隧道工程第五講隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

southwestjIaotongunIversIty?隧道工程?課程第五講隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)〔1〕1整理ppt隧道設(shè)計(jì)計(jì)算理論的開(kāi)展隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容與流程圍巖壓力的計(jì)算方法結(jié)構(gòu)力學(xué)方法其他設(shè)計(jì)方法常用計(jì)算軟件簡(jiǎn)介第五講隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2整理ppt第一節(jié)隧道設(shè)計(jì)計(jì)算理論的發(fā)展隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3整理ppt地下結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型必須符合下述條件：與實(shí)際工作狀態(tài)一致，能反映圍巖的實(shí)際狀態(tài)以及與支護(hù)結(jié)構(gòu)的接觸狀態(tài)；荷載假定應(yīng)與在修建洞室過(guò)程(各作業(yè)階段)中荷載發(fā)生的情況一致；算出的應(yīng)力狀態(tài)要與經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用的結(jié)構(gòu)所發(fā)生的應(yīng)力變化和破壞現(xiàn)象一致；材料性質(zhì)和數(shù)學(xué)表達(dá)要等價(jià)。只要符合上述條件，任何計(jì)算方法都會(huì)獲得合理的結(jié)果。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4整理ppt地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的一個(gè)重要問(wèn)題是如何確定作用在地下結(jié)構(gòu)的荷載以及如何考慮圍巖的承載能力。從這方面講，支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的開(kāi)展大概可分為3個(gè)階段。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剛性結(jié)構(gòu)階段彈性結(jié)構(gòu)階段連續(xù)介質(zhì)階段假定彈性反力階段彈性地基梁階段5整理ppt一、剛性結(jié)構(gòu)階段將地下結(jié)構(gòu)視為剛性結(jié)構(gòu)的壓力線理論。壓力線理論認(rèn)為，地下結(jié)構(gòu)是由一些剛性塊組成的拱形結(jié)構(gòu)，所受的主動(dòng)荷載是地層壓力，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，它是由絕對(duì)剛體組成的三鉸拱靜定體系，鉸的位置分別假設(shè)在墻底和拱頂，其內(nèi)力可按靜力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6整理ppt一、剛性結(jié)構(gòu)階段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7整理ppt二、彈性結(jié)構(gòu)階段按彈性連續(xù)拱形框架用超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。作用在結(jié)構(gòu)上的荷載是主動(dòng)的地層壓力，并考慮了地層對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彈性反力的約束作用。這類計(jì)算理論認(rèn)為，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)埋置深度較大時(shí)，作用在結(jié)構(gòu)上的壓力不是上覆巖層的重力而只是圍巖坍落體積內(nèi)松動(dòng)巖體的重力——松動(dòng)壓力。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8整理ppt1.假定彈性反力階段襯砌在承受巖體所給的主動(dòng)壓力作用產(chǎn)生彈性變形的同時(shí)，將受到地層對(duì)其變形的約束作用。地層對(duì)襯砌變形的約束作用力就稱之為彈性反力。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)假定彈性反力彈性反力的分布圖形為直線(三角形或梯形)對(duì)拱形結(jié)構(gòu)按變形曲線假定了月牙形的彈性反力圖形9整理ppt2.彈性地基梁階段將隧道邊墻視為支承在側(cè)面和基底地層上的雙向彈性地基梁，計(jì)算在主動(dòng)荷載作用下拱圈和邊墻的內(nèi)力。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局部變形彈性地基梁理論共同變形彈性地基梁理論10整理ppt二、彈性結(jié)構(gòu)階段隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11整理ppt三、連續(xù)介質(zhì)階段用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論計(jì)算地下結(jié)構(gòu)內(nèi)力這種計(jì)算方法以巖體力學(xué)原理為根底，認(rèn)為坑道開(kāi)挖后向洞室內(nèi)變形而釋放的圍巖壓力將由支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖組成的地下結(jié)構(gòu)體系共同承受。一方面圍巖本身由于支護(hù)結(jié)構(gòu)提供了一定的支護(hù)阻力，從而引起它的應(yīng)力調(diào)整到達(dá)新的平衡；另一方面，由于支護(hù)結(jié)構(gòu)阻止圍巖變形，它必然要受到圍巖給予的反作用力而發(fā)生變形。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12整理ppt第二節(jié)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容與流程隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13整理ppt（一）隧道支護(hù)的作用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則圍巖具有“三位一體特性〞圍巖既是產(chǎn)生圍巖壓力的原因〔巖體處于應(yīng)力場(chǎng)中〕，又是承受壓力的結(jié)構(gòu)〔應(yīng)力巖體的自承載作用〕，而且是構(gòu)成這個(gè)結(jié)構(gòu)的天然材料〔非人工材料〕。圍巖與支護(hù)的根本關(guān)系圍巖是工程加固的對(duì)象，支護(hù)只是加固的手段；圍巖是隧道結(jié)構(gòu)體系的根本承載局部，支護(hù)是隧道結(jié)構(gòu)體系的輔助承載局部；圍巖是不可替代的天然的結(jié)構(gòu)主體，支護(hù)是可以選擇的人工的結(jié)構(gòu)局部?，F(xiàn)代圍巖承載理論關(guān)于隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本原那么“圍巖不穩(wěn)，支護(hù)幫助，遇強(qiáng)那么弱，遇弱那么強(qiáng)，按需提供，先柔后剛，協(xié)調(diào)工作，量測(cè)監(jiān)控，動(dòng)態(tài)調(diào)整〞隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14整理ppt〔1〕根據(jù)隧道使用年限及重要性，確定平安系數(shù)?！?