第五章 地下坑洞.pptVIP

为计算点以上覆盖岩层的加权平均容重 在有构造应力存在的情况下，原岩应力的两个水平应力分量一般不相等。这时，可用基尔希公式计算围岩径向应力和切向应力，而铅垂应力仍按自重应力计算，即 式中q1、q2 为原岩水平应力分量；θ为从q1 起算的计算点所处的半径方向的幅角。 5.4.2 竖井围岩稳定性评价 考虑竖井井筒穿过表土层和基岩层。 一、表土的稳定性评价 表土(surface soil )层的物理力学性质的主要特点是强度低，水理性差，开挖后出现了临空面，表土干燥时有一定的自立能力，浸水后极易垮塌，饱水状态还具有流动特性。 1、特征 2、强度条件： 库仑强度理论 滑动土体是一个空心圆锥体。 二、基岩的稳定性评价 1、自重应力场中 假定岩体均质、连续、各向同性。 利用周边围岩应力状态来进行围岩稳定性评价。 hcr为围岩开始发生破坏的深度，叫临界深度。 说明： 对于某个计算岩层来说，其临界深度以上岩体不破坏，而临界深度以下岩层破坏；但不能作为其他岩层破坏的依据。 hcr与具体某个计算岩层对应。每个岩层均需计算。 2）在有构造应力作用的应力场中 假设最大主应力和最小主应力均为水平方向。 当q2/q11/3时，A，B出现拉应力，当拉应力达到抗拉强度时，A、B点出现拉伸破坏； 当q2/q13时，C、D点出现拉应力，与前相反； 当1/3 = q2/q1 = 3，且应力足够大时（由基尔希公式计算），将产生剪切破坏（q2 q1时，在A、B壁；q2q1时，在C、D壁） 5.4.3 竖井井壁压力计算 一、表土层中井壁压力计算 1、表土中井壁压力的显现形式 空心圆锥形土体下滑对衬砌的水平分布压力 膨胀土体对衬砌的膨胀压力： 膨胀性物质遇水（蒙脱石）、冻胀 流动性土体压力： 流砂等流动土 解之得， ——破坏面起始角。 式中， 因各处切向应力相等，会以生共轭剪切破坏面，形成环形剪切区。 剪切面起始 为某一定值： 得 由 （切应力达到强度值） 令 最大剪切体水平长度为： （3）讨论: 在两帮附近应力较大，在两帮可能出现剪切滑移体破坏，而在顶底板可能出现拉伸破坏 在顶底板附近应力较大，在顶底板可能出现剪切滑移体破坏，而在两帮可能出现拉伸破坏 L 值为喷锚支护参数算设计提供了依据 3、围岩应力分析 讨论有支护作用的坑道围岩产生塑性变形的情况下，围岩应力分布状态及变形区域划分。 1）力学模型 设原岩应力为静水压力状态，其值为p0，支架反力为pi，坑道半径为ａ，塑性区半径为R0，假定坑道围岩产生塑性区后，仍然连续。 塑性区：内径为ａ，外径为 R0 ，内压力为pi，外压力为 。 弹性区；内径为R0，外径为无穷大，内压为 ，外压为p0。 弹性区可作为厚壁筒问题处理，而塑性区则按围岩平衡考虑。 2）塑性区内的应力 由平衡条件，沿单元体径向方向上所有力之合力为零，即 即： （1） 由莫尔-库仑强度条件（塑性区各点应满足之塑性条件） （2） 将（2）代入（1）得 （3） 将（3）代入（2）得 （4） 3）弹性区内的应力 由如下拉密的解答（前已述及） 按厚壁圆筒求解。内径R0，外径为∞，外压力为p0，内压为 a pi pa p0 令 ∞ 得到： （6） （7） （5） （8） （9） 4）塑性区半径 由弹性区和塑性区交处的径向应力相等，得 （10） 表示了支架反力与塑性区半径之间的关系，pi大，R0小，反之亦然。 5）围岩应力分布特征 6）松驰区半径 由塑性区内切向应力等于原岩应力p0求得 松驰半径可作为锚杆支护设计的依据。 4、围岩压力及围岩与支护相互作用原理 围岩变形达到稳定时，围岩对支护结构的作用力叫围岩压力，它与支护的抗力相等。将（10）式改写成下面形式 （11） 可见支护所受的变形压力随塑性区半径而变化。 1）围岩压力计算 根据变形协调条件和塑性区体积不变的假定，可由（11）式导出围岩位移与支护反力之间的关系， 式中，ua—坑道周边的径向位移； ——围岩特性曲线 （12） 对于封闭式支护，可把支架看作一个受轴对称变形压力的厚壁圆筒。设支架所受围岩变形所产生的压力为P0，支架内半径为ri ，支护材料的弹模为Ec，泊桑比为 ，支护外表面径向位移为 ，则可以导出支护所受压力与支护位移之间的关系。 式中 kc 为支架刚度系数。 根据厚壁筒公式，在只有外压而无内压的情况下，支架内某点的应力为 （13） 并且有 将(a)、(b)式代入(c)式，可求得在支架外周边的径向位移为： 由此式可得 在实际施工中，架设支架时，坑道周边围岩已释放了一个位移 ；架设支架后，围岩与支架达到平衡时，支架变形为 ，此时，坑道周边产生的总位移为