第三章 围岩压力.ppt

* * * * * * * * * * * * 2008-3-4 * * * * * * * * * * * * * * ● 间接量测：利用量测隧道衬砌的应变、变形来推算作用在其上的围岩压力的方法，即间接量测法。如电阻应变片、钢筋应变计、遥测应变计、混凝土应变砖等 地下建筑结构除了岩土层压力、结构自重和弹性抗力等荷载外，还可能遇到其他形式的荷载，如灌浆压力、混凝土收缩应力、地下静水压力、温差应力及地震荷载等，这些荷载的计算可参阅有关文献。 其他荷载 隧道结构体系的计算模型 计算模型的如何建立？ 隧道结构计算如何简化？ 不同简化计算结果差异大！ 目前采用的地下结构设计常用方法可以归纳为以下3种设计模型： 以工程类比为主的经验设计法； 荷载—结构模型方法 岩体力学模型方法，包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单元法。 从各国的地下结构设计实践看，目前主要采用两类计算模型： ● 一类是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载同时考虑其对支护结构的变形约束作用的模型，即结构力学模型，又称为荷载－结构模型； ● 另一类则相反，视围岩为承载主体，支护结构则为约束围岩变形的模型 ，即岩体力学模型或称为围岩（地层）—结构模型。 天府广场地下综合体三维实体模型 近接上下交叉隧道整体三维模型 上部管线隧道 下部贯穿隧道 侧开窗洞门 基坑开挖后初始模型 计算5000步 计算25000步 计算5000步 计算25000 盾构开挖初始模型 基坑开挖后初始模型 破坏 谢 谢 * * * * * * * * * * * * * * * * * 三、围岩松动压力的形成和确定方法 (一)围岩松动压力的形成 深埋坑道开挖后围岩由变形到坍塌成拱的整个变形过程，称为围岩的成拱作用。在成拱过程中形成的相对稳定的拱形坍腔结构，成为自然拱或坍落拱。而坍腔内坍落的岩土形成松动压力的荷载来源。 围岩松散压力的产生过程 ⑴ 隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中，顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹，可视为变形阶段； ⑵ 顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结构面切割等原因，逐渐转变为松动，可视为松动阶段； ⑶ 顶板岩体视其强度的不同而逐步坍塌，可视为坍塌阶段； ⑷ 顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面形成一近似的拱形，可视为成拱阶段。 (c) (d) (a) (b) 变形阶段 松动阶段 塌落阶段 成拱阶段 自然拱 自然拱范围的大小除了受上述的围岩地质条件、支护结构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态等因素影响外，还取决于以下诸因素： 隧道的形状和尺寸； 隧道的埋深； 施工因素。 ① 深、浅埋隧道的判定原则 隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法不同，应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。 ● 深埋隧道围岩松散压力值是以施工坍方平均高度(等效荷载高度值)为根据，为了形成此高度值，隧道上覆岩体就有一定的厚度。根据经验，这个深度通常为2～2.5倍的坍方平均高度值 ① 深、浅埋隧道的判定原则 Hp＝（2～2.5）hq 式中:Hp—深浅埋隧道分界深度; hq—荷载等效高度，按下式计算： hq＝q/γ q—深埋隧道竖向均布压力 kN／m2； γ — 围岩容重（kN／m2）。 在矿山法施工的条件下 I一III级围岩取 Hp＝2hq IV～VI级围岩取 Hp＝2.5hq 当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋， H＜Hp时为浅埋 H＜hq时为超浅埋 (二)确定围岩松动压力的方法 围岩压力的确定目前常用有下列三种方法： ● 直接量测法 ● 经验法或工程类比法 ● 理论估算法 ● 直接量测法： 是一种切合实际的方法，对隧道工程而言，也是研究发展的方向；但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍常用。 接触压力量测布置图 ● 经验法或工程类比法： 是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的方法。是目前使用较多的方法。 ● 理论估算法：是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素多，企图建立一种完善的和适合各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的。