地下結(jié)構(gòu)工程第3講講稿-5

1、l采用摩爾庫(kù)侖強(qiáng)度理論l其它條件同彈性解l列出微小單元的微分方程：l消去d和高階無窮小量，得到：l（ - r) dr = r drl即：dr/r = dr/( - r) （A）l這就是塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)力應(yīng)滿足的微分方程22sin02sin2ddddrrdddrrdrrrl l整理后得：l l （B）sin2222,sinrrrrrrCctgCctgAOBOAOBOsin1sin2rrCctgl將ra處的邊界條件rpb代入上式求出C1l 將求出的C1代回C式，求出特解：1lnsin1sin2)ln(CrCctgraCctgpCblnsin1sin2)ln(1CctgarCctgpbrsin1sin2C

2、ctgarCctgpbsin1sin2sin1sin1l上述兩式給出了塑性區(qū)中任一點(diǎn)的應(yīng)力值。lr 2p 彈性l 塑性l整理后得：l解出支護(hù)力pb的表達(dá)式：CctgarCctgpbr2sin12sin1sin2sin2sin1sin1CctgpCctgpaRbl還有兩個(gè)重要的物理量就是隧洞周邊及塑性區(qū)周邊的徑向位移： sinsin1sin12sin2sinCctgpCctgpGCctgpauGCctgpRubarRrCctgRaCctgppbsin1sin2sin1l除了洞周圍巖的彈塑性變形產(chǎn)生對(duì)支護(hù)的壓力外，圍巖松動(dòng)圈內(nèi)的巖石還會(huì)對(duì)支護(hù)產(chǎn)生所謂松弛壓力：l1、pi=(R-a) (太保守，極值

3、）l2、科卡公式sin11sin3sin1sin211sin3sin1RaaRaCctgCctgpil討論：l松弛壓力與彈模 E 和泊松 比無關(guān)l松弛壓力與容重 呈正比l與地應(yīng)力有無關(guān)系？l與C、有什么關(guān)系？l變形壓力與松弛之和為支護(hù)所受到的壓力。l變形壓力隨洞周位移增大而減小，若想使位移趨于零，變形壓力會(huì)趨于無窮大l松弛壓力隨洞周位移增大而增大，最大？l由于巖體可能具有的流變性質(zhì)，實(shí)際工程中圍巖變形和松弛還與時(shí)間有關(guān)。圍巖流變性質(zhì)不明顯時(shí)，開挖后很快達(dá)到新的平衡，變形穩(wěn)定，不再增長(zhǎng)。圍巖不好時(shí)，開挖后在一段時(shí)間內(nèi)變形逐漸增加，松弛壓力逐漸增加，因此有一個(gè)適時(shí)支護(hù)的問題。支護(hù)得太早，變位尚未充

4、分發(fā)展，形變壓力會(huì)較大。支護(hù)得太晚，松弛范圍太大，松弛壓力太大。 l地應(yīng)力是巖體中原已存在的應(yīng)力。一般情況下，地應(yīng)力很大的地區(qū)，對(duì)洞室圍巖穩(wěn)定不利。無論是選擇洞室位置還是決定洞軸方位，均應(yīng)仔細(xì)考慮地應(yīng)力。由于巖體構(gòu)造復(fù)雜，變化大，少數(shù)測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果帶有一定的局限性，不一定能確切代表該區(qū)域的地應(yīng)力狀態(tài)，因此，有人采用有限元回歸分析方法來推求某一區(qū)域的地應(yīng)力場(chǎng)。以此作為洞室布置和圍巖穩(wěn)定分析的依據(jù)。 l巖體應(yīng)立場(chǎng)是影響地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素，應(yīng)該指出的是，各個(gè)應(yīng)力分量的比值，比應(yīng)力分量量值的大小對(duì)穩(wěn)定性起著更為關(guān)鍵的作用和影響。l應(yīng)力場(chǎng)的大小和分布規(guī)律是復(fù)雜的，往往難以準(zhǔn)確確定。但是它對(duì)于地