〕在滿足直線建筑限界要求、功能要求和構(gòu)造要求，保證隧道凈空大小夠用的條件下，依據(jù)圍巖穩(wěn)定能力的強(qiáng)弱、巖體結(jié)構(gòu)類型、圍巖壓力的作用和分布狀態(tài)，應(yīng)用工程類比方法，初步擬訂支護(hù)結(jié)構(gòu)的橫斷面幾何形狀和尺寸等各項(xiàng)支護(hù)參數(shù)?！?〕然后應(yīng)用理論計(jì)算方法檢算支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及圍巖內(nèi)應(yīng)力，并調(diào)整橫斷面幾何形狀和尺寸，使支護(hù)受力狀態(tài)及圍巖應(yīng)力分布均趨于合理?！?〕在施工過(guò)程中對(duì)“圍巖——支護(hù)〞結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)動(dòng)態(tài)進(jìn)行必要而有效的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，以驗(yàn)證各項(xiàng)參數(shù)的合理性，發(fā)現(xiàn)和控制施工過(guò)程中出現(xiàn)的不良狀況，并依據(jù)實(shí)際狀況的變化對(duì)相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)乃至于施工方案予以及時(shí)調(diào)整和修改。（一）隧道支護(hù)的作用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15整理ppt隧道結(jié)構(gòu)體系隧道結(jié)構(gòu)體系承載的主體圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)輔助圍巖承載主要承載隧道結(jié)構(gòu)體系支護(hù)結(jié)構(gòu)圍巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16整理ppt隧道結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)〔1〕荷載的模糊性和不確定性〔2〕圍巖壓力承載體系圍巖不僅是荷載，同時(shí)又是承載體地層壓力由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受充分發(fā)揮圍巖的自承載力〔3〕設(shè)計(jì)參數(shù)受施工方法和施作時(shí)機(jī)的影響很大〔4〕隧道與地上結(jié)構(gòu)的區(qū)別－圍巖抗力的存在圍巖抗力支護(hù)結(jié)構(gòu)圍巖壁面隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17整理ppt隧道開(kāi)挖后的圍巖變化隧道開(kāi)挖圍巖應(yīng)力重分布圍巖產(chǎn)生位移、松弛圍巖薄弱處局部破壞隧道坍塌地層圍巖第一階段第二階段第三階段第四階段設(shè)置初期支護(hù)約束、控制圍巖變形初始應(yīng)力場(chǎng)（一次）二次應(yīng)力狀態(tài)圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定位移不侵入限界改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)三次應(yīng)力狀態(tài)穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)理論上不設(shè)支護(hù)穩(wěn)定后圍巖不穩(wěn)定力學(xué)過(guò)程與時(shí)間及施工有關(guān)自然塌落拱圍巖壓力松動(dòng)壓力形變壓力隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18整理ppt需要認(rèn)識(shí)的主要問(wèn)題3.圍巖穩(wěn)定性準(zhǔn)則:判斷圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)和位移場(chǎng)是否符合穩(wěn)定性條件1.圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)，或稱一次應(yīng)力狀態(tài)2.開(kāi)挖隧道后圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)和位移場(chǎng)4.設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)后圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，亦稱圍巖的三次應(yīng)力狀態(tài)和位移場(chǎng)，以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移5.判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)安全度的準(zhǔn)則圍巖復(fù)雜多變很難得到確定、可靠的結(jié)果信息化設(shè)計(jì)與施工必須充分認(rèn)識(shí)！隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19整理ppt隧道信息化設(shè)計(jì)與施工信息化設(shè)計(jì)與施工使經(jīng)驗(yàn)方法科學(xué)化使理論分析具有實(shí)際背景過(guò)程與要點(diǎn)地質(zhì)調(diào)查與室內(nèi)試驗(yàn)理論分析與工程類比支護(hù)結(jié)構(gòu)施工決策施工過(guò)程監(jiān)測(cè)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)量測(cè)信息處理判斷圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)反饋修改設(shè)計(jì)使經(jīng)驗(yàn)方法科學(xué)化使理論分析具有實(shí)際背景地質(zhì)調(diào)查與室內(nèi)試驗(yàn)理論分析與工程類比施工決策監(jiān)測(cè)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20整理ppt隧道結(jié)構(gòu)體系計(jì)算模型國(guó)際隧協(xié)ITA－4種模型1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法-以工程類比為主2.實(shí)用設(shè)計(jì)方法(收斂－約束法)-以現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)和試驗(yàn)為主3.荷載－結(jié)構(gòu)模型作用與反作用模型-結(jié)構(gòu)與力學(xué)模型4.連續(xù)介質(zhì)模型共同作用模型-巖體力學(xué)模型結(jié)構(gòu)力學(xué)方法巖體力學(xué)方法隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21整理ppt圍巖1.結(jié)構(gòu)力學(xué)模型將支護(hù)與圍巖分開(kāi)考慮：結(jié)構(gòu)是承載主體，圍巖是荷載來(lái)源圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用：

