水工隧洞的设计与计算

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1、第五节围岩抗力与极限承载力*、围岩抗力的概念•洞室由于存在很高的内水压力作用，迫使衬砌向围岩方向变形，围岩被迫后退时，将产生一个反力来阻止衬砌的变形。围岩对衬砌的反力称为网岩抗力，或称弹性抗力。•围岩抗力愈大，愈有利于衬砌的稳定。围岩抗力承担了一部分内水压力，从而减小了衬砌所承受的内水压力，起到了保护衬砌的作用。•充分利用围岩抗力，可以大大地减薄衬砌的厚度，降低工程造价。•围岩极限承载力是表征围岩承扪内水压力能力的指标。它主要与围岩的强度性质及天然应力状态有关。二、围若抗力系数及其确定1、围岩抗力系数闹岩抗力系数是表征围岩抵抗衬砌向闹岩方向变形能力的指标，定义为使洞壁围岩产生一

2、个单位径向变形所需要的内水压力。为洞壁受到的内水压力；/为洞壁围岩向外产生的径向位移。围岩抗力系数愈大，说明围岩受内水压力的能力愈大。2、单位抗力系数（々《）Y值不是一个常数。它随洞室尺寸而变化，洞室半径越大，Y值越小。为便于应用，特提出单位抗力系数的概念。单位抗力系数是指洞室半径为100cm时的抗力系数值。确定方法：直接测定法、计算法和工程地质类比（经验数据）法。三、围岩极限承载力的确定1、围岩极限承载力的定义围岩极限承载力是指围岩承担内水压力的能力。闹右极限承载力与闹岩的力学性质及天然应力状态有关。有压洞室开挖以后，围岩处于重分布应力状态屮。当洞壁受到高压水流的作用时，围岩

3、内乂产生一个附加应力，使围耑内的应力再次分布，产生新的重分布应力。如果两考叠加后的围畀应力大于或等于围岩的强度时，则围岩就要发生破坏，否则围岩不破坏。2、自重应力作用下的围岩极限承载力设有一半径为％的圆形有压隧洞，开挖在仅有自重应力i=Xpgh）作用的岩体中；洞顶埋深为h;洞内壁作用的内水压力为无水压力时，洞壁上的重分布应力&引起的洞壁上的附加应力有水压力时，洞壁上的重分布应力囤岩极限平衡条件围岩极限承载力p{L=—+2cos20)+2(1-2cos2^)](l+sin^M)+cos#M2上覆岩层的极限厚度洞顶上覆岩层的极限厚度2(H^cos〜)死(32-1)(1+sin‘)3

4、、天然应力作用下的围岩极限承载力把铅直天然应力'.和水平天然应力代入到洞壁重分布砬力计算公式中，就可以得到天然应力作用下的围岩极限承载力=-K^r+^)+-<^h)cos20](l+sin^M)+CMcos^围岩的极限承载力山岩体天然应力和内聚力两部分组成的。因此，当岩体的G,，心一定时，围岩的极限承载力取决于天然应力的大小。第三节边坡岩体稳定性分析的步骤一、概述边坡岩体稳定性预测，应采用定性勹定量相结合的方法进行综合研允。•定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断•定ffi分析是在定性分析的棊础上，应用一定的计算方法对边坡岩体进

5、行稳定性计算及定S评目前运用最力广泛的定量分析方法是块体极限平衡法。1、块体极限T衡法的假设条件（1）边坡岩体将沿某一结构面（滑动面）产生滑移剪切破坏:（2）滑体在滑动过程屮相对位置不变化，即为刚体；（3）滑动面上的应力分布均匀；（4）不考虑滑体两侧的抗滑力。2、稳定性系数在上述假设的基础上，按下式计算稳定性系数：（1）若"〉1，稳定（2）z/=1,不稳定在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差，因此，为保险起见，引入安全系数的概念。3、块体极限T:衡法步骤儿何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界面及其组合关系，包括滑动面、切割面和临空面三种。滑动面是指起滑动（即失稳岩体沿

6、其滑动）作用的面，包括潜在破坏面。切割面是指起切割岩体作用的面，由于失稳岩体不沿该面滑动，因而不起抗滑作用，如平面滑动的侧向切割面。临交面指临交的向由面，它的存在为滑动岩体提供活动交间，临空面常由地面或开挖面组成儿何边界条件分析的内容是查清岩体屮的各类结构面及其组合关系，确定出可能的滑移面、切割面。几何边界条件分析的目的是确定边坡中nJ能滑动岩体的位賈、规模及形态，定性地判断边坡岩体的破坏类型及主滑方叫。几何边界条件的分析可通过赤平投影、实体比例投影等图解法或三角几何分析法进行。三、受力条件分析在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承受的力的类型及大小、方14和合力的作用点统

7、称为受力条件。边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、静水压力、动水压力、建筑物作用力及震动力等等。1、地震作用水平地震作用FEK=aiG按地震烈度确定的水平地震影响系数地震烈度67890.0640.1270.2550.5102、水压力包拈滲透静水压力和渗透动水压力。静水压力——水对岩体的静压力，数值上等于岩体受到的浮力。动水压力——与水力梯度有关，数值上等于岩体受到的渗流阻力。四、确定计算参数试验数据极限状态下的反算数据经验数据从偏安全的角度起见，一般选用的计算参数，应接近于残余强度。研宂表明