两种岩石力学理论比较—地下空间围岩压力显现及位移例解.doc

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PAGE PAGE 1 两种岩石力学理论比较 ——地下空间围岩压力显现及位移例解 1两种岩石力学理论公式对同一问题的计算 1.1地下空间及围岩条件 水平巷道荒断面R0=190cm,埋深H=350m,γ=2.25,岩石单轴抗压强度б=32.9MPa,内聚力C=5.1 MPa,内摩擦角φ=31.60,弹性模量E=1.47×105kg/cm2,泊松比μ=0.25。 1.2按外塌陷角理论系统公式计算巷道有关数据 б1=γH×350=2.25×350t/m2=78.75kg/cm2 α =450-=450-=29.20 бg=б1sinα=78.75×sin290 =78.75×0.4848=38kg/cm2 αs=arcsin = arcsin( 52×0.5/78.75)=190 бs=б1sinαs=78.75×sin190 =78.75×0.33=26 kg/cm2 бx=бg-бs=38-26=12 kg/cm2 求地下空间围岩动载荷P P=бxSs=12×190×190×3.14=1360248kg 根据公式σxSs =σgSg 求高峰压力点rg=247cm 求压力平衡点rn=269cm 做地下空间围岩动压力分布表: α r б P 19o 190 26 0 24o 207 32 6.8×105 29o 247 38 1.36×106 29o 256 32 1.36×106 29o 269 26 1.36×106 29o 500 4.4 1.36×106 29o 1000 1.0 1.36×106 29o 1690 0.3 1.36×106 29o 2190 0.2 1.36×106 29o 3000 0.1 1.36×106 做地下空间围岩动压力分布图: 根据公式σp(Rn-Rs)=σs(Rn-Rb)求无支护巷道半径缩量 (38+26)/2×(269-190)=26×(269-Rb) Rb=172cm Rδ=Rs- Rb=190-172=18cm 允许巷道围岩位移0cm,3cm,4cm,5cm求巷道支护强度 σp(Rn-Rs)=(σz+σs)(Rn-Rb) σz=32×(269-190)/(269-190)-26 =6kg/cm2 σz=6,4.8,4.5,4.1 1.3按卡斯特纳公式计算巷道有关数据 求塑性区半径 Rp=R0[] =190×[]0.454 =190×1.320.454=190×1.134=215cm 计算塑性区切向应力 бθ=Ccosφ[] (4) =52×0.8536×[-1] =44.38×2.2=98kg/cm2 计算塑性区径向应力 бr=Ccosφ[-1] = 52×0.8536× [-1] =44.38×0=0 计算弹性区切向径向应力 бθ=P0+(Ccosφ+P0sinφ) бr=P0-(Ccosφ+P0sinφ) 做地下空间围岩应力分布表: φ r бθ бr P0 31.6o 190 98 0 31.6o 207 126 9 31.6o 215 142 14 31.6o 247 79.4 78. 31.6o 256 79.4 78.1 31.6o 269 79.3 78.2 31.6o 500 78.9 78.58 31.6o 1000 78.8 78.71 31.6o 1690 78.8 78.73 31.6o 2190 78.76 78.74 78.75 做地下空间围岩应力分布图: 计算巷道围岩位移量 G==1.47×105/[2(1+0.25)] [5] =58800 U0=(P0+Ccosφ)R2p =×[1/(58800×190)](78.75+52×cos31.60)×215×215 =2.34×10-8×123×215×215 =0.13cm 计算巷道支护力 P1=(p0+Ccosφ)(1-sinφ)-Ccosφ P1=(78.75+44.38)×0.476×()7.16-44.38 =58.46×()7.16-44.38 将Rp=190,193,194,195分别代入上式得 P1=14,8,6,4。 4分析两种解题结果 4.1两种题解结果 卡斯特纳公式围岩塑性区与弹性区分界点Rp=215,切向应力142,径向应力бr=14。围岩塑性区25cm。径向应力远小于岩石黏结力,围岩没有变形的可能,与计算围岩位移结果相一致。外塌陷角理论系统围岩塑性区与弹性区分界点rn=269,动压力бs=26(始动压力、岩体黏结力),围岩塑性区79cm,巷道围岩内缩18cm。两种计算在巷道围岩显现压力、塑性区范围、围岩移动量3个方面差距极大;有2个方面大体一致——在r=

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