(1)圍巖壓力；(2)圍巖彈性抗力；(3)提供彈性支承適用：圍巖轉(zhuǎn)換為彈簧特點(diǎn):圍巖彈性抗力：襯砌擠壓圍巖而受到圍巖的抵抗力。反映了支護(hù)與圍巖的相互作用，是一種被動(dòng)荷載圍巖松弛、坍塌，松動(dòng)壓力；模筑混凝土襯砌隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22整理ppt圍巖2.巖體力學(xué)模型－復(fù)合整體模型特點(diǎn):將支護(hù)與圍巖視為一體，共同承載，以圍巖為主支護(hù)結(jié)構(gòu)約束圍巖的變形采用巖體力學(xué)計(jì)算方法圍巖體現(xiàn)為形變壓力適用：錨噴支護(hù)初始地應(yīng)力隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23整理ppt第三節(jié)圍巖壓力的計(jì)算方法本節(jié)內(nèi)容圍巖壓力概念，分類；圍巖松動(dòng)壓力確實(shí)定方法。本節(jié)重點(diǎn)圍巖壓力的概念；我國(guó)鐵路隧道圍巖壓力的計(jì)算方法。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24整理ppt一、圍巖壓力及分類(一)圍巖壓力概念隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)廣義地講，我們將圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)的全部作用稱為圍巖壓力。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

。25整理ppt(二)圍巖壓力分類隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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，即形變壓力、松動(dòng)壓力、沖擊壓力和膨脹壓力。

