地下硐室圍巖穩(wěn)定分析

1、5.地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析―――巖體力學(xué)作業(yè)之五一、名詞釋義一、名詞釋義1.圍巖：指由于人工開挖使巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化，而這部分被改變了應(yīng)力狀態(tài)的巖體稱為圍巖。地下工程開挖過程中，在發(fā)生應(yīng)力重分布的那一部分工程巖體稱為圍巖。2.圍巖壓力：地下洞室圍巖在重分布應(yīng)力作用下產(chǎn)生過量的塑性變形或松動破壞，進(jìn)而引起施加于支護(hù)襯砌上的壓力。作用在支護(hù)物上的圍巖的變形擠壓力或塌坍巖體的重力稱為圍巖壓力。3.靜水應(yīng)力狀態(tài)：在巖

2、石力學(xué)中，地下深部巖體在自重作用下，巖體中的水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力相等的應(yīng)力狀態(tài)。4.形變圍巖壓力：指圍巖在二次應(yīng)力作用下局部進(jìn)入塑性，緩慢的塑性變形作用在支護(hù)上形成的壓力，或者是有明顯流變性能的圍巖的粘彈性或者粘彈—粘塑性變形形成的支護(hù)壓力。一般發(fā)生在塑性或者流變性較顯著的地層中。5.松動圍巖壓力：指因圍巖應(yīng)力重分布引起的或施工開挖引起的松動巖體作用在隧道或坑道井巷等地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用壓力。一般是由于破碎的、松散的、分離成塊的或被破

3、壞的巖體坍滑運(yùn)動造成的。6.沖擊圍巖壓力：（1）是地下洞室開挖過程中，在超過圍巖彈性限度的壓力作用下，圍巖產(chǎn)生內(nèi)破壞，發(fā)生突然脆性破壞并涌向開挖(采掘)空間的一種動力現(xiàn)象。（2）強(qiáng)度較高且完整的彈脆性巖體過渡受力后突然發(fā)生巖石彈射變形所引起的圍巖壓力。7.膨脹圍巖壓力：在遇到水分的條件下圍巖常常發(fā)生不失去整體性的膨脹變形和位移，表現(xiàn)在頂板下沉、地板隆起和兩幫擠出，并在支護(hù)結(jié)構(gòu)上形成形變壓力的現(xiàn)象。8.應(yīng)力集中：受力物體或構(gòu)件在其形狀或尺

4、寸突然改變之處引起應(yīng)力在局部范圍內(nèi)顯著增大的現(xiàn)象。9.應(yīng)力集中系數(shù)：指巖體中二次應(yīng)力與原始應(yīng)力的比值，也可用井巷開挖后圍巖中應(yīng)力與開挖前應(yīng)力的比值來表示。10.側(cè)壓系數(shù)：巖體中一點(diǎn)的水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值。11.圍巖（彈性）抗力系數(shù)：當(dāng)隧洞受到來自隧洞內(nèi)部的壓力P時(shí)，在內(nèi)壓力作用下，洞壁圍巖必然向外產(chǎn)生一定的位移△α，則定義圍巖的彈性抗力系數(shù)為K＝P／△α。此時(shí)K的物理意義為促使隧洞洞壁圍巖產(chǎn)生單位徑向位移所需的內(nèi)水壓力值。12.單位

5、抗力系數(shù)：隧洞圍巖的彈性抗力系數(shù)不僅與隧洞的地質(zhì)條件有關(guān)，而且與隧洞的半徑有關(guān)，為了統(tǒng)一，在工程上規(guī)定洞徑為200cm時(shí)隧洞圍巖的抗力系數(shù)定義為單位抗力系數(shù)。二、填二、填空題1.研究巖石應(yīng)力狀態(tài)的目的在于正確認(rèn)識巖石的，闡明圍巖的，充分利用和發(fā)揮圍巖的，使工程設(shè)計(jì)更加合理安全和經(jīng)濟(jì)。2.作用于洞室圍巖支護(hù)上的壓力按形成機(jī)理可以分成四種：、、1和。3.巖體變形的不均勻，導(dǎo)致圍巖局部破裂的原因是巖體分布的不均勻性和（1）巷道周邊出現(xiàn)拉應(yīng)力的

6、條件是λ＜1／3；（2）評價(jià)θ＝0、π／2、π、3π／2處的應(yīng)力情況；（3）求不允許出現(xiàn)拉破壞時(shí)的最小支護(hù)阻力；（4）當(dāng)提供支護(hù)阻力P時(shí)，求巷道周邊的變形位移。注：已知圓形巷道重分布應(yīng)力公式為：。3.在中等堅(jiān)硬的石灰?guī)r中開挖圓形洞室。已知R0=3.0m，圍巖容重γ＝27KNm3，隧洞埋深為H=100m，圍巖的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C=0.3Mpa，φ＝300，試基于彈塑性理論求解如下各項(xiàng)：（1）當(dāng)塑性松動圈的半徑R=R0時(shí)的圍巖壓力；（2）允許塑

7、性圈厚度為2.0m時(shí)的圍巖壓力；（3）若石灰?guī)r的彈性模量為E=1200Mpa，泊松比為μ＝0.2，洞壁實(shí)測最大徑向位移為Umax=3.0cm，試計(jì)算圍巖壓力。4.設(shè)隧洞的最大內(nèi)水壓力Pi=3.0Mpa，隧洞半徑為R0=2.5m，用厚度為d=0.5m的混凝土襯砌。已知混凝土的彈性模量E1=2.0104Mpa，泊松比μ1＝0.17；巖石的彈性模量E2=1.0104Mpa，泊松比μ2＝0.25。試求距離隧洞中心4.0m處的附加應(yīng)力。5.在初始

8、地應(yīng)力場為σv=σh=σ0=40Mpa的巖體中開挖一直徑為R0=6.0m的圓形洞室。巖體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為C=2.9Mpa，φ＝300，巖體的剪切模量為G=0.5104Mpa。假定工程允許洞壁最大徑向位移U允＝2.5cm。試用修正的芬納公式求圍巖壓力。6.有一洞室，采用少筋混凝土襯砌，其端面尺寸為：寬度2b1=6米，高度h0=4.5＋1.5＝6.0米，其余尺寸見下圖所示。周圍巖石為不堅(jiān)硬的石灰?guī)r，γ＝26KNm3f＝4.0（φf=700）

9、。試求作用在洞室襯砌上的垂直圍巖壓力和側(cè)向圍巖壓力。第五節(jié)圍巖抗力與極限承載力一、圍巖抗力的概念?洞室由于存在很高的內(nèi)水壓力作用，迫使襯砌向圍巖方向變形，圍巖被迫后退時(shí)，將產(chǎn)生一個反力來阻止襯砌的變形。圍巖對襯砌的反力稱為圍巖抗力，或稱彈性抗力。?圍巖抗力愈大，愈有利于襯砌的穩(wěn)定。圍巖抗力承擔(dān)了一部分內(nèi)水壓力，從而減小了襯砌所承受的內(nèi)水壓力，起到了保護(hù)襯砌的作用。?充分利用圍巖抗力，可以大大地減薄襯砌的厚度，降低工程造價(jià)。?圍巖極限承載