隧道工程圍巖壓力及計(jì)算演示文稿

隧道工程圍巖壓力及計(jì)算演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)（優(yōu)選）隧道工程圍巖壓力及計(jì)算.目前二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)

荷載結(jié)構(gòu)模式計(jì)算方法地層結(jié)構(gòu)模式計(jì)算方法復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單層襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

TBM管片襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)概要主要內(nèi)容目前三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)第一節(jié)荷載結(jié)構(gòu)模式計(jì)算方法——圍巖壓力目前四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)1、圍巖壓力的基本概念：廣義地講，我們將圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)的全部作用稱(chēng)為圍巖壓力。對(duì)于無(wú)支護(hù)的毛洞：使圍巖承載圈受力變形的,洞室開(kāi)挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)就可稱(chēng)為圍巖壓力；當(dāng)然，對(duì)于有支護(hù)結(jié)構(gòu)的洞室，自然把作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用或荷載稱(chēng)為圍巖壓力。圍巖壓力按其作用方向，可分為垂直壓力、水平側(cè)向壓力和底部壓力

。一、圍巖壓力

目前五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)2、圍巖壓力的種類(lèi)

目前，根據(jù)形成圍巖壓力的成因不同，將圍巖壓力分為四類(lèi)，即形變壓力、松動(dòng)壓力、沖擊壓力和膨脹壓力。

一、圍巖壓力

應(yīng)力集中→形成塑性區(qū)→發(fā)生向坑道內(nèi)位移→塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大→坑道圍巖松弛、崩塌、破壞等幾個(gè)過(guò)程目前六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)定義:變形巖體引起的擠壓力或支護(hù)抑制變形引起的擠壓力形變壓力

彈性變形壓力塑性變形壓力流變壓力影響因素：原始應(yīng)力、巖體力學(xué)性質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度和支護(hù)時(shí)間。

目前七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)定義:開(kāi)挖而松動(dòng)或塌落的巖體，以重力形式直接作用在支護(hù)上的壓力

松動(dòng)壓力

自然平衡拱：洞室的開(kāi)挖，若不進(jìn)行任何支護(hù)，周?chē)鷰r體會(huì)經(jīng)過(guò)應(yīng)力重分布→變形→開(kāi)裂→松動(dòng)→逐漸塌落的過(guò)程，在坑道的上方形成近似拱形的空間后停止塌落。目前八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)定義:由于圍巖膨脹崩解而引起的壓力膨脹壓力下面講述形變壓力和松動(dòng)壓力的計(jì)算定義:又稱(chēng)巖爆，它是在積聚了大量的彈性變形能的圍巖，開(kāi)挖突然釋放出來(lái)時(shí)所產(chǎn)生的壓力沖擊壓力目前九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)形變壓力的計(jì)算作用在支護(hù)上的形變壓力，在工程中采用的主要是塑性變形壓力塑性變形壓力的計(jì)算目前十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)形變壓力的計(jì)算最小圍巖（形變）壓力的計(jì)算一般情況要求：只有知道

才能確定最佳支護(hù)結(jié)構(gòu)或最佳支護(hù)時(shí)間；最小圍巖壓力和圍巖允許位移是等價(jià)的。目前對(duì)于兩者都沒(méi)有較好的計(jì)算方法；對(duì)于

的情況，我們提出一種估算方法。目前十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)形變壓力的計(jì)算最小圍巖（形變）壓力的計(jì)算

分析過(guò)程實(shí)際作用在支護(hù)上的壓力應(yīng)該是重力和形變壓力的疊加，故（按三角形面積計(jì)）目前十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算①統(tǒng)計(jì)法——我國(guó)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦方法②普氏理論③太沙基理論目前十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算①統(tǒng)計(jì)法——我國(guó)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦方法目前十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算①統(tǒng)計(jì)法——我國(guó)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦方法目前十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算②普氏理論目前十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算②普氏理論

堅(jiān)硬巖體中，坑道側(cè)壁穩(wěn)定，天然拱跨度就是隧道寬度松散和破碎巖體中，坑道側(cè)壁受擾動(dòng)而滑移，天然拱跨度也相應(yīng)加大

b=bt(bt為隧道的凈寬度的一半)目前十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算②普氏理論

天然拱高度的計(jì)算：

圍巖豎向的勻布松動(dòng)壓力，則為：

圍巖水平的勻布松動(dòng)壓力按朗肯公式計(jì)算：目前十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算③太沙基理論取=1，則與普氏理論的公式一致目前十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算淺埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算先來(lái)說(shuō)說(shuō)深、淺埋的判別由埋深經(jīng)驗(yàn)判定：由埋深與天然拱高度關(guān)系確定：目前二十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算淺埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時(shí)的計(jì)算方法滑動(dòng)巖體的重力=滑面上的阻力+支護(hù)反作用力（圍巖松動(dòng)壓力）圍巖松動(dòng)壓力=滑動(dòng)巖體重力-滑面上的阻力目前二十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算淺埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時(shí)的計(jì)算方法目前二十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算淺埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時(shí)的計(jì)算方法目前二十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算淺埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算②全自重型的計(jì)算方法目前二十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算有地下水時(shí)土壓力的計(jì)算①豎向壓力：

