高等岩石力学作业

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1、广西大学土木建筑工程学院硕士研究生课程论文课程高等岩石力学任课教师林育梁教授专业建筑与土木工程（岩土）研究生郭文广成绩11目录第一章绪论31.1关于土体隧洞围岩稳定性的研究现状及意义31.2关于土体隧洞围岩稳定性的研究方法及探索4第二章以洞周位移或收敛位移为判据存在的不足52.1弹性模量对洞周位移与安全系数的影响52.2断面形状与尺寸对相对收敛位移的影响5第三章以围岩塑性区大小为判据存在的不足63.1泊松比对塑性区大小的影响63.2不同数值分析软件对塑性区大小的影响63.3断面形状与尺寸对塑性区深度与洞跨比的影响7第四章黄土隧洞破

2、坏形式及安全系数的探索8第五章黄土隧洞的拉裂安全系数分析9第六章结论与建议10参考文献1011第一章绪论1.1关于土体隧洞围岩稳定性的现状研究及意义岩土工程的3个主要的研究对象为地基、边坡与隧洞，前两者均可进行岩土的稳定性分析，惟有隧洞围岩至今没有稳定性分析方法，这大大影响了隧洞工程的设计。当前，隧洞工程设计中围岩压力分为松动与形变压力，这是完全符合实际的。但何时采用松动压力，何时采用形变压力目前工程设计中没有明确的规定，而且当采用荷载–结构计算模式时，其荷载确定一般采用经验方法，而使计算具有经验性。另一种采用数值方法，可以考虑围

3、岩与支护的实际受力情况，合理地计算形变压力，但由于不能准确地确定围岩在何种情况下破坏，因而无法算出隧洞的安全系数。当前，按洞周位移或围岩塑性区大小对围岩是否破坏加以判别，但由于尚未找位移或塑性区大小与围岩破坏之间的定量关系，因而也按人们的经验而定。由此可见，如何进行隧洞围岩稳定性分析迫在眉睫。由于隧洞工程的复杂性，要摆脱隧洞工程分类的经验方法是不可能的，但对于一些地层较为简单的土质隧洞力争采用更为科学的稳定性评价方法，对于复杂的岩质隧洞也应当使经验方法更为细化和科学化，为隧洞设计提供理论支持，这也正是所要研究的目标，按照由简至繁的

4、原则本文先从无衬砌的土质隧洞开始研究。将有限元强度折减法引入到隧洞围岩稳定性分析是一种很好的思路，但是否合理还需要进行深入的研究。对土体隧洞，由于土体是均质的，而且强度可通过试验得到，因而可以通过计算引入安全系数作为土体隧洞的稳定性判据。对岩体隧洞，岩体是非等强的，把岩体视作均质体也是一种经验性假设。当前岩体隧洞分析中围岩分类是经验性的，围岩强度也是经验性的，因而计算中即使引入安全系数概念，其结果仍然是经验性的，很难有新的突破。但这方面的工作可以使现有经验更为精确化，如依据求得的安全系数来反算各级围岩强度参数，使参数更加符合工程实

5、际。11寻找岩体边坡中破裂面与安全系数，以往是把岩石视作均质岩体，但这种做法不能考虑结构面的分布，而且结构面强度与岩体强度往往相差几十倍，因而无法求得真正的破裂面与安全系数。近年来，逐渐依据岩体结构面分布状态并分别取结构面强度与岩块强度寻找破裂面和求安全系数，取得了良好的效果。同样，这种思路也适用于岩体隧洞，为岩体隧洞的稳定性分析提供了合理、可行的新路子。1.2关于土体隧洞围岩稳定性的研究方法及探索长期以来，地下隧洞围岩稳定性分析没有科学合理的方法，一直停留在以洞周某点位移或塑性区大小的经验值作为判断稳定性的依据。隧洞洞周位移或收

6、敛位移受围岩弹性模量、洞室形状大小等因素影响，洞周不同部位的位移值也不相同，很难找到统一的位移判据标准。以塑性区大小作为围岩稳定性的判据要优于位移标准，但围岩塑性区受泊松比、洞室形状大小等因素影响，不同软件计算出的塑性区大小也有差异，这种方法同样也不可靠。由此可见，传统的经验分析法不够合理。为此，提出将基于有限元强度折减法求出的安全系数作为稳定性分析判据，该判据有严格的力学依据，有统一的标准，而且不受其他因素的影响。以黄土洞室为例，提出洞室的剪切与拉裂安全系数的概念，通过不断折减土体的抗剪强度参数c，φ值或c，φ与抗拉强度，使黄土

7、隧洞围岩塑性区不断扩展，直至塑性应变或位移发生突变时，即表明隧洞发生剪切破坏，此时的折减系数即为剪切安全系数。通过不断折减土体的抗拉强度参数，使黄土隧洞内临空面处(不包括底部临空面)围岩出现第一个单元拉裂破坏时，即表明隧洞发生拉裂破坏，此时的折减系数即为拉裂安全系数。11第二章以洞周位移或收敛位移为判据存在的不足依据隧洞洞周位移或收敛位移作为围岩稳定性判别方法曾在一些规范中使用。由于可靠性不足，虽在施工中广泛应用，但在设计中较少应用，其原因有三：一是洞周各点的位移值是不同的，量测或计算的位移值并不一定就是最大的或关键的，因而，选择

8、的位移测点不同，其判别标准也不同；二是影响位移值的最主要因素是弹性模量，而不是强度，在实际工程中岩土的弹性模量是很难测准的，尤其是岩体的弹性模量。由于弹性模量不准会严重影响判据的准确性，这是以位移值作为经验判据的主要弱点；三是不同形状、不同大小的隧