巖石力學(xué)課程(2012版本).ppt

課程名稱：巖石力學(xué),授課教師：何江達(dá) 四川大學(xué)水利水電學(xué)院,第一章 緒論,一.巖石力學(xué)研究的對(duì)象及特點(diǎn) 1、對(duì)象：巖石對(duì)象巖石材料地殼中堅(jiān)硬的部分； 方法：力學(xué)的觀點(diǎn)、理論、方法 綜合：巖石力學(xué)用力學(xué)的理論，觀點(diǎn)和方法去研 究巖石材料的力學(xué)行為及其工程應(yīng)用的學(xué)科。 2、特點(diǎn) 1）研究的廣泛性 a、既古老，又年輕古老：舊石器時(shí)期，利用石器生活；年輕：從20世紀(jì)40年代開始（美國，法國，意大利、中國修建了大量的工程）,喜馬拉雅山形成、演變（古埃及金字塔、我國的萬里長城、都江堰工程、魚嘴、飛沙堰、寶瓶口）。 海洋底部的板塊形成運(yùn)動(dòng) b、跨行業(yè)： 水電三峽、二灘、溪洛渡、錦屏、龍灘 鐵道長隧道、大型橋梁、邊坡 公路隧道、路堤等 冶金礦山開采 建筑大跨度地下商業(yè)中心，建筑物基 礎(chǔ)，城市地鐵。,三峽水利樞紐工程,金沙江溪洛渡水電站,錦屏一級(jí)水電站,錦屏一級(jí)水電站地下廠房1,錦屏一級(jí)水電站地下廠房2,錦屏二級(jí)水電站超長引水隧洞,錦屏二級(jí)水電站,錦屏水電站世界級(jí)高邊坡工程,龍灘水電站,返回,2）研究對(duì)象的復(fù)雜性 a、組成 巖石地質(zhì)體（單獨(dú)的力學(xué)性質(zhì)+偶合效應(yīng)）；巖塊、結(jié)構(gòu)面組合形成；塊狀結(jié)構(gòu)、破碎結(jié)構(gòu)、離散結(jié)構(gòu) b、背景 地質(zhì)力學(xué)環(huán)境的復(fù)雜性（地應(yīng)力、地下水、物理、化學(xué)作用等） 3）工程應(yīng)用性（實(shí)踐性）非常強(qiáng) 4）社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著（如：二灘壩基節(jié)約7000多萬）,二、巖石力學(xué)的基本內(nèi)容 基本理論 巖體地應(yīng)力 材料實(shí)驗(yàn) 三大部分 巖體的強(qiáng)度 工程應(yīng)用 巖體的變形 裂隙水力學(xué) 工程應(yīng)用：水電中的三大應(yīng)用：邊坡工程（天然、工程開挖）、地下洞室、壩基穩(wěn)定。 三、研究方法 物理模擬巖石物理力學(xué)性質(zhì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)，地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn) 數(shù)學(xué)模型如有限元等數(shù)值模擬 理論分析用新的力學(xué)分支，理論研究巖石力學(xué)問題,第二章 巖石的物理性狀（性質(zhì)）,2.1 巖體的結(jié)構(gòu)特性 巖石根據(jù)成因，可分為： 巖漿巖（火成巖）巖漿噴發(fā)、堅(jiān)硬、均一； 沉積巖海洋沉積形成特點(diǎn)：層狀，同一時(shí)期 性質(zhì)相近； 變質(zhì)巖在已有巖石的基礎(chǔ)上，經(jīng)過變質(zhì)混合作用后 形成的； 淤積地質(zhì)體（巖體）：結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體 相對(duì)組合關(guān)系劃分巖體的結(jié)構(gòu) 如：結(jié)構(gòu)面少，連續(xù)性差，閉合原型塊狀 結(jié)構(gòu)面較發(fā)育 塊狀結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)面極發(fā)育 破裂（散體）結(jié)構(gòu),2.2巖石的不連續(xù)性、不均勻性及各向異性 由于巖石中存在各種規(guī)模的結(jié)構(gòu)面（斷裂帶、斷層、節(jié)理、裂隙）致使巖石的物理力學(xué)性質(zhì)不連續(xù)、不均勻、各向異性因此，有必要引入刻劃不均一程度的參數(shù)。 一。巖石的裂隙性 通常采用裂隙率作為定量評(píng)價(jià)（描述）裂隙切割的程度； 1.單向裂隙：,a)沿一組裂隙面法向統(tǒng)計(jì)： n1=nd單位長度上裂隙條數(shù)（條m） 顯然：n1巖體切割越破碎 b）沿裂隙面方向（連通率） n2=aa+b (a裂隙面長度，b巖橋長度),2.平面裂隙率 概念 指巖石單位面積上各類裂隙面積所占比重。 (li、ti第i條裂隙長度、寬度) 無裂隙 全部被裂隙充滿 二、各向異性 指巖石的強(qiáng)度、變形指標(biāo)（力學(xué)性質(zhì)）隨空間方位不同而異的特性。 1.正交各向異性（三個(gè)材料主軸、定義材料參數(shù)） 三個(gè)材料主軸方向力學(xué)性質(zhì)不同 2.橫觀各向同性層狀 層面內(nèi) 力學(xué)性質(zhì)相同（多向同性面） 層 間 力學(xué)性質(zhì)差異 五個(gè)參數(shù):E、u、 E 、u 、G,2.3巖石的物理性質(zhì)指標(biāo) 在前面說到，巖石力學(xué)問題的研究首先應(yīng)從巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)研究入手，本節(jié)介紹巖石（塊）的基本物理性質(zhì)的主要指標(biāo)及測(cè)試方法。 1.巖石的容重（r） 指單位體積巖石的重量。 由于巖樣中含有水分，根據(jù)“w”的不同含義，可分為 干容重：（烘干狀態(tài)） （v :標(biāo)準(zhǔn)件直接量A、H 非標(biāo)準(zhǔn)件用阿基米德原理） 天然容重 天然狀態(tài)（大氣壓力室溫條件下含水量） 飽和容重 煮沸或抽真空充分飽和稱重wd,2.比重（Gs） 指巖石干重量除以巖石的實(shí)體積（不含孔隙體積）的干容重與4c水的容重的比值。 3孔隙率（n%） 指巖石內(nèi)孔隙體積與總體積之比。 4.天然含水量 指天然狀態(tài)下，巖石的含水量與巖石干重比值的百分比。,5.吸水率：指巖石在常溫條件下浸水48小時(shí)后，巖石內(nèi)的含水量與巖石干容重的比值。 