巖體力學(xué)在洞室工程中的應(yīng)用第六節(jié)松散巖體的圍巖壓力計(jì)算.ppt

1、第六節(jié) 松散巖體的圍巖壓力計(jì)算 淺埋：傳遞應(yīng)力，巖柱重量計(jì)算法。 深埋：自然冒落拱內(nèi)巖體的自重或裂性圍內(nèi)松動(dòng)巖體的壓力。 一、淺埋洞室圍巖松動(dòng)壓力計(jì)算(2種方法) （一）巖柱法 1、基本假設(shè) （1）C=0 (2)圍巖壓力=巖柱的自重-柱側(cè)面摩擦力 （3）破壞模式與受力狀態(tài)如下,圖7-15 考慮摩擦力的計(jì)算簡(jiǎn)圖,微元素,滑動(dòng)巖柱,2、洞室頂壓力的計(jì)算,巖柱兩側(cè)面的總摩擦力為：,式中： -垂直應(yīng)力； -側(cè)應(yīng)力系數(shù),式中： - 側(cè)面上的正壓力； -摩擦系數(shù),微元素上的側(cè)壓力：,微元素上的摩擦力：,洞頂巖體自重：,根據(jù)假設(shè)求出洞頂壓力集度：,式中：,根據(jù)假設(shè)求出洞幫壓力集度：,3、適用條件,洞室斷面襯

2、砌受力圖,（二）泰沙基的圍巖壓力計(jì)算方法 由單元體的平衡條件推出圍巖壓力 1、基本假設(shè) （1）認(rèn)為巖體是松散體，但存在一定的粘厚力，且服從庫(kù)侖準(zhǔn)則： （2）圍巖的滑移模式和外力情況如圖所示,2、圍巖壓力計(jì)算,邊界條件：,微元體的平衡條件：,圖7-16 垂直地層壓力計(jì)算圖,（3）適用條件：H50m。,解該微分方程，并令見=H得洞頂壓力：,-原巖應(yīng)力側(cè)壓力系數(shù),洞室兩邦的壓力:,（三）淺埋山波處洞室圍巖壓力的計(jì)算 特點(diǎn) 圍巖壓力將產(chǎn)生偏壓力 原理 圍巖壓力=巖柱自重-巖柱側(cè)面的摩擦力,1、右側(cè)巖柱側(cè)面,（1）滑動(dòng)體ABC的重量,而,代入式得：,-抗滑角,-有效致滑角,-抗滑角,滑動(dòng)巖柱,滑動(dòng)面傾角

3、,地面坡角,有效致滑角,(2)滑動(dòng)面上的正壓力P 在力三角形中，由正弦定律得：,分子、分母同乘 ，并代入得：,注：若 未知，可以求其極大值，即：,由,推出：,2、左側(cè)巖柱側(cè)面,在A0B0面上，同理可以求出： P0、 、,2、洞頂巖柱自重,3、洞頂支護(hù)上的總荷載,式代入,4、支護(hù)體頂板的荷載集度,5、支護(hù)體上的水平側(cè)壓力,6、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力圖,Pi,e1,e2,e20,e10,注：此公式適用于暗挖、明挖，僅考慮自重即： 。 巖柱兩側(cè)的摩擦角經(jīng)驗(yàn)值： 二、深埋洞室的松散圍巖壓力計(jì)算 俄國(guó)普羅托奇雅闊諾夫1907年推出自然冒落拱 -沙拱、壓力自然平衡拱。 （一）普氐理論的基本假設(shè),（3）采用堅(jiān)固系數(shù)表

4、表征巖體強(qiáng)度。 其物理意義： 更簡(jiǎn)便的經(jīng)驗(yàn)公式： -Rc/MPa （4）自然平衡拱的洞頂巖體只能承受壓應(yīng)力， 不能承受拉應(yīng)力。,（1）圍巖為松散體，仍具有一定的粘聚力。 （2）洞頂形成自然冒落拱，兩幫形成滑動(dòng)體 （夾角 ）作用在洞頂?shù)膰鷰r壓 力為自然平衡拱內(nèi)巖體的自重。,在拱腳處，有一水平推力，維持整個(gè)拱的平衡，普氐認(rèn)為必須小于或者等于垂直,圖7-19 自然平衡拱受力圖,（二）計(jì)算公式,1、自然平衡拱的形狀,先假設(shè)拱為二次曲線，拱上任一點(diǎn)M彎矩為0：,反力所產(chǎn)生的最大摩擦力，以使保持拱腳的穩(wěn)定，,即：,代入式得,令,由,得,（7-51）,當(dāng) 時(shí),為拱的矢高，,令,（自然平衡拱的最大高度）,自然

5、拱的最大跨度：,2、圍巖壓力（自然冒落拱內(nèi)巖體的重量）計(jì)算 （1）頂壓（集度）： -取最大值，拱形簡(jiǎn)化為矩形。 （2）側(cè)壓： 3、適用條件 （1）埋深大于3倍的自然拱高。 （2）,4、支護(hù)結(jié)構(gòu)上的受力圖,見圖7-18,（一）基本假設(shè)（Caquo卡柯）公式假設(shè) （1）塑性區(qū)與彈性區(qū)脫離，圍巖壓力為塑性區(qū)內(nèi)巖體的自重。 （2）塑性區(qū)的應(yīng)力服從莫爾庫(kù)侖準(zhǔn)則。,三、塑性松動(dòng)壓力的計(jì)算,彈-塑性分析得到塑性區(qū)，把塑性區(qū)內(nèi)的巖 體重量作為圍巖壓力。,（二）塑性松動(dòng)壓力的計(jì)算,（1）在最不利的位置，拱頂取一單元作平衡分析：,得,圖7-20 松動(dòng)壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖,代入上式整理得：,（7-55）,將,（2）塑性區(qū)內(nèi)服從庫(kù)侖準(zhǔn)則,（7-56）,（3）解微分方程,（7-56）代入（7-55）并解微方程（一階方程）并整理得：,（4）由邊界條件確定系數(shù)A,將A代入上得，支護(hù)上的壓力,（5）圍巖壓力（卡柯公式）,（7-57）,（6）卡柯公式的的缺陷 彈塑區(qū)脫離不符合實(shí)際； ,注 卡柯公