圍巖壓力的確定高等教學(xué)

1、logo圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定1行業(yè)學(xué)習(xí)contents概述1圍巖壓力的確定22行業(yè)學(xué)習(xí)圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定1.概述3行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述1.巖體初始應(yīng)力狀態(tài)： 自重應(yīng)力 構(gòu)造應(yīng)力 地下水壓力 溫度應(yīng)力原巖原巖 毛洞毛洞穩(wěn)定洞室穩(wěn)定洞室開挖開挖支護(hù)支護(hù)4行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述2.圍巖壓力 引起地下開挖空間周圍的巖體和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形或破壞的作用力。狹義理解：圍巖壓力是指圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的力。圍巖壓力圍巖壓力地層對(duì)洞室的作用力地層對(duì)洞室的作用力廣義：包括有、無支護(hù)時(shí)的壓力廣義：包括有、無支護(hù)時(shí)的壓力狹義：僅指對(duì)支護(hù)的壓力狹義：僅指對(duì)支護(hù)的壓力5行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述3.圍巖壓力按作用力

2、發(fā)生形態(tài)分為： 松散壓力 形變壓力 膨脹壓力 沖擊壓力6行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述3.圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為： 松散壓力 常通過下列三種情況發(fā)生： 在整體穩(wěn)定的巖體中，可能出現(xiàn)個(gè)別松動(dòng)掉塊的巖石； 在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)片幫冒落；在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，圍巖某些部位沿弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等局部塌落。7行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述3.圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為： 形變壓力 是指由于圍巖變形受到與之密貼的支護(hù)如錨噴支護(hù)等的抑制，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。形變壓力除與圍巖應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)外，還與支護(hù)時(shí)間和支護(hù)剛度有關(guān)。 膨脹壓力： 是指由于圍巖吸水而膨脹崩解

3、所引起的壓力。它與形變壓力的基本區(qū)別在于它是由吸水膨脹引起的。 8行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述3.圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為： 沖擊壓力： 是指圍巖中積累了大量的彈性變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，能量突然釋放所產(chǎn)生的壓力。 沖擊壓力是巖體能量的積累與釋放問題，所以它與彈性模量直接相關(guān)。彈性模量較大的巖體，在高地應(yīng)力作用下，易于積累大量的彈性變形能，一旦遇到適宜條件，就會(huì)突然猛烈的大量釋放。9行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述4.影響圍巖壓力的因素：（一）地質(zhì)因素 1.巖體初始應(yīng)力狀態(tài) 2.巖石力學(xué)性質(zhì) 3.巖體結(jié)構(gòu)面 4.地下水等 （二）工程因素 1.施工方法 2.支護(hù)設(shè)置時(shí)間 3.支護(hù)本身剛度

4、4.隧道斷面形狀等10行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述5.圍巖松散壓力的產(chǎn)生 開挖隧道所引起的圍巖松動(dòng)和破壞的范圍有大有小，對(duì)于一般裂隙巖體中的深埋隧道，其波及范圍僅局限在隧道周圍一定深度，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖松散壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆巖層自重所造成的壓力，這可用圍巖的“成拱作用”來解釋。 通過一個(gè)在水平成層的圍巖中開挖隧道的例子，來說明隧道開挖后圍巖又變形到坍塌成拱的整個(gè)變化過程。11行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述自然拱自然拱12行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述5.圍巖松散壓力的產(chǎn)生 隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過程中，頂板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階段； 頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

5、松動(dòng)，可視為松動(dòng)階段； 頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步坍塌，可視為坍塌階段； 頂板塌落停止，達(dá)到新的平衡，此時(shí)其界面形成一近似的拱形，可視為成拱階段。13行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述(a) 變形階段 (b) 松動(dòng)階段 (c) 塌落階段 (d) 成拱階段14行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述6.自然拱的范圍的大小 除受上述的圍巖地質(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)外，還取決于以下諸因素： 隧道的形狀和尺寸（拱的范圍 ）：隧道拱圈越平坦，跨度越大，則自然拱越高，圍巖松散壓力也越大； 隧道的埋深（成拱的必要條件 ）：實(shí)踐證明，只有當(dāng)隧道埋深超過某一臨界值時(shí)，才有可能形成自然拱。習(xí)慣上稱這種隧道為深埋隧道，

6、否則為淺埋隧道。由于淺埋隧道不能形成自然拱，所以，它的圍巖壓力的大小與埋置深度直接相關(guān)。 施工因素（對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度）：如爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)，常常是引起塌方的重要原因之一，造成圍巖壓力過大，又如分部開挖多次擾動(dòng)圍巖，也會(huì)引起圍巖失穩(wěn)，加大自然拱范圍。15行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述16行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述17行業(yè)學(xué)習(xí) 1概述概述地層負(fù)溫度地層負(fù)溫度18行業(yè)學(xué)習(xí)圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定2.圍巖壓力的確定19行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定1.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法： 直接量測法 經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法 理論估算法20行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定1.圍巖壓力的