6.飽和含水率：指巖樣在強(qiáng)制狀態(tài)（真空、煮沸或高壓）下，巖樣最大吸水量與巖石干重量比值。 7.飽水分?jǐn)?shù)：指巖石吸水率與飽水率的比值百分率。 試驗(yàn)證明：當(dāng)kw91%，可避免冰凍破壞,8.抗凍系數(shù)： 巖石經(jīng)過反復(fù)凍結(jié)與融解，會(huì)使強(qiáng)度降低，甚至可能引起破壞。 （原因：巖樣中各種礦物成分膨脹系數(shù)不同變形壓力、結(jié)冰時(shí)形成的膨脹壓力） 抗凍指標(biāo)用經(jīng)過反復(fù)降溫、凍結(jié)、融解、升溫測(cè)定抗壓強(qiáng)度的下降值,9.軟化系數(shù)：指巖石飽和狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度與干燥狀態(tài)抗壓強(qiáng)度之比值。 10.滲透系數(shù)K和呂容系數(shù)Lu 受承壓水作用的巖體，在裂隙節(jié)理等結(jié)構(gòu)面內(nèi)將產(chǎn)生滲流，其滲透性大小，工程上一般以滲透系數(shù)K表征（ms或cms）防滲帷幕布置深度的依據(jù)。 呂容系數(shù)：1Lu=110cms,滲透系數(shù)室內(nèi)測(cè)定方法,2.4 巖體的工程分類,一 .巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD(Rock Quality Designation)分類 RQD根據(jù)修正的巖心采取率計(jì)算，涉及概念：,顯然：RQD值的大小，反映了巖體完整程度巖體分類 如： RQD(%) 巖石質(zhì)量描述 等級(jí) 90100 極好 I 7590 好 II 025 極劣 注意：具體質(zhì)量不僅涉及RQD，還涉及譬如節(jié)理數(shù)組、粗糙程度、地下水發(fā)育程度等。,二、根據(jù)RMR分類方法 計(jì)入因素：1、節(jié)理間距 2、R Q D值 3、節(jié)理狀態(tài)（粗糙程度、連通情況等） 4、地下水狀態(tài) 5、等軸抗壓強(qiáng)度 逐次計(jì)分累計(jì)，進(jìn)行分類 （27頁表2、102 、12 ） 三、其他分類方法 各國學(xué)者提出的分類方法不下數(shù)十種，如水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范等，均有系統(tǒng)的分類體系。 重要的大型水電工程（如二灘、官地、錦屏、溪洛渡等），也有獨(dú)立的分類體系（巖體結(jié)構(gòu)特征，風(fēng)化卸荷，地下水等 ）,第三章.巖石的強(qiáng)度 3.1概述 一.重要性（工程安全、經(jīng)濟(jì)效益） 巖體邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià) ，加固處理（錨固、澆注、抗滑樁設(shè)計(jì)） 地下洞室 開挖和運(yùn)行過程中的圍巖穩(wěn)定 壩基穩(wěn)定（拱壩壩肩、重力壩壩基） 二.復(fù)雜性 巖石的強(qiáng)度包括巖塊的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，以及耦合效益地質(zhì)環(huán)境因素影響（地應(yīng)力、地下水等）,3.2巖石的破壞形式 大量實(shí)踐和試驗(yàn)觀察證明，巖石的破壞形式概括起來： 1、脆性破壞 ： 巖石發(fā)生破壞時(shí)，變形很小，明顯聲響，一般發(fā)生在單軸或低圍壓堅(jiān)硬巖石。 2、塑性破壞 ： 破壞時(shí)，變形較大，有明顯的“剪脹”效應(yīng)，一般發(fā)生在較軟弱巖石或高圍壓堅(jiān)硬巖石 3、沿軟弱結(jié)構(gòu)面（原生）剪切破壞,3.3 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度 一。單軸壓縮實(shí)驗(yàn)裝置 1.普通巖石三軸壓力機(jī) 長江500型 最大軸壓500T，圍壓1250K/cm,2.剛性壓力機(jī),上壓板,巖樣,承壓平臺(tái),二.單軸抗壓強(qiáng)度,破裂角 影響因素：礦物質(zhì)成分、顆粒大小、結(jié)晶程度、風(fēng)化卸荷程度、含水率、加荷速度、層面方向，賦存環(huán)境（埋深、孔隙率等）。,3.4巖石的抗拉強(qiáng)度 一.實(shí)驗(yàn)方法,3.5巖石的抗剪強(qiáng)度 一.基本概念 1.抗剪斷強(qiáng)度：完整巖塊、巖石被剪斷時(shí)，表現(xiàn)出的“抵抗剪切破壞”的強(qiáng)度。 2.抗剪強(qiáng)度 ： 巖石沿原生結(jié)構(gòu)面或已被剪斷的破裂面，剪切滑動(dòng)時(shí)的“摩擦阻力” 3.工程上三種實(shí)驗(yàn) 1）巖石實(shí)體抗剪斷 2）巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪 3）砼與基巖膠結(jié)面抗剪強(qiáng)度（砼壩建基面）,三.室內(nèi)試驗(yàn)方法,一）直剪試驗(yàn),二）楔形剪切（交角剪）試驗(yàn),三）三軸壓縮試驗(yàn),三.現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn),3.6巖石的強(qiáng)度理論(破壞準(zhǔn)則) 一、Coulomb準(zhǔn)則 1.基本觀點(diǎn)：認(rèn)為巖石屬于剪切破壞，剪切面上抗剪強(qiáng)度,二.格里菲斯（Griffith）強(qiáng)度理論 莫爾庫侖準(zhǔn)則將巖石視為連續(xù)均勻介質(zhì)宏觀強(qiáng)度理論 相反，Griffith基本觀點(diǎn)：巖石中存在許多空隙、裂縫等在外部應(yīng)力作用下 縫端產(chǎn)生應(yīng)力集中縫端擴(kuò)展（破裂）串通形成宏觀破壞,一）推導(dǎo)思路,圖示,二.主要推導(dǎo)過程,6.Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則圖示,三.