②

側(cè)向壓力：對(duì)于砂性土可采用水壓力與土壓力分開(kāi)計(jì)算

式中的i為各層圍巖的重度，地下水位以上的土體采用天然重度及對(duì)應(yīng)的側(cè)壓力系數(shù);

水位以下的土體采用有效重度及對(duì)應(yīng)的側(cè)壓力系數(shù)計(jì)算土壓力。

對(duì)于砂性土可采用水壓力與土壓力合算

目前二十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)松動(dòng)壓力的計(jì)算有地下水時(shí)土壓力的計(jì)算③地基反力：

一般位于地下水位中的結(jié)構(gòu)要做成閉合的，因此，要承受地基反力。地層反力沿襯砌寬度呈豎向均勻分布，其數(shù)值與各種豎向壓力的總和相平衡。包括結(jié)構(gòu)自重、上部圍巖壓力（土壓力及水壓力）及附加的路面荷載等。目前二十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)第二節(jié)荷載結(jié)構(gòu)模式計(jì)算方法——結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算方法目前二十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)一、荷載結(jié)構(gòu)模型計(jì)算原理它將支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖分開(kāi)來(lái)考慮:（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載主體，圍巖作為荷載的來(lái)源和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承（2）隧道支護(hù)與圍巖的相互作用是通過(guò)彈性支承對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加約束來(lái)體現(xiàn)的（3）圍巖的承載能力則在確定圍巖壓力和彈性支承的約束能力時(shí)間接地考慮目前二十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)二、常用的計(jì)算模型和計(jì)算方法主動(dòng)荷載模型假定彈性反力模型計(jì)算彈性反力模型常用計(jì)算模型目前二十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)

主動(dòng)荷載模型適用于圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)“剛度比”較小，或飽和含水或用于初步設(shè)計(jì)目前三十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)二、常用的計(jì)算模型和計(jì)算方法主動(dòng)荷載模型假定彈性反力模型計(jì)算彈性反力模型常用計(jì)算模型目前三十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)

假定彈性反力模型

幾乎能適用于所有圍巖類(lèi)型，只不過(guò)抗力的大小和范圍不同而已目前三十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)二、常用的計(jì)算模型和計(jì)算方法主動(dòng)荷載模型假定彈性反力模型計(jì)算彈性反力模型常用計(jì)算模型目前三十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)

計(jì)算彈性反力模型

如彈性地基上的閉合框架、彈性支承法等目前三十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)1矩形框架結(jié)構(gòu)2裝配式襯砌（圓形結(jié)構(gòu)）3拱形結(jié)構(gòu)

重點(diǎn)講述!與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計(jì)算方法二、常用的計(jì)算模型和計(jì)算方法目前三十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)—拱形結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計(jì)算方法二、常用的計(jì)算模型和計(jì)算方法半拱結(jié)構(gòu)：不考慮彈性反力曲墻式襯砌：假定彈性反力直墻式襯砌：假定彈性反力+彈性地基梁目前三十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)計(jì)算模型：①荷載-結(jié)構(gòu)模型②只有豎向荷載的作用，無(wú)側(cè)向荷載的作用半拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算適用條件：①地質(zhì)條件好，不需修邊墻的山嶺隧道；②大型落地拱結(jié)構(gòu),如飛機(jī)庫(kù)；半拱形結(jié)構(gòu)的適用條件及計(jì)算模型目前三十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)用結(jié)構(gòu)軸線代替原襯砌的橫斷面,縱向長(zhǎng)度取1m；拱腳彈性固定在圍巖上，相當(dāng)于彈性固定的無(wú)鉸拱;因拱腳截面的剪力很小，而與圍巖間摩擦較大，故徑向位移為0，用徑向剛性連桿表示;半拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算圖式、基本結(jié)構(gòu)及典型方程的建立目前三十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)半拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算由于半拱圈的拱矢和跨度的比值不大，在豎向荷載的作用下，結(jié)構(gòu)為自由變形，無(wú)彈性抗力(脫離區(qū));

因此，半拱形結(jié)構(gòu)為拱腳彈性固定的無(wú)鉸拱（考慮底部地基變形），為三次超靜定結(jié)構(gòu)。計(jì)算圖式、基本結(jié)構(gòu)及典型方程的建立目前三十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)半拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算典型方程的建立