5、下結(jié)構(gòu)的位置、軸線的走向、斷面的形狀、結(jié)構(gòu)群體之間的相互關(guān)系的選擇，都有著決定性的作用。l現(xiàn)在常說的巖石力學(xué)，實(shí)際上早已擴(kuò)展為巖體力學(xué)。巖體是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體，離彈塑性力學(xué)中所定義的均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的理想彈塑性體相去甚遠(yuǎn)。巖體常為節(jié)理面，層面，片理面甚至斷層帶等結(jié)構(gòu)面所切割。這些結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度較低，是影響洞室穩(wěn)定的主要因素之一。這些軟弱結(jié)構(gòu)面常常分成很多組，各組的特點(diǎn)不同，即間距，連續(xù)性，寬度，充填情況，強(qiáng)度，成因都可能不同，要分辨其對(duì)洞室穩(wěn)定影響的程度，然后決定洞室的布置。l要指出的是，被地質(zhì)構(gòu)造面所切割的危險(xiǎn)塊體除受重力作用外，尚與構(gòu)造地應(yīng)力相互影響，深埋洞室或水平構(gòu)造應(yīng)力較大的情況下尤

6、其如此。圍巖結(jié)構(gòu)的狀態(tài)通常分為整體狀，塊狀，層狀，互層簿層，碎裂結(jié)構(gòu)，散粒結(jié)構(gòu)等，圍巖的完整程度常用巖體完整性系數(shù)屬表示，它是巖體和巖石的彈性縱波速度之比。巖體的強(qiáng)度和變形指標(biāo)是影響穩(wěn)定的主要指標(biāo)，一般情況下，巖體結(jié)構(gòu)的狀態(tài)是控制性的，單論巖塊強(qiáng)度的意義不大，只有對(duì)于整體狀結(jié)構(gòu)，巖體強(qiáng)度和巖塊強(qiáng)度才有相近之處。 l地下水的存在使洞室穩(wěn)定性惡化。地下水的滲透壓力對(duì)于洞室是不利荷載；地下水的長(zhǎng)期作用又會(huì)使巖石軟化，泥化，降低其強(qiáng)度。尤其弱面中的填充物又容易被地下滲流溶蝕、帶走，形成空穴，造成巖體整體弱化。 l地下水的處理歷來是困難的令人頭痛的問題。l包括地下結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)的合理性，洞室形狀、大小、洞

7、群間距、開挖順序、支護(hù)措施等等是否得到充分的優(yōu)化。地質(zhì)條件越差，工程因素的影響就越突出。 l施工隊(duì)伍的技能、素質(zhì)、責(zé)任心和團(tuán)隊(duì)精神、施工方法和機(jī)具的先進(jìn)程度，施工管理水平等等。l1、局部失穩(wěn)l2、整體失穩(wěn)l3、塌方l4、巖爆l指地下結(jié)構(gòu)圍巖局部性破壞：發(fā)生在多組節(jié)理切割的較堅(jiān)硬巖體中，一般是非擴(kuò)展性的。當(dāng)結(jié)構(gòu)面與臨空面切割巖體，形成不穩(wěn)定塊體時(shí)，容易產(chǎn)生此種破壞；要結(jié)構(gòu)面與開挖面平行或小角度相交時(shí)，易形成片幫、吊塊等局部失穩(wěn)破壞。采用錨固方式加固作用明顯。l 又稱為“強(qiáng)度破壞”，即由大范圍內(nèi)巖體的地應(yīng)力值超過了圍巖允許的極限強(qiáng)度而引起的破壞。表現(xiàn)型式為大范圍坍塌、彎曲開裂、邊墻擠出、底板鼓起、斷面產(chǎn)生嚴(yán)重的收縮等。一般容易發(fā)生在地應(yīng)力高且偏差應(yīng)力大、巖體強(qiáng)度低的軟巖中。l指大規(guī)模巖體塌落、地下結(jié)構(gòu)完全破壞、地下洞室埋沒。主要發(fā)生在較大范圍的斷層影響帶、強(qiáng)風(fēng)化帶、碎裂松動(dòng)區(qū)。l由弱面和開挖面切割形成的孤立無限制塊體、存在多組無膠結(jié)結(jié)構(gòu)面或有夾泥層、又有地下水活動(dòng)時(shí)，容易發(fā)生塌方甚至冒頂。l又稱為“沖擊地壓”，片狀剝落及破碎的巖塊與巖體分離，并以彈射