修正格氏強(qiáng)度理論 當(dāng)裂紋受壓閉合，可傳遞正應(yīng)力、剪應(yīng)力 假定e為裂紋閉合應(yīng)力,3.7巖石中水對(duì)強(qiáng)度的影響 在前面已經(jīng)談及，水工建設(shè)中巖體不可避免會(huì)遇到水，例如 水的影響：改變巖石的物理力學(xué)性質(zhì)（膠結(jié)構(gòu)被破壞，化學(xué)溶蝕等） 滲透壓力 “空隙壓力” 降低有效應(yīng)力 強(qiáng)度降低,一.對(duì)強(qiáng)度的影響,二、對(duì)破壞形態(tài)影響：,三、工程問題：,3.8 巖體強(qiáng)度分析 巖體的強(qiáng)度分析包括結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度分析和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度分析。 一.結(jié)構(gòu)體（均質(zhì)巖體）條件 按莫爾庫侖條件：,二、結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度分析,3.9結(jié)構(gòu)面方位對(duì)強(qiáng)度的影響,分析,3.10 結(jié)構(gòu)面粗糙度對(duì)強(qiáng)度的影響 一.概念 巖體中結(jié)構(gòu)面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙度稱之。,二.分析方法 由于實(shí)際工程中，巖體結(jié)構(gòu)面中i不易測(cè)定，且一條結(jié)構(gòu)面上i多變 困難，工程上一般采用巴頓（Barton）公式計(jì)算，形式：,式中：,三.水對(duì)強(qiáng)度的影響,第四章 巖石的變形 4.1概述 巖石變形的概念 巖石變形指多種地質(zhì)力學(xué)環(huán)境因素（如河谷下切、地應(yīng)力釋放、工程開挖等）和工程荷載（如水庫蓄水、隧洞充水的水荷載）共同作用巖石形狀與大小發(fā)生變化。 二、研究變形穩(wěn)定 巖體作為建筑物的基礎(chǔ)，其變形與上部結(jié)構(gòu)的變形相互協(xié)調(diào) 影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力 因此，巖體的變形量常作為工程設(shè)計(jì)的控制標(biāo)準(zhǔn)之一。,如： 1.拱壩 空間殼體將上游水載傳遞給壩肩巖體，而壩肩巖體的變形一方面要影響壩體的變形、應(yīng)力，另一方面庫水放空 壩體回彈（大），巖體回彈（?。ú町悾?拱端接觸面“脫開” 開裂，如錦屏一級(jí)拱壩。,2.重力壩：右江 h=130m 蓄水 壩基不均勻變形影響 庫空 是否向上游傾斜研究巖體變形的重要性,三、巖石變形的特點(diǎn) 1、彈性變形：荷載卸去后，變形可恢復(fù)。包括線性和非線性（彈性后效，粘彈性） 2、塑性變形：荷載卸去后，變形不能全部恢復(fù)，殘留一部分永久變形。 3、蠕變：荷載一定，變形隨t增加而增加。 四、線彈性變形的本構(gòu)關(guān)系,4.2 巖石室內(nèi)試驗(yàn) 一.單軸壓縮試驗(yàn),二、三軸壓縮試驗(yàn),圖示,4.3巖石的變形性質(zhì),一.巖石全過程曲線,可分為四個(gè)階段：,二、反復(fù)加載與卸載條件下的變形特性,3、反復(fù)加載（多次加載卸載加載）,三、巖石在三軸荷載條件下的變形特性,四、巖體各向異性,各個(gè)方向反映變形的參數(shù)（E, ）不同,工程中，常見的宏觀各向同性 需要5個(gè)獨(dú)立參數(shù)描述：,XOY面內(nèi)：E,1,XOY面內(nèi)：E ,2,剪切模量,“七五”攻關(guān)：石膏材料,一、意義 1.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)亦稱原位試驗(yàn) 意義：反映天然巖體的性質(zhì)地質(zhì)力學(xué)環(huán)境代表性好 二、主要現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)方法 一）承壓板法,4.5 現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn),程序：在平硐或壩基（反力結(jié)構(gòu)）選點(diǎn) 清除破碎巖石平整安裝千斤頂 加載 量測(cè)變形 整理ps曲線 加載 卸載 加載 分級(jí) 利用彈性理論 式中：p作用在巖體上的壓力（MPa） S巖面的平均變形 D承壓板直徑或方形邊長 與承壓板的剛度和形狀有關(guān)的系數(shù)。剛性圓形板取0.79，方形板取0.88，柔性圓板按中心計(jì)算取1.0,二）狹縫試驗(yàn)法,程序： 在選定的具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)開一條狹縫 通過埋設(shè)在狹縫的鋼枕（旁千頂）對(duì)狹縫兩側(cè)加壓 測(cè)量變形 按代有狹縫的理想彈性板平面應(yīng)力問題計(jì)算巖體的變形 具體： 量測(cè)A點(diǎn)絕對(duì)變形 按絕對(duì)變形： (4-18),量測(cè)A1、A2點(diǎn)相對(duì)變形 按A1、A2點(diǎn)相對(duì)變形 （419） 式中 為A1、A2點(diǎn)相對(duì)位移 特點(diǎn)：開槽對(duì)巖體擾動(dòng)小，加壓方向隨意，但計(jì)算方法不嚴(yán)謹(jǐn)（槽面釋放應(yīng)力，不屬于平面問題 ）,三）環(huán)形加載 在隧洞內(nèi) 選取（23）D洞段 沿徑向加載(封閉端頭 (水壓) 用千斤頂) 量測(cè)洞徑變化 由彈性厚壁圓筒公式 四）巖石反力（抗力）系數(shù)的測(cè)定 是地下洞室（隧洞設(shè)計(jì)）中非常重要的參數(shù) 1、反力（彈性抗力）的概念 指巖石受到擠壓時(shí)，對(duì)襯砌或上部建 筑產(chǎn)生的反作用力 抗力 （注意：只存在于壓力區(qū)） 若抗力與變形成正比 稱之為彈性抗力 即： 其中p抗力；k抗力系數(shù)； y變形 對(duì)圓形隧洞： r半徑,2、隧洞單位彈性抗力系數(shù) 指D=1.0m直徑產(chǎn)生單位位移 所需的壓力 單位彈抗系數(shù) 當(dāng)：隧洞有襯砌： 其中：b襯砌；y徑向變形； 砼彈模； 水壓； r隧洞半徑 計(jì)入隧洞破損區(qū)： 圍巖抗拉強(qiáng)度,4.6巖石彈性常數(shù)的動(dòng)力測(cè)試方法 一、基本原理： 通過激振（地震波、聲波等）巖石的方式 測(cè)定彈性介質(zhì)（巖體中）的波速 換算巖體E和 ，分為室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)兩種，常用地震波法。 