地下岩体工程节

会计学1地下岩体工程节2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

2/286.3地下岩体工程变形与计算*

围岩变形与破坏形式常取决于围岩应力状态、岩体结构及硐室断面形状等因素。围岩结构类型不同围岩变形计算方法不同。(1)整体或块状围岩岩体弹性理论。(2)层状围岩岩体弹性梁、弹性板或材料力学中的压杆平衡理论。(3)碎裂状围岩岩体松散介质极限平衡理论。(4)散体状围岩岩体松散介质极限平衡理论+流变理论。第1页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

3/28稳定位移与不稳定位移第2页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

4/286.4地下岩体工程围岩压力P180

实际地下岩体工程通常存在支护结构。作用在支护结构上的荷载围岩压力。围岩压力有别于围岩应力！！！1．狭义的围岩压力围岩压力即为开挖后岩体作用在支护结构上的压力狭义的围岩压力。第3页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

5/286.4地下岩体工程围岩压力2．广义围岩压力围岩压力即围岩二次应力的全部作用广义的围岩压力。支护结构+围岩共同承担了部分围岩二次应力的作用。支护结构与围岩构成了整体支护体系，共同承担岩体开挖引起的二次应力作用。广义的围岩压力强调了硐室开挖后支护与围岩的共同作用。NATM。第4页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

6/281.围岩压力成因

6.4.1围岩压力成因与分类

围岩压力与地下硐室开挖后围岩的变形、破坏、松动密不可分。围岩变形量的大小以及围岩破坏与松动程度决定围岩压力的大小。不同岩性与结构的岩体，围岩变形和破坏性质与程度不同，产生围岩压力的主要原因也就不同。第5页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

7/282.围岩压力分类根据成因不同可分三类:

形变围岩压力、松动围岩压力和冲击围岩压力。6.4.1围岩压力成因与分类变形围岩压力：由于围岩变形产生对支护与衬砌结构的压力。松动围岩压力：由于围岩松动与破坏产生对支护及衬砌结构的压力。冲击围岩压力：由岩爆(冲击地压)形成的一种特殊围岩压力。第6页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

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①形变围岩压力是由于围岩塑性变形如塑性挤入、膨胀内鼓、弯折内鼓等形成的挤压力。产生形变围岩压力的条件主要有岩体较软弱或破碎与深埋硐室两个方面。形变围岩压力是由膨胀围岩产生的膨胀围岩压力。6.4.1围岩压力成因与分类

②松动围岩压力是由于围岩拉裂塌落、块体滑移及重力坍塌等破坏引起的压力。

③冲击围岩压力是一种特殊的围岩压力，强度较高、较完整的弹、脆性岩体过度受力后，突然发生岩石弹射变形产生冲击围岩压力。冲击地压。第7页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

9/281.松散岩体围岩压力计算具备形成松动压力的松散条件时，基于压力拱或应力传递的概念，计算松散岩体的围岩压力。

围岩压力的松散体理论。

围岩压力的松散体理论建立在地下硐室破坏坍塌形状观测的基础上。主要方法：（1）平衡拱理论；（2）太沙基理论。6.4.2围岩压力计算第8页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

10/28（1）平衡拱理论P1821）平衡拱理论普氏理论。6.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论2）该理论的基本要点是：①岩体视为具有一定粘结力的松散体。岩体在节理裂隙+各种软弱夹层松散体;

岩体中岩块的几何尺寸相对很小，且岩块间还存在粘结力。②硐室开挖以后，如不及时支护，硐室顶部岩体将不断垮落而形成一个塌落拱，最终形成自然平衡拱。埋深大于5倍拱跨时，不断发展的塌落拱最终将在围岩中形成一个自然平衡拱。支护结构实际只承担了平衡拱与支护结构间破碎岩体的重量。第9页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

11/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论3）平衡拱理论计算作用于支护结构或衬砌上的围岩压力：①确定平衡拱的形状和拱高。②考察段的受力与平衡条件。③计算硐室顶部的松动围岩压力根据平衡拱力矩平衡条件、极限平衡条件与平衡拱的曲线方程等。第10页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

12/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论4）计算具体步骤与内容：第11页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

13/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论第12页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

14/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论第13页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

15/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论第14页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

16/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论第15页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

17/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论第16页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

18/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论③第17页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

19/285）平衡拱理论适用条件:①只适用散体结构岩体。如强风化、强烈破碎岩体、松动岩体和新近堆积的土体等;②保证上覆岩体具有一定厚度，才能形成平衡拱。硐室埋深满足要求：6.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——（1）平衡拱理论第18页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

20/28（2）太沙基理论P182

太沙基(K.Terzaghi)理论也是将受节理裂隙切割的岩体视为具有一定内聚力的松散体，与普氏理论不同的是，该理论是基于应力传递的概念，推导出作用于衬砌上的垂直压力。6.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——(2)太沙基理论第19页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

21/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——(2)太沙基理论第20页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

22/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——(2)太沙基理论第21页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

23/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——(2)太沙基理论第22页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

24/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——(2)太沙基理论第23页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

25/286.4.2围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算——(2)太沙基理论太沙基理论适用条件：适用于散体结构岩体浅埋硐室顶部围岩压力计算，其与普氏理论的根本区别在于，假设围岩可能沿两个铅直滑移面AA’与BB’滑动第24页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

26/286.4.2围岩压力计算2.塑性形变围岩压力的计算2.塑性形变围岩压力的计算依据围岩二次应力弹塑性分布，调整相应的边界条件，即可求得塑性形变压力。计算塑性形变压力的卡斯特纳(H.Kastner)公式第25页/共28页2023/1/18湖南科技大学土木工程学院阳生权

27/286.4.2围岩压力计算2.塑性形变围岩压力的计算塑性形变压力塑性圈半径以及岩体初始应力状态。塑性圈半径增大时塑性形变压力减小，究其原因在于硐室开挖后二