正對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，作用有正對(duì)稱(chēng)的荷載，利用對(duì)稱(chēng)性，從拱頂切開(kāi)，取基本結(jié)構(gòu)如右圖目前四十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)半拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算關(guān)鍵：拱頂單位位移和荷載位移的計(jì)算；拱腳位移的計(jì)算。目前四十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)1）拱頂單位位移和荷載位移的計(jì)算：

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中位移計(jì)算方法，可求的某一點(diǎn)在單位力作用下，沿k方向的位移（忽略剪力作用）為：

目前四十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)1）拱頂單位位移和荷載位移的計(jì)算：

將X1（彎矩），X2（軸力），X3（剪力，取零）以及外荷載作用下結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力代入可得：

目前四十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)1）拱頂單位位移和荷載位移的計(jì)算：

單位位移和荷載位移的計(jì)算分兩種情況：（1）當(dāng)半拱為一段規(guī)則圓弧時(shí)，可直接積分計(jì)算；（2）當(dāng)半拱為多段圓弧時(shí)，將圓弧襯砌分塊，采用辛普生求和公式；目前四十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)典型方程半拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算目前四十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)2）拱腳位移的計(jì)算：基本思路：求出拱腳支承面在單位力（力矩、豎直力、水平力）作用下位移（轉(zhuǎn)角、水平位移）；求出贅余力及外荷載作用下的拱腳反力；由拱腳反力與各單位力位移計(jì)算拱腳位移目前四十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)2）拱腳位移的計(jì)算：（a）單位力作用下，拱腳支承面的位移計(jì)算目前四十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)2）拱腳位移的計(jì)算：目前四十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)2）拱腳位移的計(jì)算：目前四十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)2）拱腳位移的計(jì)算：目前五十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)2）拱腳位移的計(jì)算：（b）拱腳支承反力的計(jì)算目前五十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)目前五十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)2）拱腳位移的計(jì)算：（c）拱腳位移計(jì)算目前五十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)3）襯砌截面內(nèi)力的計(jì)算：目前五十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)3）襯砌截面內(nèi)力的計(jì)算：目前五十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)曲墻拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算①計(jì)算圖示的建立用結(jié)構(gòu)的軸線代替原襯砌斷面;在計(jì)算中將拱圈和邊墻作為一個(gè)整體，把它看成是一個(gè)支承在彈性圍巖上的高拱結(jié)構(gòu)；因底部摩擦力很大，無(wú)水平位移；襯砌在以豎向壓力為主的主動(dòng)荷載作用下，拱圈的頂部發(fā)生向坑道內(nèi)的變形不受?chē)鷰r的約束，形成“脫離區(qū)”。襯砌結(jié)構(gòu)的側(cè)面部分則壓向圍巖，形成“彈性反力區(qū)”，引起相應(yīng)的彈性反力。計(jì)算原理目前五十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)曲墻拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算原理彈性反力按蘇聯(lián)布加耶娃法假定分布圖形為月牙形分布，分布圖形用3個(gè)特征點(diǎn)控制上零點(diǎn)b（即脫離區(qū)的邊界）與對(duì)稱(chēng)軸線間的夾角一般采用下零點(diǎn)a取在墻底，因該處無(wú)水平位移；最大彈性反力點(diǎn)h可假定在襯砌最大跨度處。目前五十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)曲墻拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算原理最大彈性反力點(diǎn)以下圍巖彈性反力對(duì)于襯砌的變形還會(huì)在圍巖與襯砌間產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦力分布規(guī)律最大彈性反力點(diǎn)以上目前五十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)曲墻拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算原理彈性地基上的高拱荷載：圍巖壓力彈性反力基底位移（約束）襯砌與圍巖的摩擦力目前五十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)曲墻拱形結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算思路在結(jié)構(gòu)與荷載均為對(duì)稱(chēng)的條件下，可以從拱頂切開(kāi)，以一對(duì)懸臂曲梁作為基本結(jié)構(gòu)，切開(kāi)處贅余力為X1、X2，剪力X3＝0。在主動(dòng)荷載和彈性反力作用下，根據(jù)拱頂相對(duì)轉(zhuǎn)角及相對(duì)水平位移為零的條件，可以得到2個(gè)典型方程式；X1X2基本結(jié)構(gòu)目前六十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)利用h點(diǎn)變形協(xié)調(diào)條件來(lái)增加1個(gè)方程式。根據(jù)疊加原理，h點(diǎn)的最終位移即為:而h點(diǎn)的位移與該點(diǎn)的彈性反力存在下述關(guān)系：由以上可以推導(dǎo)出：目前六十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)因此，綜上兩點(diǎn)可得：X1X2基本結(jié)構(gòu)計(jì)算關(guān)鍵：拱頂單位位移和荷載位移的計(jì)算；墻腳位移的計(jì)算；最大跨度處荷載位移的計(jì)算目前六十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于二點(diǎn)曲墻