二、地震法的測(cè)試方法： 在洞壁上打兩個(gè)試驗(yàn)鉆孔 激振（引爆炸藥） 由地震儀記錄地震波,根據(jù)彈性介質(zhì)中縱波（壓縮波）、橫波（剪切波）速計(jì)算公式： （縱波） （橫波） 聯(lián)立求解 三、特點(diǎn) 1、 綜合反映巖體質(zhì)量（完整程度，巖塊E，(E , )） 2、 （1.02.56） ，一般， 1.3 錦屏一級(jí),4.7破碎巖石的變形性質(zhì) 一.定義 所謂破碎巖石-巖石內(nèi)節(jié)理、裂隙非常發(fā)育-強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體。 二.特點(diǎn)： 1.相對(duì)完整巖塊變形量非常大，且永久變形顯著 2.加卸載過程存在明顯的滯回環(huán) 3. /E比值可高達(dá)13.0，E/ 可達(dá)4.5以上 加載卸載（重新加載） 4.對(duì)動(dòng)力法中高頻彈性波丟失嚴(yán)重 5.E 取值 用重復(fù)加載斜率 同時(shí)： （巖體質(zhì)量評(píng)分RMR55）,4.8 巖石的蠕變 一.巖石蠕變的概念 巖石蠕變指巖石在應(yīng)力恒定情況下，應(yīng)變 隨時(shí)間增長的特性。 巖石的松弛指巖石在應(yīng)變恒定情況下，應(yīng)力隨時(shí)間降低的特性。（應(yīng)力松弛） 工程實(shí)例：深埋洞室圍巖蠕變支護(hù)變形（新奧法機(jī)理）與壓力隨時(shí)間變化,二.巖石蠕變特性 大量試驗(yàn)表明：巖石變形瞬彈變形+蠕變（與時(shí)間有關(guān)） 1.巖性針對(duì)不同巖石，彈性變形與蠕變對(duì)比存在差異（第93頁 圖4-35） 2.應(yīng)力水平影響蠕變量大小 ，蠕變速率（P93，圖4-47） 3.蠕變?cè)囼?yàn)得到典型蠕變曲線分為三段： AB初期蠕變， 蠕變速率遞減 卸載（ ） 瞬彈PQ+粘彈QR（全部恢復(fù)） BC恒速蠕變， 恒定， （單位時(shí)間增加相同） 瞬彈 +粘彈UV+不可恢復(fù)uv 隨時(shí)間延續(xù) 變形破壞 CD加速蠕變 不斷增大 變形破壞,三.蠕變與工程關(guān)系： 由巖石蠕變?cè)囼?yàn)： a）對(duì)工程影響不大； b）、c）可能導(dǎo)致變形破壞（軟弱夾層浸水）,四.巖石蠕變模型 前面已介紹：巖石變形分為瞬彈和粘彈(蠕變)， 其中：瞬彈 “彈性元件”（模型）表示： 本構(gòu)關(guān)系： （剪應(yīng)力剪應(yīng)變虎克定律) （體積應(yīng)力體積應(yīng)變）； 粘性（蠕變） 粘性模型： 本構(gòu)關(guān)系： （ 粘滯系數(shù)， 應(yīng)變率） 因此，巖石的變形可以通過彈性+粘性元件不同組合 模型（反映）,常用的幾種模型： 1、馬克斯威爾模型 彈性元件+粘性元件 串聯(lián) （4-37）（剪應(yīng)力每個(gè)截面均相等） （4-38）（剪應(yīng)變單個(gè)元件剪應(yīng)變之和） 其中： 將（4-38）兩端 代入上式 變形,反映（剪應(yīng)力剪應(yīng)變）關(guān)系的微分方程 本構(gòu)關(guān)系的微分形式 例：設(shè)單軸實(shí)驗(yàn)：t0時(shí)，1=0 突然增加至1 （以1代，1代 ）求解 分析可知： t0， 常量 突然增至1時(shí) 瞬彈變形 呈線性關(guān)系 恒速，且與1，有關(guān),2、凱爾文模型： 彈性元件、粘性元件并聯(lián)。 特征： （4-43）（剪應(yīng)力） （4-44）（剪應(yīng)變相等） 由 代入（4-43） 變形： 微分關(guān)系（本構(gòu)關(guān)系微分形式） 假設(shè)：單軸壓縮，t0，10突然增加至1條件，求解,分析： t0 t 任意時(shí)刻：呈指數(shù)遞增 t 由彈性+粘性元件 其他組合 可構(gòu)成眾多的蠕變模型。 作業(yè)：4-1，4-3,第五章 巖體天然應(yīng)力與洞室圍巖的應(yīng)力分布 5.1概述 一、天然應(yīng)力（地應(yīng)力） 1、概念：指巖體在天然狀態(tài)下所賦存（工程興建前）的應(yīng)力，又稱“地應(yīng)力”，“初始地應(yīng)力” 2、形成因素：巖體自重（地心引力）+地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)+地溫梯度+滲流等 二、二次應(yīng)力 由于人類活動(dòng)（工程開挖，修建建筑物）影響一定范圍的天然應(yīng)力 這種巖體被撓動(dòng)后的應(yīng)力稱為“重分布應(yīng)力”或“二次應(yīng)力” 地下洞室二次應(yīng)力天然應(yīng)力+開挖附加應(yīng)力,三、研究巖體天然應(yīng)力的意義 一）意義：在巖土工程中 1.邊坡開挖 坡面回彈變形 坡體二次應(yīng)力地應(yīng)力+開挖效應(yīng) 釋放荷載 坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)：剛體質(zhì)量消失 基于應(yīng)力的強(qiáng)度分析 2.壩基：二次應(yīng)力場(chǎng)地應(yīng)力+開挖效應(yīng)+建筑物附加應(yīng)力場(chǎng) 3.地下洞室：地應(yīng)力 圍巖穩(wěn)定分析（圍巖的變形、穩(wěn)定）的基本荷載（力源）， 二次應(yīng)力初始地應(yīng)力+開挖效應(yīng)附加應(yīng)力場(chǎng),二）、地應(yīng)力與地下洞室的關(guān)系 1、縱軸線與1近于平行（二灘尾水洞崩塌?。