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第五章 岩体天然应力与洞室围岩的应力分布Chapter 5 Earth stress and stress distribution of Tunnel Surrounding Rock §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.1 概述 §5.2 岩体中的地应力分布 §5.2 岩体中的地应力分布 §5.2 岩体中的地应力分布 §5.2 岩体中的地应力分布 §5.2 岩体中的地应力分布 §5.2 岩体中的地应力分布 §5.2 岩体中的地应力分布 §5.2 岩体中的地应力分布 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.3 岩体地应力的量测 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 §5.4 水平洞室围岩的应力计算 5.4.1 室内量测 声发射法(Acoustic Emission，简称AE法)是以岩石试件的声发射凯赛(Kaiser)效应对岩石已受过的最大应力的记忆为基础，用钻孔岩芯制成试件，由实验测定原地应力的方法。其特点是不需在野外作业，不破坏钻孔结构，仅需钻孔岩芯就可进行地应力测量。可广泛应用于油气田开采、地热能开发、矿山、水电、核废料处理等工程中的深部应力测量。 岩石同金属材料一样压缩时具有声发射的凯塞效应，在室内对岩心试样进行压缩试验，声发射活动最显著的地方（称为Kaiser点）所对应的外加压应力即为试验先前所受到的最大正应力。 工程应用： 关心的洞室的二次应力（重分布应力）＝初始应力+洞室的开挖附加应力洞室强度复核 围岩是否稳定 在前面介绍了岩体地应力的形成与量测方法。 5.4.1 圆形洞室 简化 5.4.1 圆形洞室 初始地应力 K0＝0、1/3、1 5.4.1 圆形洞室 当洞室埋深H＞30，近似认为洞顶～洞底σz近似相等，侧压为均布，对于圆形洞室可简化“无限平板中含圆孔+外部均布面力”。借用弹性理论： 5.4.1 圆形洞室 讨论： 10 Case 1 5.4.1 圆形洞室 讨论： 20 Case 2 a. 围岩中的径向应力均小于岩体中的初始应力γH b. 围岩中的切向应力均大于岩体中的初始应力 γH，并在洞壁处达到最大2γH； c. 若令r＝6r0代入，则σr /σθ ≈1.028γH 5.4.1 圆形洞室 讨论： 30 Case 3 最好直接由（5-14）计算或查有关手册、图表。 5.4.2 椭圆洞室 5.4.2 椭圆洞室 设椭圆长半轴 ，短半轴 ， --椭圆偏心角。由弹性理论推导出椭圆上P点切向应力： 5.4.2 椭圆洞室 讨论： 10 Case1 :令 (洞顶) 洞顶受拉； 洞顶受压； 5.4.2 椭圆洞室 讨论： 20 Case2 :令 (拱腰) 拱腰受拉； 拱腰受压； * * 学习内容→ 垂直应力与水平地应力的特征，自重应力与海姆假说，岩体天然应力与地下、地面工程的关系和影响，应力解除法、恢复法、破裂法。 学习对象→ 岩石应力场、垂直应力、水平地应力、海姆假说以及岩体应力测量。 学习目的→ 理解和掌握有关概念，特别是掌握应力解除法、恢复法、破裂法。掌握垂直应力与水平地应力的特征，自重应力与海姆假说等。 学习提示Learning Hints 5.1.1 概念 天然应力 指在天然状态下,岩体内部存在的应力，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力 （构成：自重应力+构造应力+…）。 由于人类活动（工程开挖，修建建筑物）影响一定范围的天然应力，这种岩体被挠动后的应力称为“重分布应力”或“二次应力” 地下洞室二次应力＝天然应力+开挖附加应力。 二次应力 5.1.1 概念 5.1.1 概念 5.1.1 概念