PPT地下结构设计原理与方法10

地下结结构设设计原原理与与方法法做你该该做的的事情情，不要问问结果果如何何。英国诗诗人赫赫伯特特地下结结构设设计原原理与与方法法第五五章章岩岩体体力力学学方方法法主要要对对锚锚喷喷支支护护进进行行设设计计计算算模模型型：：地层层—结构构模模式式，即即结结构构处处于于无无限限或半半无无限限介介质质中中，，支支护护结结构构镶镶嵌嵌在在围围岩岩空空洞洞上上（（相相当于于加加劲劲环环））所所组组成成的的复复合合模模式式。。此此模模式式中中，，支支护护结构构与与围围岩岩相相互互作作用用，，组组成成一一个个共共同同承承载载体体系系，，其其中围围岩岩为为主主要要的的承承载载结结构构。。将衬衬砌砌结结构构，，回回填填层层及及围围岩岩视视为为一一个个在在外外荷荷载载作用用下下互互相相制制约约的的受受力力变变形形体体系系—地层层-结构构模模式式-整体体分分析析模模式式。。荷载载-结构构模模式式将将支支护护结结构构与与围围岩岩““分分割割””开开来，，即即把把围围岩岩视视为为产产生生荷荷载载，，而而支支护护结结构构（（衬衬砌））则则承承受受围围岩岩产产生生的的荷荷载载，，这这是是不不尽尽合合理理的的，，地下下结结构构设设计计原原理理与与方方法法例如如，，在在无无支支护护坑坑道道中中，，坑坑道道围围岩岩本本身身就就是是承承载结结构构，，其其工工作作状状态态接接近近于于半半无无限限或或无无限限介介质质中中的的孔洞洞。。“新新奥奥法法””的的根根本本点点就就是是充充分分调调动动围围岩岩自自身身承承受受荷荷载的的积积极极性性，，或或者者说说充充分分利利用用围围岩岩自自身身承承受受荷荷载载的的能力力。。支护护结结构构与与围围岩岩的的相相互互作作用用与与下下列列因因素素有有关关：：①岩体体的的初初始始应应力力状状态态②岩体体的的特特性性③支护护结结构构的的特特性性④支护护结结构构与与围围岩岩的的接接触触条条件件⑤支护护结结构构参参与与工工作作的的时时间间⑥施工工技技术术此模模式式的的求求解解方方法法主主要要有有数数值值法法、、剪剪切切滑滑移移破破坏坏法和和特特征征曲曲线线法法。。地下下结结构构设设计计原原理理与与方方法法§5.1数值值法法有限限单单元元法法，，取取6～10倍洞洞径径范范围围进进行行分分析析。。可简简化化为为平平面面应应变变问问题题，，各各向向同同性性的的均均质质弹弹性性体。。单元元类类型型：：三三角角形形、、四四变变形形、、回回填填的的弹弹簧簧单单元、、毛毛感感的的梁梁单单元元、、防防水水层层的的节节理理单单元元、、衬衬砌砌梁单单元元各各种种体体单单元元。。地下下结结构构设设计计原原理理与与方方法法§5.2剪切切滑滑移移破破坏坏法法60年代代初初，，奥奥地地利利的的拉拉布布塞塞维维奇奇教教授授，，首首先先提提出出了了剪剪切切滑滑移移破破坏坏理理论论，，指指出出锚锚喷喷柔柔性性支支护护破破坏坏形态态主主要要是是剪剪切切破破坏坏而而不不是是挠挠曲曲破破坏坏，，且且在在剪剪切切破破坏前前没没有有出出现现挠挠曲曲开开裂裂。。一、、剪剪切切滑滑移移体体的的形形成成当垂垂直直荷荷载载大大于于侧侧向向荷荷载载时时形形成成暂暂时时稳稳定定的的垂垂直直椭椭圆圆形形洞洞室室，，反反之之则则形形成成水水平平椭椭圆圆形形洞洞室室。。剪切切滑滑移移体体一一定定位位于于塑塑性性范范围围内内。。剪切切滑滑移移面面与与最最大大主主应应力力轨轨迹迹线线承承45°°-（是是围围岩岩的的内内摩摩擦擦角角）），，计计为为：：地下下结结构构设设计计原原理理与与方方法法设在在剪剪切切滑滑移移线线上上任任取取一一点点i，该点点处处的的半半径径为为r，与垂垂直直轴轴的的夹夹角角为为，，当当增增加加一一个个时时，，r的增增量量为为，，由由于于和和值值很很小小，，近近似似求求得得：：积分分：：得故：：可见见剪剪切切滑滑移移体体为为一一对对对对数数螺螺旋旋线线组组成成，，，，其其曲曲线线方方程程式式为为：：为阻阻止止剪剪切切滑滑移移体体向向坑坑道道内内滑滑移移，，需需修修筑筑锚锚喷喷支护护以以稳稳定定坑坑道道。。