隧洞衬砌的荷载及衬砌结构计算.pptx

主讲人：王世儒隧洞衬砌的荷载及衬砌结构计算 《水工建筑物》Waterconservancyandhydropowerconstruction重庆水利电力职业技术学院CHONGQINGWATERRESOURCESANDELECTRICENGINEERINGCOLLEGE

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合目的：核算在设计规定的荷载组合条件下衬砌的强度，使之满足规范要求。一、荷载荷载有：山岩压力、内水压力、外水压力、衬砌自重及灌浆压力，温度荷载、地震力等。其中内水压力，自重比较明确，而他力只能进行近似计算。(一)围岩压力（山岩压力）隧洞开挖后围岩变形或塌落作用在支护上的压力。影响山岩压力大小的因素：围岩的地质条件和力学特征（强度和变形性能节理，裂隙的分布和发育情况）；初始应力，地下水，隧洞的走向，埋深和几何形状；开挖方法；衬护时间，衬护形式。

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合?1.塌落拱法（松散介质理论）（自然平衡拱法）

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合?1.塌落拱法（松散介质理论）（自然平衡拱法）式中B——洞室开挖宽度，m；fk——岩石的坚固系数，它反映岩石的坚固性.其一般数值为：砂、碎石、填土fk=0.5，致密粘土fk=1.0，软质岩石fk=2.0，中等坚固岩石fk=4.0，比较坚固的岩石fk=6.0，坚固岩石fk=10或更大；

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合?②圆弧等曲线形洞顶：（铅直山岩压力可以减少30%）当fk2时，可以不计侧向围岩压力。《水工隧洞设计规范》（SD134–84）提出，松散介质理论公式可用于按规范中围岩稳定性五级分类中的不稳定和极不稳定围岩的围岩压力计算。

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合?2．围岩压力系数法《水工隧洞设计规范》（SL279—2002）规定

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合?3．弹塑性理论法（1）

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合?3．弹塑性理论法（2）（3）

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合?3．弹塑性理论法（4）

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合?3．弹塑性理论法

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合由于工程地质、水文地质条件的复杂性，围岩压力不可能用一种理论公式予以概括。为此，需要根据工程经验，对不同围岩采用不同的方法估算围岩压力。4．设计中对围岩压力的考虑★对于地质条件好，开挖宽度不大且能自身维持稳定的坚固完整或仅有少量密闭裂隙的岩体，可以不考虑围岩压力。★对有明显的构造断裂或节理裂隙切割的岩体，可用块体平衡法估计可能塌落的岩块以计算围岩压力。在洞室开挖前可采用围岩压力系数法估算围岩压力。★对于松软碎裂的岩体，可采用塌落拱法确定围岩压力。★对于重要而围岩条件又复杂的工程，最好能进行现场实测以确定围岩压力。

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合1.弹性抗力（二）围岩的弹性抗力当衬砌承受荷载向围岩方向变形时，将受到围岩的抵抗，这个抵抗力叫弹性抗力。弹性抗力的大小和性质与工程地质条件有密切的关系：坚固完整的岩石，弹性抗力大；围岩软弱破碎，弹性抗力小，甚至不能利用。为了减少山岩压力，有效地利用弹性抗力，常对围岩进行灌浆加固，并填实衬砌与围岩间的空隙，以保证衬砌与围岩紧密相接。

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合2.计算?

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合2.计算?

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合(3)考虑弹性抗力①有压洞：围岩厚度大于隧洞开挖直径的3倍。在内水压力作用下不致产生滑动和抬动。衬砌和围岩的空隙，必须回填结实。围岩厚度大于内水压力水头的0.4倍。②无压隧洞：弹性抗力只存在于衬砌变位向着围岩的部分，而不产生于背着围岩部分，因此，它在外周的分布形成，随着衬砌的不同而不同。

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合（三）内水压力及外水压力⑴无压隧洞:只要算出洞内的水面曲线，即可确定内水压力。⑵有压隧洞:内水压力式有压隧洞中的重要荷载，常对衬砌的计算起控制作用。为了使计算简单，可将有压隧洞中的内水压力分解为两部分：均匀内水压力+非均匀无水头满水压力有压引水发电隧洞：内水压力=全水头+水击引起的压力增值。

7.5水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合2.外水压力（地下水压力）外水压力是地下水头引起的，规范规定：是作用在衬砌外表的边界力。外水压力:对无压隧洞径常引起控制作用对有压隧洞径则对内水压力有抵消的作用。地下渗流的情况十分复杂，影响因素也多，准确值无法确定，常用的方法：⑴规范：