└拭C金川隧洞 2、水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力比值與體形關(guān)系 1 2高度小寬度大，近似橢圓形 2 1高度大寬度小，近似橢圓形 三）、地應(yīng)力對(duì)工程的影響 我國二灘（玄武巖），美國大古星（花崗巖）壩基開挖 像剝洋蔥頭一樣，剝了一層又一層。處理方法：迅速澆注砼，高壓固結(jié)灌漿 巖爆：在高地應(yīng)力區(qū) 洞室開挖 彈性能釋放 大的巖塊墜落，小巖塊彈射太平驛,5.2 巖體中的地應(yīng)力分布 一、地應(yīng)力分布規(guī)律 1、三向不等壓的空間地應(yīng)力場(chǎng)，其大小和方向隨時(shí)間和空間變化 2、垂直與水平應(yīng)力的關(guān)系 1）垂直應(yīng)力z，主要受上覆巖體自重形成： ， （ ） 2）水平應(yīng)力h,a:水平巖層： b：河谷（4個(gè)分區(qū)：應(yīng)力松弛區(qū)，過渡區(qū)，平穩(wěn)區(qū)，集中區(qū)） 岸坡：1/坡岸， 3岸坡 谷底：1水平，1= h z （應(yīng)力集中） c：水平向地質(zhì)構(gòu)造+自重 1 /主要構(gòu)造方向，且1 z ， d: 若0.5 k0=1 h=z 靜水壓力 海姆假設(shè)”,5.3 巖體地應(yīng)力的量測(cè) 量測(cè)分為現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)和室內(nèi)量測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)可反映巖體性質(zhì)，成本高，周期長，室內(nèi)量測(cè)時(shí)間短，經(jīng)費(fèi)省。 應(yīng)力間接物理量；變形、應(yīng)變直接物理量 一、現(xiàn)場(chǎng)量測(cè) 一）、應(yīng)力解除法 具體有：孔徑變形法，孔底應(yīng)變法，孔壁應(yīng)變法 基本原理：（共同點(diǎn)）通過解除巖體中應(yīng)力 量測(cè)孔徑（孔底、孔壁）變形（應(yīng)變） 利用彈性理論 反求外部釋放應(yīng)力（地應(yīng)力）,1、孔徑變形法 1）假定鉆孔方向/3 程序：a：用130mm鉆頭鉆孔至預(yù)定深度； b：用36mm小鉆頭鉆孔h2630cm，孔底磨平； c：安裝孔徑變形儀； d：安裝130mm空心鉆頭套鉆 e：折斷巖芯 （平面應(yīng)力） 平面應(yīng)變以 置換 測(cè)三個(gè)孔徑變形量 代入：,2）若鉆孔方向不平行于 采用三孔交匯方法：每個(gè)孔（與鉆孔軸線垂直平面內(nèi)）： 兩個(gè)正應(yīng)力，一個(gè)剪應(yīng)力（三個(gè)分量） 三個(gè)孔：33 九個(gè)方程聯(lián)立求空間主應(yīng)力（6個(gè)獨(dú)立未知量）,2.孔底應(yīng)變法 量測(cè)a、b面內(nèi)，在套鉆過程中產(chǎn)生的應(yīng)變 孔底主應(yīng)變 主應(yīng)力 （5-6） 空間主應(yīng)力 采用三孔交匯方法進(jìn)行。,3.孔壁應(yīng)變法 特點(diǎn)：單孔 可以量測(cè)空間地應(yīng)力，方便!（需套鉆 解 除應(yīng)力 測(cè)孔壁應(yīng)變（初） 推算P釋放應(yīng)力 鉆孔前：孔壁（r=r0）上，應(yīng)力：z，z 外部應(yīng)力： ， ， ， ， ， 二者關(guān)系： （5-8） 由孔壁：一個(gè)測(cè)點(diǎn)三個(gè)方向（切向+軸向+450方向）應(yīng)變 ， ， ， 由三個(gè)測(cè)點(diǎn) 可建立九個(gè)方程 解出地應(yīng)力 ， ， ， ， ，,二）、應(yīng)力恢復(fù)法 a)在量測(cè)部位 磨平 貼應(yīng)力片 初始讀數(shù) b)開挖（沿與待測(cè)主應(yīng)力垂直方向開槽） 地應(yīng)力釋放 應(yīng)變?cè)黾?c)利用扁千斤頂反向加壓（應(yīng)力恢復(fù)） 使應(yīng)變讀數(shù)恢復(fù)至初始讀數(shù) 地應(yīng)力反向油壓 特點(diǎn)：適合淺表部，當(dāng)非主應(yīng)力面（存在影響）和加載與卸載不同時(shí)，誤差！ 二、地應(yīng)力室內(nèi)量測(cè) AE法AE500B “凱塞效應(yīng)”,5.4水平洞室圍巖的應(yīng)力計(jì)算 在前面介紹了巖體地應(yīng)力的形成與量測(cè)方法 工程應(yīng)用：關(guān)心的洞室的二次應(yīng)力（重分布應(yīng)力）初始應(yīng)力+洞室的開挖附加應(yīng)力 洞室強(qiáng)度復(fù)核 圍巖是否穩(wěn)定 一、圓形洞室,初始地應(yīng)力：z，n，其中： (K00， ，1.0不計(jì)水平構(gòu)造作用) 當(dāng)洞室埋深H30，近似認(rèn)為洞頂洞底z近似相等，側(cè)壓為均布，對(duì)于圓形洞室可簡化“無限平板中含圓孔+外部均布面力”。借用彈性理論： (4-15),討論： 10 洞頂，洞底受拉， ， 兩側(cè)受壓， 隨r分布 見p112，圖5-9。,20 K0=1( )則： 當(dāng) 時(shí), , （與無關(guān)，即洞周 ） 隨 分布見P113 圖5-10 另外：從5-15式中，若取 則： 非常接近原巖應(yīng)力 30 最好直接由（5-14）計(jì)算 或查有關(guān)手冊(cè)、圖表。,二、橢圓洞室 設(shè)橢圓長半軸 ，短半軸 ， -橢圓偏心角 由彈性理論推導(dǎo)出橢圓上P點(diǎn)切向應(yīng)力。,論證： 1）令 （洞頂） 若 0 受拉 受壓 2)令 若 =0 受拉 受壓 3)若 由 （即長短軸 與成反比），滿足此條件 設(shè)計(jì)中可以根據(jù) 通過調(diào)整 使切向均勻變壓！,三、矩形洞室 其中根據(jù) ， 查表計(jì)算（ 還與部位有關(guān)）。 