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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
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