7、確定圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法： 直接量測法： 是一種切合實(shí)際的方法，對(duì)隧道工程而言，也是研究發(fā)展的方向；但由于受量測設(shè)備和技術(shù)水平的制約，目前還不能普遍常用。 經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法： 是根據(jù)大量以前工程的實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，按不同圍巖分級(jí)提出圍巖壓力的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，作為后建隧道工程確定圍巖壓力的依據(jù)的方法。是目前使用較多的方法。 理論估算法：是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上從理論上研究圍巖壓力的方法。由于地質(zhì)條件的不確定性，影響圍巖壓力的因素多，企圖建立一種完善的和適合各種實(shí)際情況的通用圍巖壓力理論及計(jì)算方法是困難的。 21行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定2.深埋隧道圍巖壓力的確定(工程類比法

8、)（1）深埋、淺埋的判別 隧道埋深不同，確定圍巖壓力的計(jì)算方法不同，應(yīng)以隧道頂部覆蓋層能否形成“自然拱”為原則。hp=（22.5）hq (式1）hp深淺埋隧道分界深度（m）；hq荷載等效高度（m），按式2計(jì)算hq= q/ (式2)q用公式計(jì)算出的深埋隧道垂直壓力（kn/m2）；圍巖容重（kn/m3）；在礦山法施工的條件下，ivvi級(jí)圍巖取hp =2.5 hq ；iiii級(jí)圍巖取hp =2.0 hq 。22行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定2.深埋隧道圍巖壓力的確定(工程類比法)（1）深埋、淺埋的判別 深埋隧道圍巖松散壓力值是以施工坍方平均高度(等效荷載高度值)為根據(jù)，為了形成此高度值，隧

9、道上覆巖體就有一定的厚度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)深度通常為22.5倍的坍方平均高度值。23行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定3.圍巖壓力計(jì)算方法（一）統(tǒng)計(jì)法我國隧規(guī)所推薦的方法：whhqsqq1245.0式中 ：圍巖容重； hq坍落拱高度； s 圍巖級(jí)別； w 寬度影響系數(shù)，由 w=1+i（b-5）計(jì)算： b 坑道寬度，當(dāng) b5m時(shí)，取 i =0.2，當(dāng) b5m時(shí)，取i =0.1。公式24行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定圍巖級(jí)別、 水平均布?jí)毫? 0.15q (0.150.3)q(0.30.5)q (0.51.0)q 表1圍巖水平均布?jí)毫鷰r水平均布?jí)毫σ姳?25行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確

10、定圍巖壓力的確定公式適用條件： 適用條件 h/b 1.7， 式中h 為隧道高度； 隧道開挖跨度小于15m。 ； 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般隧道； 采用鉆爆法施工的隧道。26行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍巖垂直松動(dòng)壓力的分布可概括為4種，如圖：圖 4-7圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形經(jīng)驗(yàn)公式僅針對(duì)圖中第一種情況。27行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定28行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定（二）普式理論散粒體理論：巖體被節(jié)理、裂隙所切割，視為散粒體。 普氏系數(shù)f(巖體堅(jiān)固性系數(shù)):0tantancf巖體堅(jiān)固性系數(shù) f 的概念： f是一個(gè)以巖

11、體強(qiáng)度為主的指標(biāo)，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。29行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定（二）普式理論前述自然拱概念最早由普氏提出：前述自然拱概念最早由普氏提出： fbhqb hkbthk bbht 自然拱的兩種形態(tài)30行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定堅(jiān)硬巖體: 松散破碎巖體： 式中bt為隧道凈跨度的一半；ht為隧道凈高度。一般來說，普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。 tbb 245tan0tthbb31行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定（三）泰沙基理論 理論：散粒體理論。假定：假定： 破裂面為折線破裂面為折線oab oab 方法：方法： 研究微分條帶研究微分條帶dh

12、dh的平衡。的平衡。 32行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定步驟： 1.v=0，建立微分方程 2.邊界條件：3.解微分方程，得：4.討論： 當(dāng)埋深h 達(dá)到一定程度時(shí)，v 為恒值： 取側(cè)壓力系數(shù)k=1， 則有： 0,0vh)1(tan0tan0bhkvekbkbv0tanf0tanhfbv33行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定4.淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法1）當(dāng)埋深（ h）小于或等于等效荷載高度hq 時(shí)（1）垂直壓力q= h式中： q垂直均布?jí)毫Γ╧n/m2）； 隧道上覆圍巖容重（kn/m3）； h隧道埋深，即隧道拱部至地面的垂直距離（m）。34行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力

13、的確定4.淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法（2）側(cè)向壓力35行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定4.淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法2）當(dāng)埋深（ h）大于hq 而小于hp時(shí)；采用松散介質(zhì)極限平衡理論進(jìn)行分析，即：圍巖松動(dòng)壓力=滑動(dòng)巖體重量滑面上的阻力。淺埋隧道荷載分布示意圖36行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定37行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定38行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定5.圍巖壓力的現(xiàn)場確定 實(shí)測圍巖壓力的方法很多，可歸納為兩類：直接量測間接量測直接量測：主要采用壓力盒、壓力傳感器等，壓力盒按工作原理分為機(jī)械作用式、電測式和液壓式等，目前使用較多的是鋼弦式壓力盒。39行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定40行業(yè)學(xué)習(xí)2.圍巖壓力