四、復(fù)式洞室,第六章 山巖壓力與圍巖穩(wěn)定性 第一節(jié) 概述 山巖壓力的概念 地下洞室開挖引起圍巖變形，應(yīng)力重分布二次應(yīng)力達(dá)到圍巖強(qiáng)度破壞，坍落防止坍落，保持圍巖穩(wěn)定支護(hù) 支護(hù)的作用：1 承擔(dān)坍落巖塊的重量（松動(dòng)壓力）； 2 限制圍巖變形（形變壓力） 所以：山巖壓力：指由于地下洞室開挖形成的圍巖變形或破壞，且作用于襯砌（支護(hù)）上的壓力，包括松動(dòng)和形變壓力。,第二節(jié) 山巖壓力的影響因素 一、支護(hù)（襯砌）的作用 1、圍巖質(zhì)量優(yōu)良（完整、強(qiáng)度等）-地下洞室開挖后，圍巖僅產(chǎn)生彈性回彈，二次應(yīng)力小于圍巖強(qiáng)度，圍巖整體穩(wěn)定，支護(hù)（水工隧洞，較小糙率） 防止表層巖石風(fēng)化及局部剝落。 2、中等質(zhì)量巖石-地下洞室開挖后，圍巖產(chǎn)生彈性、塑性變形。一般具有粘性（變形隨時(shí)間發(fā)展），但圍巖整體穩(wěn)定，作用于支護(hù)上形變壓力。 3、質(zhì)量較差圍巖（破碎、軟弱巖體） -洞室開挖，塑性+粘彈性變形較大，二次應(yīng)力超過強(qiáng)度，局部圍巖不穩(wěn)定，形成松動(dòng)+形變壓力，由支護(hù)承擔(dān)。,二、影響山巖壓力的因素 1、初始地應(yīng)力-釋放荷載-二次應(yīng)力 松動(dòng)+變形 大小 2、洞室的形狀及大小-洞室形狀，大小 影響二次應(yīng)力 一般而言，圓形、橢圓、拱形 優(yōu)于其他洞形 圍巖壓力跨度近似成正比。 3、巖體質(zhì)量 巖石的強(qiáng)度，節(jié)理裂隙發(fā)育程度，節(jié)理的方向。 4、支護(hù)剛度與時(shí)間 剛度 約束變形能力 圍巖壓力 圍巖變位u隨t發(fā)展 最佳支護(hù)時(shí)間。 5、施工方法-開挖爆破形式：鉆爆法，全斷面掘進(jìn)機(jī) 6、洞室埋深-淺埋洞室 承擔(dān)洞頂巖體重量。深埋：承擔(dān)壓力拱至洞頂之間巖體重量。 圍巖彈性變形 彈性回彈 圍巖壓力與埋深有關(guān) 圍巖塑性變形 與（埋深有關(guān)，涉及1，3大小影響變形量大?。?第三節(jié) 堅(jiān)硬巖體的應(yīng)力和穩(wěn)定驗(yàn)算 根據(jù)前面介紹：地應(yīng)力特征（ ， 分布）+洞形、尺寸計(jì)算洞壁周邊切向 及 然后，分布及進(jìn)行圍巖的強(qiáng)度校核： 1） ，取值注意圍巖質(zhì)量； 2） ，取值0.5Rc0.6Rc 不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度破壞。,第四節(jié) 壓力拱理論 （研究破碎巖石的松動(dòng)壓力山巖壓力） 一、垂直山巖壓力 洞頂：洞室 （拉應(yīng)力）隨r 過渡壓力應(yīng)力。從巖體強(qiáng)度看： 很低 洞壁開裂 形成松動(dòng)區(qū) 垂直山巖壓力， 很高 圍巖穩(wěn)定。 確定垂直山巖壓力 關(guān)鍵在于松動(dòng)區(qū)的體形（壓力拱形狀） 1、巖石堅(jiān)固系數(shù)概念 由M-h: ,變形 ，要求 。 代入： 其中： -巖石的堅(jiān)固系數(shù)，當(dāng)c0， （松散介質(zhì)） 一般地應(yīng)力根據(jù)圍巖質(zhì)量分類確定,2、壓力拱的形狀 根據(jù)普氏理論，-比較破碎巖體，地下洞室開挖： 側(cè)墻：剪切破裂+頂拱“壓力拱” 壓力頂拱跨度：,確定破碎巖石頂拱以上圍巖不抗拉 頂拱切開面：T為壓力 對(duì)任意截面彎矩0 將A點(diǎn)：x=b2,y=h代入： 所求T：由 ， 及 ， 為保持A點(diǎn)穩(wěn)定：TF,取 （安全） 代入： 拋物線 （頂拱x=0,y=0） , 任意點(diǎn)：,二、側(cè)向壓力 利用主動(dòng)朗肯土壓力公式： 洞頂： 洞底： 總壓力： 三、壓力拱理論適用條件 條件：頂拱以上要能形成壓力拱， 要求：埋深 ，明挖， （粉砂土、淤泥等）,四、不能形成壓力拱（淺埋洞室）山巖壓力計(jì)算 洞室開挖： 側(cè)墻破裂面BE,DE(通頂) 頂拱以上：EEEE下沉 頂拱山巖壓力 EEEE巖體重量EE兩側(cè)摩擦力 即,頂拱單位長度壓力： 適用條件： 由 取極大值 當(dāng) 取極大值 ,當(dāng) , 方法適用條件: 結(jié)論:1）偏于安全，可直接按 計(jì)（不計(jì)兩側(cè)摩擦力） 2）有地下水作用， ，加上水壓力,第五節(jié) 太沙基理論 太沙基理論是將地層看作松散體（淺埋洞室），從應(yīng)力傳遞概念出發(fā)推出作用于襯砌上的垂直壓力。 取 原理，平衡條件： 變形: (6-17) 邊界條件： ， 求解上述微分方程,討論：10當(dāng)z=H時(shí)，支護(hù)壓力q: 20進(jìn)一步 (深埋洞室) 與 無關(guān) 30若側(cè)面巖石不穩(wěn)定，沿 滑裂面滑移，則洞頂垂直壓力 的計(jì)算： 只以 代入即可 側(cè)壓仍按朗肯主動(dòng)土壓力公式計(jì)算！,第六節(jié) 彈塑性理論 一、概述： 在前面介紹，山巖壓力分為松動(dòng)壓力： 圍巖質(zhì)量和自承能力較差 普氏、太沙基理論等，變形壓力 圍巖質(zhì)量和自承能力較強(qiáng) 彈塑性理論 芬納公式 二、芬納公式 一）、洞室開挖后圍巖應(yīng)力重分布（ ） 區(qū)：應(yīng)力松弛區(qū)（松動(dòng)區(qū)）， 區(qū)：應(yīng)力增高區(qū)，二者都是應(yīng)力重分布區(qū) 塑性區(qū)半徑 ， 區(qū)：彈性區(qū),二）、變形壓力公式推導(dǎo)： 沿垂直洞軸線切取單位 厚度 平面問題。 