第6章-地下岩体工程-3-4节_精品文档.ppt
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第第6章章地下岩体工程地下岩体工程第6章地下岩体工程6.1概述概述6.2地下岩体工程应力分布地下岩体工程应力分布6.3地下岩体工程变形与计算地下岩体工程变形与计算6.4地下岩体工程围岩压力地下岩体工程围岩压力10/31/20221湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.3地下岩体工程变形与计算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。
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。
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整体或块状围岩岩体弹性理论。
弹性理论。
(2)层状围岩岩体层状围岩岩体弹性梁、弹性板或材料力学中的压杆平弹性梁、弹性板或材料力学中的压杆平衡理论。
衡理论。
(3)碎裂状围岩岩体碎裂状围岩岩体松散介质极限平衡理论。
松散介质极限平衡理论。
(4)散体状围岩岩体散体状围岩岩体松散介质极限平衡理论松散介质极限平衡理论+流变理论。
流变理论。
10/31/20222湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程稳定位移与不稳定位移稳定位移与不稳定位移10/31/20223湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4地下岩体工程围岩压力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。
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作用在支护结构上的荷载围岩压力。
围岩压力。
围岩压力有别于围岩应力!
围岩压力有别于围岩应力!
1狭义的围岩压力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。
狭义的围岩压力。
10/31/20224湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4地下岩体工程围岩压力地下岩体工程围岩压力2广义围岩压力广义围岩压力围岩压力即围岩二次应力的全部作用围岩压力即围岩二次应力的全部作用广义的围岩压力。
广义的围岩压力。
支护结构支护结构+围岩共同承担了部分围岩二次应力的作用。
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。
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。
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。
10/31/20225湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程1.围岩压力成因围岩压力成因6.4.1围岩压力成因与分类围岩压力成因与分类围岩压力与地下硐室开挖后围岩的围岩压力与地下硐室开挖后围岩的变形、破坏、松动变形、破坏、松动密密不可分。
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。
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。
同,产生围岩压力的主要原因也就不同。
10/31/20226湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程2.围岩压力分类围岩压力分类根据成因不同可分三类三类:
形变围岩压力、松动围岩压力和冲击围岩压力。
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围岩压力成因与分类变形围岩压力变形围岩压力:
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。
冲击围岩压力冲击围岩压力:
由岩爆(冲击地压)形成的一种特殊围岩压力。
10/31/20227湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程形变围岩压力形变围岩压力是由于围岩塑性变形如塑性挤入、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。
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。
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。
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围岩压力成因与分类松动围岩压力松动围岩压力是由于围岩拉裂塌落、块体滑移及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。
重力坍塌等破坏引起的压力。
冲击围岩压力冲击围岩压力是一种特殊的围岩压力,强度较高、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。
产生冲击围岩压力。
冲击地压冲击地压。
10/31/20228湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算具备形成松动压力的松散条件时,基于具备形成松动压力的松散条件时,基于压力拱压力拱或或应应力传递力传递的概念,计算松散岩体的围岩压力。
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。
围岩压力的松散体理论建立在地下硐室破坏坍塌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。
形状观测的基础上。
主要方法:
主要方法:
(1)平衡拱理论;平衡拱理论;
(2)太沙基理论。
太沙基理论。
6.4.2围岩压力计算围岩压力计算10/31/20229湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程
(1)平衡拱理论)平衡拱理论P1821)平衡拱理论)平衡拱理论普氏理论。
普氏理论。
6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算(11)平衡拱理论)平衡拱理论2)该理论的基本要点是:
)该理论的基本要点是:
岩体视为具有一定粘结力的松散体。
岩体视为具有一定粘结力的松散体。
岩体在节理裂隙岩体在节理裂隙+各种软弱夹层各种软弱夹层松散体松散体;岩体中岩块的几何尺寸相对很小,且岩块间还存在粘结力。
岩体中岩块的几何尺寸相对很小,且岩块间还存在粘结力。
硐室开挖以后,如不及时支护,硐室顶部岩体将不断垮落而硐室开挖以后,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。
形成一个塌落拱,最终形成自然平衡拱。
埋深大于埋深大于5倍拱跨时,不断发展的塌落拱最终将在围岩倍拱跨时,不断发展的塌落拱最终将在围岩中形成一个自然平衡拱。
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实际只承担了平衡拱与支护结构间破碎岩体的重量支护结构间破碎岩体的重量。
10/31/202210湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(1)平衡拱理论)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:
)平衡拱理论计算作用于支护结构或衬砌上的围岩压力:
确定平衡拱的形状和拱高。
确定平衡拱的形状和拱高。
考察段的受力与平衡条件。
考察段的受力与平衡条件。
计算硐室顶部的松动围岩压力计算硐室顶部的松动围岩压力根根据据平平衡衡拱拱力力矩矩平平衡衡条条件件、极极限限平平衡衡条条件件与与平平衡衡拱拱的的曲曲线线方程等。
方程等。
10/31/202211湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(1)平衡拱理论)平衡拱理论4)计算具体步骤与内容:
)计算具体步骤与内容:
10/31/202212湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(1)平衡拱理论)平衡拱理论10/31/202213湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(1)平衡拱理论)平衡拱理论10/31/202214湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(1)平衡拱理论)平衡拱理论10/31/202215湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(1)平衡拱理论)平衡拱理论10/31/202216湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(1)平衡拱理论)平衡拱理论10/31/202217湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(1)平衡拱理论)平衡拱理论10/31/202218湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程5)平衡拱理论适用条件)平衡拱理论适用条件:
只适用散体结构岩体。
只适用散体结构岩体。
如如强风化、强烈破碎岩体、松动岩强风化、强烈破碎岩体、松动岩体和新近堆积的土体等体和新近堆积的土体等;保证上覆岩体具有一定厚度,才保证上覆岩体具有一定厚度,才能形成平衡拱。
能形成平衡拱。
硐室埋深满足要求:
6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(1)平衡拱理论)平衡拱理论10/31/202219湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程
(2)太沙基理论太沙基理论P182太沙基太沙基(K.Terzaghi)理论也是将受节理裂隙切割的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。
上的垂直压力。
6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(2)
(2)太沙基理论太沙基理论10/31/202220湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(2)
(2)太沙基理论太沙基理论10/31/202221湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(2)
(2)太沙基理论太沙基理论10/31/202222湖南科技大学土木工程学院阳生权湖南科技大学土木工程学院阳生权第第6章章地下岩体工程地下岩体工程6.4.2围岩压力计算围岩压力计算1.1.松散岩体围岩压力计算松散岩体围岩压力计算
(2)
(2)太沙基理论太沙基理论10/31/202223湖南科技大学土
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