的过程叫应力重分布，经应力重分