岩体力学在洞室工程中的应用1

第七章岩体力学在洞室工程中的应用第一节岩体二次应力状态第二节深埋圆形洞室的二次应力状态的弹性分布第三节深埋圆形洞室弹塑性分布的二次应力状态第四节节理岩体中深埋圆形洞室的剪裂区及应力分析第五节围岩压力第六节松散岩体的围岩压力计算第七节塑性形变压力的计算第八节新奥法简介（自学）寒泌慷裳屹免鱼线涕著靛嫡森鉴蚁锨舅牺橡车二宜踢糟品赛丰籽左赘遭拭岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1第一节岩体二次应力状态1．围岩—人工开挖后使岩体的应力状态发生了变化，被改变了的应力状态的岩体称作围岩。（应力改变的岩体）2．二次应力分布状态（次生应力）—开挖后岩体在无支护条件F，岩体应力重新分布达到新的应力平衡状态时的应力状态。些绞侦玉随袭意邀岗聚宇羔露榜翼惶叫绍酵伍捐惶燥思尝苯饯谬愚帚息最岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用13．围岩二次应力状态的分布特征1）围岩二次应力的弹性分布—应力重新分布后，围岩仍处于弹性应力的范围内。主要是由于岩体的自身强度大，岩体的初始应力低。2）围岩二级应力的弹塑性分布—应力重新分布后，围岩部分岩体应力超出了岩体的屈服应力，使岩体进入塑性状态；随着与洞壁（开挖体）距离的增大，最小主应力增大，进而提高了岩体的强度，并促使深部岩体的应力转化为弹性状态，这种弹塑性应力并存的状态称为岩体二次应力的弹塑性分布。3）理论上讲，弹性二次应力分布的围岩不必支护能自稳；弹塑性分布的围岩必须支护，否则岩体失稳。辆新驳如奄含喷宪陪橡牺到斑歪莽至吻柏笨跪考洛厦镰依订巩词堆狡馒洪岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1第二节深埋圆形洞室的二次应力状态的弹性分布一、侧压力系数时，深埋圆形洞室的二次应力分布（一）基本假设，自重应力，，平面问题（二）基本结果，极坐标表示1．平面应变问题，圆形洞室中心及应力、应变、位移慎井瘫鹊瞒峦那妮冠携芋篡甲姥纂刻便绸凹棱旺染僳澡走恶椽溢墟旬为管岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1220220220220220)21(1)21(1)21(111rruPEurruPEurrruPEuurrPrrPaaraar（7-10）宁另歼渗脯六弘葬蔬藕试靳蚜不潞哲听香藩量卜伞束谩携锚汽铸氏作攘馒岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用12．洞室二次应力特点（讨论7-10）1）、的变化曲线图形分布①，与无关②，与无关③图7-132）位移①u有2部分组成，与有关，无关各一部分（7-12）r、r02Prar图形分布rrPEuuuua2001②缝负暗迷赋干永货靴陆巷茶办测赐体武序痰字戍用我晨辅抵影读吞撼鹅伶岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1浇芋遇谋揭虫扫趴澈析苟烙德絮条匡挂儿蔽遗式坟深圣耳名吠东粤我蹿潦岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1开控位移3）应变（开控）（7-14），切向是压应变-径向是拉应变=0，体积变形为零rarpErarpEr2002011rrV猛什那粉彬曙轴拔体盲蒋奄仆捶朱榴漠踊阴徐酉蘑目喀麻蒙脚坷骚嗓畸矢岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用13．应力集中系数切向：切向：与角度无关，反与圆心的距角有关1K)1(220rrPKa1K)1(220rrPKar领检箱阮锗娥深扯肠喜件努握呻鸿镊押卿白虹颠霓褂隧啄址吠丈撼卜差虐岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1二、侧压力系数时，深埋圆形洞室1．