在塑性區(qū)內(nèi)取微分體 （切向 ，徑向 ） 平衡條件（方程） 很小， 代入 （6-20） 在塑性取內(nèi)， ， 除滿足平衡條件外，還應(yīng)滿足塑性屈服條件（MohrZ準(zhǔn)則） 此處： , 代入 （6-26）,由(6-24)+(6-26)聯(lián)立，消去 得 (6-27) 求解（6-27）微分方程，并注意邊界條件 (6-28) 其中 以r0為內(nèi)徑，為外半徑厚壁圓筒彈性公式 當(dāng) 時(shí)， 取 導(dǎo)出 處（洞壁處）支護(hù)力： (6-21),討論： 10 （開挖洞徑）成正比， 成反比（即塑性區(qū) 適度） 20 處初始地應(yīng)力 (洞中處) 30 涉及塑性區(qū)巖體 ， 值，一般選用殘余值（爆破松動(dòng)） 40從（6-29）式可得塑性區(qū)半徑： 當(dāng) =0（不支護(hù)時(shí)） 50若前面微分體推導(dǎo)中計(jì)入c值 類似推導(dǎo) 修正芬納公式,三卡柯公式 在芬納公式推導(dǎo)中： 1）未計(jì)塑性區(qū)體力 2）塑性區(qū)與彈性區(qū)位移、應(yīng)力連續(xù)、實(shí)際洞頂“脫開” 引入后可導(dǎo)出卡柯公式： （6-47） 計(jì)算 時(shí)，需已知 （可通過聲波測(cè)試） “洞底未脫開” 與芬納公式較吻合 “洞頂可能脫開” 與卡柯公式協(xié)調(diào),第七節(jié) 地質(zhì)分析法計(jì)算山巖壓力 前面介紹的山巖壓力（普氏理論，太沙基，彈塑性理論）分析方法圍巖均質(zhì)，沒有考慮軟弱結(jié)構(gòu)面切割的影響，而實(shí)際工程，由于軟弱結(jié)構(gòu)切割形成的塊體穩(wěn)定性非常關(guān)鍵 重點(diǎn)分析！例如：ABC不穩(wěn)定 需要支護(hù) “ABC”體重量 形成山巖壓力！ 具體分析： 一、洞頂“懸空體” 山巖壓力： 關(guān)鍵確定懸空體的體形！! 二、洞頂分離體沿某一軟面滑動(dòng) 由AC,CD,BD節(jié)理面切割 “ABCD”塊體 AC面+CD面拉裂 沿BD面滑動(dòng) 山巖壓力： 方向沿 :弧AB段山巖壓力：,三、洞側(cè)壁分離體沿某一軟弱面滑動(dòng) “ABC”沿AC面滑動(dòng)，(Q向AC面投影) 山巖壓力： （Q下滑力）,校核： 洞頂：沿節(jié)理是否產(chǎn)生滑動(dòng)； 側(cè)墻：沿節(jié)理是否產(chǎn)生滑動(dòng) 確定支護(hù)力 假設(shè)洞壁（ ），節(jié)理面 由（ ） 節(jié)理（ ） 由 ，由第三章（3-97）p63 (6-53) 不穩(wěn)定 分析：1、側(cè)壁上： 直墻 ， 圓形 ， 代入： 若上式存在，天然條件不穩(wěn)定 離場(chǎng)加支護(hù)（提供 支護(hù)力） 并使 令 式中 由洞形+ 、 +部位計(jì)算（5-4節(jié)）,2、洞頂： ， 代入，類似推導(dǎo)： 不穩(wěn)定條件： 支護(hù)力： 3、對(duì)洞壁任意點(diǎn)p 求任意點(diǎn)p，切向應(yīng)力： ， 計(jì)算 ， +結(jié)合洞形計(jì)算。 任意點(diǎn)： 由應(yīng)力轉(zhuǎn)軸或M-h圖推求 頂層面法向應(yīng)力： 切向應(yīng)力： 代入 （6-67）,第八節(jié) 噴錨支護(hù)原理和設(shè)計(jì)原則 一、噴錨支護(hù)原理： 1、原理 地下洞室開挖 圍巖變形 發(fā)展 不變約束（支護(hù)） 充分發(fā)展 破壞 形成松動(dòng)壓力 適度發(fā)展 施加約束（支護(hù)） 承擔(dān) 變形壓力 從前面芬納公式推導(dǎo)結(jié)果 支護(hù)力： 成反比 關(guān)系 見右圖 （ 洞壁變位 ）,A、支護(hù)時(shí)間 由圖可見， 而 注意：點(diǎn)： （ ）過大 塑性破壞 松動(dòng)壓力 反而加大 假設(shè)洞室開挖 后，支護(hù)。洞室變位：支護(hù)前： ;支護(hù)后（支護(hù)與圍巖共同變位） 至A點(diǎn)平衡。 顯然： 愈小 愈小， 愈大 支護(hù)力 即 說明在圍巖保護(hù)圍巖條件下（不出現(xiàn)松動(dòng)破壞），支護(hù)前圍巖變形愈充分則 愈小。 B、支護(hù)剛度影響 1)由平衡 支護(hù)剛度相同， 的影響 2） 不平衡，支護(hù)剛度影響,2、噴錨支護(hù)的特點(diǎn)： 在洞室開挖后及時(shí)向圍巖表面噴一層砼，必要時(shí)增設(shè)部分錨筋，從而及時(shí)有效地控制和調(diào)整圍巖變形和應(yīng)力重分布范圍，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，達(dá)到安全和經(jīng)濟(jì)的支護(hù)目的。 特點(diǎn)：1、及時(shí)、緊貼、柔性 較小變形壓力 2、支護(hù)與圍巖共同作用（與傳統(tǒng)剛性支護(hù)（松動(dòng)壓力）山巖壓力 設(shè)計(jì)支護(hù)觀點(diǎn)相反，維持穩(wěn)定） 二、噴錨支護(hù)的設(shè)計(jì)原則 根據(jù)圍巖分類和地質(zhì)分析，借用 工程類比和計(jì)算確定噴錨支護(hù)系數(shù) 一）、整體圍巖 圍巖特點(diǎn)：巖塊強(qiáng)度高， 節(jié)理裂隙不發(fā)育，整體性良好,噴錨支護(hù)：巖壁表層噴薄層砼 防止風(fēng)化（巖體出現(xiàn)破碎） 在主應(yīng)力區(qū) 布置預(yù)應(yīng)力錨桿 以減小拉應(yīng)力水平，或轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力 錨桿長度 穿過拉應(yīng)力區(qū)，錨固至壓力區(qū)(天生橋二級(jí)調(diào)壓井事故)！ 二）、塊狀圍巖 圍巖特點(diǎn)：節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖切剖成塊狀，其中巖塊強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)面錯(cuò)動(dòng) 控制巖塊穩(wěn)定 關(guān)鍵塊體 關(guān)鍵塊 控制 重點(diǎn)加固（錨桿、噴砼）,1、錨桿加固關(guān)鍵塊體（危石） 取危石ABC 重量G，沿錨桿EF的分力T，沿破裂面AB的分力Q 錨桿的拉力 剪力： 確定錨桿的截面積 2、錨桿加固圍巖裂隙面 洞頂裂隙面AB，水平向壓力P，錨桿預(yù)應(yīng)力T 要求校核沿AB面是否滑動(dòng)，挽救，保護(hù)穩(wěn)定 計(jì)算所需T 沿AB面法向力： 抗滑力： 沿AB面滑動(dòng)力 由 3、噴砼層支護(hù)危石 1）按“沖切型”破壞驗(yàn)算噴層厚度 設(shè)危石重G,底面周邊長 ,噴層厚度h，砼抗拉強(qiáng)度 不發(fā)生“沖切型”破壞條件 (穿透噴層),2）按“撕開型”驗(yàn)算噴層厚度 驗(yàn)算巖面與砼噴層之間的粘結(jié)力是否滿足強(qiáng)度要求 根據(jù)彈性地基梁理論推導(dǎo)：（設(shè)噴層與巖面間的粘結(jié)強(qiáng)度 ） 巖面與噴層間最大拉應(yīng)力 其中 砼彈模 巖體彈性抗力系數(shù)（抗拉） 危石的底面周長 噴層厚度 強(qiáng)度條件： （面上） -砼巖石之間的粘結(jié)強(qiáng)度 由 中取最大值！