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26整理ppt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。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27整理ppt隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟巖巷道嚴(yán)重底鼓變形28整理ppt隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟巖巷道變形、支撐斷裂29整理ppt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。自然平衡拱：洞室的開(kāi)挖，假設(shè)不進(jìn)行任何支護(hù)，周圍巖體會(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。松動(dòng)壓力隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30整理ppt隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拱頂坍塌、冒落水平巖層傾斜巖層31整理ppt隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平巖層冒落傾斜巖層掉塊、塌落高邊墻坍塌32整理ppt隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂隙巖體頂部掉塊33整理ppt定義:由于圍巖膨脹崩解而引起的壓力膨脹壓力定義:又稱巖爆，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)生的壓力沖擊壓力隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)34整理ppt影響圍巖壓力的因素下面講述形變壓力和松動(dòng)壓力的計(jì)算隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地質(zhì)因素：它包括初始應(yīng)力狀態(tài)、巖石力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)面等；工程因素：它包括斷面大小、施工方法、支護(hù)設(shè)置時(shí)間、支護(hù)剛度、坑道形狀等。影響圍巖壓力的因素很多，通?？煞譃閮纱箢悾?5整理ppt松動(dòng)壓力的計(jì)算(一)圍巖松動(dòng)壓力的形成隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

深埋坑道開(kāi)挖后圍巖由變形到坍塌成拱的整個(gè)變形過(guò)程，稱為圍巖的成拱作用。在成拱過(guò)程中形成的相對(duì)穩(wěn)定的拱形坍腔結(jié)構(gòu)，成為自然拱或坍落拱。而坍腔內(nèi)坍落的巖土形成松動(dòng)壓力的荷載來(lái)源。

隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(c)(d)(a)(b)變形階段松動(dòng)階段塌落階段成拱階段自然拱隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隧道的形狀和尺寸；隧道的埋深；施工因素。

自然拱范圍的大小除了受上述的圍巖地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)時(shí)間、剛度以及它與圍巖的接觸狀態(tài)等因素影響外，還取決于以下諸因素：〔二〕深、淺埋隧道的判定原那么隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)式中——深淺埋隧道分界的深度；

——等效荷載高度值，即坍落拱高度。由埋深經(jīng)驗(yàn)判定：由埋深與天然拱高度關(guān)系確定：〔三〕確定圍巖松動(dòng)壓力的方法隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地量測(cè)：按目前的量測(cè)手段和技術(shù)水平來(lái)看量測(cè)的結(jié)果尚不能充分反映真實(shí)情況。理論公式計(jì)算：由于圍巖地質(zhì)條件的千變?nèi)f化，所用計(jì)算參數(shù)難以確切取值，目前還沒(méi)有一種能適合于各種客觀實(shí)際情況的統(tǒng)一理論。統(tǒng)計(jì)的方法：在大量施工坍方事件的統(tǒng)計(jì)根底上建立起來(lái)的統(tǒng)計(jì)方法，在一定程度上能反映圍巖壓力的真實(shí)情況?！菜摹成盥袼淼浪蓜?dòng)壓力計(jì)算①統(tǒng)計(jì)法——我國(guó)?鐵路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?推薦方法②普氏理論③太沙基理論隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)標(biāo)準(zhǔn)?推薦方法〔q、e〕隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)式中ω——寬度影響系數(shù)，ω=1+i(B-5)B——坑道寬度，以m計(jì)；

i——B每增加1m時(shí)，圍巖壓力的增減率(以B＝5m為基準(zhǔn))，當(dāng)B＜5m時(shí)取i=0.2，B＞5m時(shí)，取i＝0.1。對(duì)于單線、雙線及多線隧道，按破壞階段設(shè)計(jì)時(shí)：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)標(biāo)準(zhǔn)?推薦方法〔q、e〕隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)式中hq——等效荷載高度值；