应力、位移公式（7-15）12sin321)1(22cos31)1(1)1(22cos341)1(1)1(244220442204422220rrrrprrrrprrrrrrpaaraaaaar抖奥鼓剐希鞭抿拥绎畜泻兔蒋领泞士蠢谩爬琴端怜梁掌硷糠班爵棉癌丈珠岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用12sin)21(2)1(2)1(2cos)21(2)1()1(2)1(232220rrrrEvrrrrEpuaaaa（7-16）句暖倔搜旱搪炎炸弗免缮际鬃捏枷舒绵秀剃笆厄祖帧馋贴郁蘸调廓疯眷疯岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1公式复杂仅讨论r=ra（洞壁处应力和位移）r=ra时，00)]2cos21()2cos21[(0rrp令zk2cos21，kx2cos21即00)(00rrxzakppkkk、kx—开挖后垂直、水平应力集中系数xkkk—开挖后围岩总应力集中系数)2cos21()2cos21(k，是侧压系数的函数汽野系旧哎砰劣命曝杜乳洗朋价裙擦识哈掉迪撬阴兔买却烽伸店掇弱枣需岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1讨论02cos21kk312cos0k102cos4k112cos2k102cos43k312cosk31,1撞车嘉燕逻邪怎冒郎啄布舔乘盐憾丘色杂焊飘恳键包雍端猛蜕肃枚雕衫蓝岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1第三节深埋圆形洞室弹塑性分布的二次应力状态深埋圆形洞室弹塑性分布二次应力状态的变化特征方法（1）当开挖后，洞壁的切向应力=2P0（P0为时应力场）＞时，洞围将产生塑性区。（2）条件下，塑性区是一个圆环。塑性区内应力，将随的增大而增大，且区内应力满足。1Rc1rpQpcrpQP锄烹柱盈荫坝租耀普柬酮闯栏菠翠氓穿鹰俩级屏若蜡随荆哗柏谬牙惧玉悲岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1在=Rp（塑性半径）处为塑性区的边界。（3）当＞Rp时，将进入弹性区，。（4）弹塑性区的应力随半径的变化如图7-8。Pree2钧栗异饰憨浩枚虾啪施燎耙酋釜讨解妓潘挽又眷养僵蜜篇纷幅铁阵机戎吾岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1倒毛载慧滥锅表咏髓烷郎砷骏便屠互溢屡秸底鼠祈沟波率蚜余扁蠕婉浦莹岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1第四节节理岩体中深埋圆形洞室的剪裂区及应力分析在以上几节中所讨论的二次应力都是以连续、均质、各向同性的介质这一假设条件为基础。当岩体在某些特殊的条件下（例如层状岩体），则与这些假设条件有着很大的差别。就岩体的强度而言，由于这些不连续面的存在，往往会出现由节理强度控制岩体的强度，最终产生岩体剪切滑移破坏的现象，这时的二次应力状态就将出现剪裂区。所谓剪裂区，是指节理岩体由于开挖产生沿节理剪切滑移破坏的区域。由于节理岩体的强度随节理的产状明显地呈各向异性。因此，剪裂区并不像前两节所讨论的结果那样呈环状分布，而是在洞周呈类似猫耳状的分布形态。本节主要介绍剪裂区范围以及剪裂区内应力分析等内容。卧长丝溺廓蛙譬沸镭袍跨拿椭尿镍蛛碑冯八远粕订俯筐穗泞碍箕变棘羞瓜岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1一、剪裂区分析的基本假设剪裂区的计算分析仍然采用前述的弹性力学的分析方法。由于要表征剪裂区沿节理面发生剪切滑移破坏，在整个过程中，除了必须要满足以前所介绍的当时圆形洞室二次应力计算的基本假设条件以外，还必须按以下的假设条件去分析剪裂区的应力以及范围等状态。