,三)層狀巖石 洞室開挖后由層面粘結(jié)強(qiáng)度很低，洞頂塌落 工程上：一般采用錨桿形成“組合梁”保持穩(wěn)定 錨桿的作用：增加層間握裹力，切向摩擦力 四）軟弱圍巖 特點(diǎn)：圍巖強(qiáng)度很低（ ） 節(jié)理裂隙極度發(fā)育切割成散離體 1、由砼噴層支護(hù)可能產(chǎn)生的破壞模式： 在壓應(yīng)力集中區(qū)，發(fā)生剪切破壞 取圓形 ，砼抗剪強(qiáng)度 設(shè)計(jì)要求：噴層保 持圍巖穩(wěn)定！ 根據(jù)噴層 的受力情況，寫出水平向 平衡方程： 式中： 圍巖變形壓力 可采用芬納公式計(jì)算 由經(jīng)驗(yàn)：,2、由徑向錨桿形成承載環(huán)支護(hù) 設(shè)由徑向錨桿，形成厚度t的承載環(huán)， 由預(yù)應(yīng)力錨桿提供徑向應(yīng)力 其中 -每根錨桿預(yù)應(yīng)力， -縱向間距， -橫向周邊間距 未支護(hù)時(shí)： 發(fā)生塑性破壞： （單軸抗壓強(qiáng)度） 支護(hù)后： ， 產(chǎn)生破壞所需的切 向應(yīng)力（巖體切向應(yīng)力） 根據(jù)洞形+外部地應(yīng)力計(jì)算 根據(jù) T(b,a擬定)或擬定T 確定b,a,第八章 巖基的應(yīng)力與穩(wěn)定分析 第一節(jié) 概述 巖體的強(qiáng)度 基本理論 巖體的變形 地應(yīng)力 巖石力學(xué) 地下洞室應(yīng)力重分布（二次應(yīng)力） 山巖壓力、噴錨支護(hù)等 工程應(yīng)用 壩基穩(wěn)定 邊坡穩(wěn)定 建基面不均勻沉降 本章主要壩基穩(wěn)定 建基面及壩基應(yīng)力的強(qiáng)度復(fù)核承載能力復(fù)核 重力壩基 壩基穩(wěn)定重點(diǎn) 拱壩，壩肩（基）穩(wěn)定,第二節(jié) 重力壩壩基抗滑穩(wěn)定 大量工程實(shí)踐 大壩巖基建基面滑動(dòng)（表層滑動(dòng)） 表明，壩基穩(wěn)定 壩基（含軟弱結(jié)構(gòu)面，節(jié)理裂隙）深沉滑動(dòng) 一、表層滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算 設(shè)壩體重V，水平推力 壩基揚(yáng)壓力：V 砼巖石間 1.抗剪公式： （要求 ） 2.抗剪斷公式： （要求 ）,二.深沉滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算 壩基下巖體中結(jié)構(gòu)構(gòu)成多不相同，深沉滑動(dòng)穩(wěn)定復(fù)核首先應(yīng)根據(jù)壩基下巖體的結(jié)構(gòu)面位置，產(chǎn)狀，以及壩基巖體受力特點(diǎn)，確定壩基可能產(chǎn)生的塊體，然后分析塊體的受力條件 確定塊體的抗滑安全系數(shù) 1.滑動(dòng)塊體的擬定（破壞機(jī)理） 2.最危險(xiǎn)滑塊的搜索 一）滑動(dòng)面傾向上游的情況 破壞模式：CB 拉裂面 塊體CBA 沿BA面滑動(dòng) 抗滑力： 滑動(dòng)力：,二）滑動(dòng)面傾向下游情況 破壞模式：塊體ABD沿AB面滑動(dòng) 推塊體BCD 剪斷BC面 滑出 分析： ABD滑移體 BCD抗力體 2.由力平衡條件，分別建立ABD，BCD平衡方程 3.將1.2塊聯(lián)合起來,根據(jù)1.2塊聯(lián)合的方式工程上分為三種方法： 1.拉力體極限平衡法 基本觀點(diǎn)：假定BCD抗力體處于極限平衡（ ）由滑移體ABD阻滑力與滑動(dòng)力 確定整體 1）由BCD處于極限平衡條件（假定 ） 抗滑力 滑動(dòng)力= 由：抗滑力=滑動(dòng)力 （814） 2）分析ABD塊體 抗滑力= 滑動(dòng)力= （815）,3）注意問題 a.AB面用 面用抗剪斷 b.實(shí)際工程中：B點(diǎn)位置， 角須要實(shí)驗(yàn)加以確定 搜索最危險(xiǎn)滑塊 c.若BC為一軟弱面（即壩基下雙軟弱面切割形滑塊） d. （含間斷裂隙面） 層理，節(jié)理，裂隙 則： 面 面類似處理 2.等 法（即假定滑動(dòng)塊ABD+抗力體BCD抗滑K相等） 1）分析滑動(dòng)塊ABD 抗滑力= 滑動(dòng)力= （816）,2）分析抗力體BCD 抗滑力= 滑動(dòng)力= （817） 由 代入（816）或（817）可確定 分析同樣存在上述四個(gè)應(yīng)注意問題 3.不平衡推力法 基本觀點(diǎn)：1.滑動(dòng)塊ABC抗滑力小于滑動(dòng)力 剩余滑動(dòng)力 作用于抗力體BCD 2.分析BCD抗力體在剩余推力及自重荷載作用下的K 具體： 1）分析滑力體ABD 滑動(dòng)力= 抗滑力=,剩余滑動(dòng)力 2）分析抗力體BCD 注意三種分析方法的不同物理意義！,第三節(jié) 拱壩壩肩穩(wěn)定性分析 分析方法與重力壩基穩(wěn)定性分析類似，關(guān)鍵： 1.確定可能滑動(dòng)的塊體 2.分析作用于塊體上的抗滑力及滑動(dòng)力 一壩肩抗力體中存在垂直與水平滑移面 滑動(dòng)塊體受力 拱壩力P分析： 與面1垂直水平分量H 與面2垂直鉛垂分量V 滑動(dòng)力：Q（水平向指向坡外） 抗滑力 下滑力=Q,二、壩肩抗力體滑塊由傾斜側(cè)側(cè)面+緩傾底滑面+上抗裂面構(gòu)成 分析：將H，V，W分別向n1,n2方向投影 由 則：,第九章 巖坡穩(wěn)定分析 第一節(jié) 概述 邊坡：