S——圍巖級(jí)別，如Ⅲ級(jí)圍巖S=3；

γ——圍巖的容重；對(duì)于單線隧道、按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)：①統(tǒng)計(jì)法——我國(guó)?鐵路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?推薦方法〔q、e〕隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算水平壓力e可用下表中的經(jīng)驗(yàn)范圍取值。水平壓力e推薦范圍①統(tǒng)計(jì)法——我國(guó)?鐵路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?推薦方法〔q、e〕隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算水平壓力e可用下表中的經(jīng)驗(yàn)范圍取值。水平壓力e推薦范圍①H/B＜1.7(H為坑道的高度)；②深埋隧道；③不產(chǎn)生顯著的偏壓力及膨脹壓力的一般圍巖；④采用鉆爆法施工的隧道。上述計(jì)算表達(dá)式的適用條件: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)標(biāo)準(zhǔn)?推薦方法〔q、e〕隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)垂直松動(dòng)壓力的分布圖:水平壓力分部一般為均布形式，在高地應(yīng)力、淺埋時(shí)，還應(yīng)考慮水平壓力非均勻分布的情況。深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算②普氏理論隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出巖體鞏固性系數(shù)f的概念。視巖體為散粒體。但巖體又不同于一般的散粒體，其結(jié)構(gòu)面上存在著不同程度的粘結(jié)力，又要保證其抗剪強(qiáng)度不變.式中——巖體的內(nèi)摩擦角和似摩擦角；

巖體的抗剪強(qiáng)度：巖體鞏固性系數(shù)：深埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算②普氏理論隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在具有一定粘結(jié)力的松散介質(zhì)中開(kāi)挖坑道后，其上方會(huì)形成一個(gè)拋物線形的自然拱，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力就是自然拱內(nèi)松散巖體的重量。而自然拱的形狀和尺寸(即它的高度hk和跨度Bt)與巖體的鞏固性系數(shù)f有關(guān)。具體表達(dá)式為：式中hk——自然拱高度；bt——自然拱的半跨度。

提出基于“自然拱〞概念的計(jì)算理論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)式中Ht——坑道的凈高；——巖體的似摩擦角，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)天然拱高度的計(jì)算：圍巖豎向的勻布松動(dòng)壓力，那么為：

圍巖水平的勻布松動(dòng)壓力按朗肯公式計(jì)算：②普氏理論隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)③太沙基理論隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

假定作用在任何水平面上的豎向壓應(yīng)力是勻布的，相應(yīng)的水平力σH=kσvk為側(cè)壓力系數(shù)。在地面深度為h處取出一厚度為dh的水平條帶單元體，考慮其平衡條件∑V＝0，得出:

③太沙基理論隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

展開(kāi)后，得

解上述微分方程，并引進(jìn)邊界條件，得洞頂巖層中任意點(diǎn)的垂直壓力為隨著坑道埋深h的加大,趨近于零，那么③太沙基理論隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)泰沙基根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出K＝1—1.5，取K＝1，那么式中，b、φ0

意義同上。如以＝f代入，得側(cè)向均布?jí)毫δ敲慈园蠢式鸸接?jì)算：〔五〕淺埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)隧道埋深不大時(shí)，開(kāi)挖的影響將涉及到地表而不能形成“自然拱〞。從施工過(guò)程中巖體(包括土體)的運(yùn)動(dòng)情況可以看到，隧道開(kāi)挖后如不及時(shí)支撐，巖體即會(huì)大量坍落移動(dòng)，這種移動(dòng)會(huì)影響到地表并形成一個(gè)坍陷區(qū)域，此時(shí)巖體將會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)滑動(dòng)面。對(duì)于這樣的情況，可以采用松散介質(zhì)極限平衡理論進(jìn)行分析。①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時(shí)的計(jì)算方法受力的極限平衡條件：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-滑面上的阻力淺埋隧道松動(dòng)壓力計(jì)算圍巖壓力滑動(dòng)面滑動(dòng)土體未擾動(dòng)土體支護(hù)結(jié)構(gòu)反力W2βW2T1NAφ0CDFBNEPW1hHBT1T2T2隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時(shí)的計(jì)算方法隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時(shí)的計(jì)算方法隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)②全自重型的計(jì)算方法隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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

隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。有地下水時(shí)土壓力的計(jì)算隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)〔六〕圍巖壓力計(jì)算實(shí)例如下圖單線鐵路隧道，處在Ⅳ級(jí)圍巖中，圍巖容重γ＝21.5kN/m3，隧道跨度B＝7.4m，高度Ht=8.8m，φ0＝55°，θ=44°。如埋深h＝20m、8m、3m，試計(jì)算圍巖壓力。BHth隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)61整理ppt(a)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同公式計(jì)算松動(dòng)土壓力結(jié)果62整理ppt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)算隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63整理ppt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正確支護(hù)結(jié)構(gòu)或最正確支護(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。隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)