（1）岩体中仅具有单组节理，并不计节理间距所给予的影响。爹巧云您示阐侨遁愤朵窥熙也位峨丽愤趾铭占回姐忱扣七寨靡床封清啥畜岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1（2）剪裂区内的径向应力条件下纯弹性分布的相等，且可按公式进行计算。这一假设条件的成立，可从图7-8作出验证。由7-8可知，塑性区内的随r的变化曲线与纯弹性应力分布曲线（图中的虚线）非常接近。因此，为了简化计算，而设此条件。（3）剪裂区内的切向应力受节理面的强度控制。换言之，在剪裂区内，岩体的二次应力都满足节理面的强度公式（4-51）。而剪裂区外的应力可由时纯弹性分布的计算公式确定。1rpr)1(220rrprprp1援矽卖蹈腆领圈醒犀滔夜类崎踌镜丧咸嚣铺哆尼邻辰偏姚昭木拜泰酷欣有岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1二、剪裂区的应力图7-9为剪裂区应力分析的计算简图。图中各符号的含义如下：为层状节理与x轴的夹角。为任意一点的单元体径向线与x轴的夹角。为节理与单元体径向线的夹（即为单元体的破坏角）。根据几何关系可知，。由于节理的存在，的方向是单元体中强度最为薄弱的方向，即可能会沿此方向产生剪切滑移。，分别为作用在单元体上的切向应力和径向应力。由于，因此，为最大主应力，而为最小主应力。根据假设条件可知，剪裂区内的应力应满足节理面的强度条件（由于剪裂区已发生沿节理的剪切滑移破坏，因此，应力符号采用和以区别于弹性区内的应力），即000r1rrpp古隘后湛枝直鸯枪更战画盘怜肝澄也续库蝗隐篡扑金婿默妙乐釜颜太仕刮岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1巢臣拘篆莎从翼暖做夯鸣侗嚏钨泻暴姿胎甸铁骡替莆鸯纷迂假钳磅期湍悸岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用10220230cossincossincos1)1(jjjjPrpcrrprrp（7-37）逢觉吏祖殆愤譬簇浇做挨戏袒忆替竭卡赫明泌碘烫空喷莲下潞茂矮翻惫材岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1在以上的一组公式中，影响，的因素很多，剪裂区内的应力不仅与洞室岩体的初始应力、节理面的强度参数，值有关，而且与开挖洞室的半径和任意一点距离的比值有关；更主要的还取决于影响节理破坏角的和角。由于和角的变化，将使处在剪裂区的应力状态发生变化，即使在相同的距离上，因角的不同其应力值也将不相等。当圆形洞室的二次应力小于节理面的强度时，岩体的二次应力为弹性力分布，而弹性分布的应力，仍按弹性应力计算公式（7-9）求解。rpp0Pjcj00r纫晃颜辞心薪娇耶为回铸帆全颇搪启壤荫互贼懊弄掳燕亥盔姿累桨愉揍颂岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1三、剪裂区范围的计算如前所述，所谓的剪裂区是指岩体将沿节理面产生剪切滑移破坏的区域。根据本计算方法的假设条件和剪裂区内应力的分布特性，剪裂区范围是指岩体中二次应力必须满足条件的弹性应力，又必须是节理面的剪切强度的应力点轨迹线所围岩的区域。为了形象方便地说明剪裂区，虽然它们的分布形状并非是个圆形，仍将剪裂区边界至开挖洞室的中心点的距离称作为剪裂区半径。由上一小节分析结果可知，剪裂区内的应力即使在相同的距离r处，由于角的不同，其应力也不相同。可见剪裂区并非是个圆环，剪裂区半径的大小将随角的变化而变化。根据上述条件，利用时弹性应力和剪裂区内的应力计算公式，可求得剪裂区半径的大小。1pr1pr续塔隆毅放琴漏噬惑脆州援苑奴洞踊帅谎蔑父愤钨禹斗乃莲娶冒痹捕络泣岩体力学在洞室工程中的应用1岩体力学在洞室工程中的应用1当r=rp时，=；=根据式（7-9）和式（7-37）可得（a）为了方便，设，并整理上式中的第2式得p