地下下结结构构设设计计原原理理与与方方法法二、剪切切滑移破破坏法的的计算锚喷支护护所提供供的支护护抗力必必须与剪剪切滑移移体的滑滑移力相相平衡，，即总支支护抗力力：为阻止剪剪切滑移移体滑移移所需要要的最小小支护抗抗力值。确定的的途途径有：：①由现场实实测的塑塑性区半半径r求（按重重力平衡衡条件求））；；②根据坑道道周边的的允许位位移值求求；；③实地量测形变变压力作为；；④根据围岩特征征曲线求。。假定P的作用方向为为水平方向地下结构设计计原理与方法法⒈喷砼提供的支支护抗力值喷砼抗力是指指沿剪切面喷喷层所提供的的平均分配在剪切区高度度b上的抗剪力。。剪切滑移体向向坑道方向移移动时对喷层层产生水平推力，此时，，如喷层强度度不足，则在在剪切滑移体体的上下边缘处（（应力集中区区）形成两个个剪切滑移面面。当处于受力极极限平衡时，，其水平推力力与两个剪切切面上的水平抗剪剪分力相平衡衡，即：而地下结构设计计原理与方法法故式中为为喷砼层的厚厚度为喷砼抗剪强强度，取（为为抗压强度））为喷砼的剪切切角，取=30°b为剪切区高度度为剪切滑移面面的平均倾角角，，，,为岩体内摩擦擦角地下结构设计计原理与方法法⒉钢支撑提供的的支护抗力值值计算时可换算算成相应的喷喷混泥土支护护抗力，即：：式中每每米米隧道钢材的的当量面积钢材的抗剪强强度，一般取取（或=15）钢材的允许抗抗拉强度钢材的剪切角角，一般取=45°地下结构设计计原理与方法法⒊锚杆提供的支支护抗力值锚杆的受力破破坏有两种情情况：⑴锚杆体本身的的强度不足而而被拉断。此此时锚杆提供的平均径径向支护抗力力为为：式中F锚杆的断面积积锚杆的抗拉强强度锚杆纵向及横横向间距⑵锚杆的粘结破破坏，即砂浆浆锚杆与锚杆杆孔壁之间粘结力不足足而破坏。此此时锚杆提供供的平均径向向支护抗力为为：：式中，S为锚杆拉拔力力，由锚杆拉拉拔试验求得得地下结构设计计原理与方法法对于的的取值值，在围岩好好时取第一种种情况，否则则取第二种情情况。由于在范围内内的锚杆才能能对剪切滑移移体产生抗力，则：为集中力，现现化成为剪切切区高度上b/2的分布力，则：将代入上式有有：或地下结构设计计原理与方法法⒋围岩本身提供供的支护抗力力值剪切滑移体滑滑动时，围岩岩在滑面上的的抗滑力，其水平方向的的分力在剪切切区高度b/2上的抗力为为：式中剪剪切滑滑移体长度，，其值为=,为加固带宽度度由剪切滑移体体曲线方程有有：即：两边取对数有有：地下结构设计计原理与方法法取l为形成加固带带时锚杆的有有效长度，为为锚杆横向间间距，有：为剪切滑移面面的平均倾角角，取经验数数据：l为形成加固带带时锚杆的有有效长度。、分别为为沿滑移面的的剪切应力和和垂直于滑移移面的正应力，它它们按摩尔包包络线为直线线时的假定求求出。地下结构设计计原理与方法法由于将代代入上式得：：上式中的径向向主应力值值随随剪切滑移面面上的位置而变化，难以以确定，所以以假定等等于各各支护结构所提供的径向向支护抗力之之和。即：式中：喷喷砼砼层提供的径径向支护抗力力地下结构设计计原理与方法法钢支撑提供的的径向支护抗抗力锚杆提供的径径向支护抗力力地下结构设计计原理与方法法计算实例：已已知某隧道的的数据：岩石石内摩擦角=30°，,a=2.9m，=0.2m，=30°，钢拱支撑为H150×150型钢，截面积积=40.14，=9100剪切角=45°,l=2.12m（粘结式锚杆）），纵向间距距e=1.0m，横向间距t=1.139m。解：⑴求剪切角=4