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《水工隧洞衬砌结构作用的探讨_李效泉》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、《工程力学,增刊20X()年水工隧洞衬砌结构作用的探讨李效泉闰红梅张群波刘国玉(水利部黄委会设计院.郑州450以)3),:提要本文在概述并分析围岩变形破坏机理的基础上探讨了围岩与隧洞衬砌相互作用问题指出水工隧洞衬砌结构的重要作用是稳定地层运动,水,。工隧洞的衬砌设计是个地层加结构问题重点在地层上结构设计应采用以概率理论为基础的极限平衡状态设计理论和分项系数设计方法。关键词:衬砌结构围岩变形作用时间效应问题的提出,.水工隧洞衬砌的作用即是水工隧洞衬砌的用途水工隧洞的衬砌一般是指混凝土衬砌或钢筋混凝土衬砌。水工隧洞的衬砌
2、对平整围岩表面、减少糙率、防止渗漏,防止水流、大气、温度和温度变化等对围岩的冲刷和破坏作用是显而易见的。人们还往往认为,隧洞衬砌在结构上主要是承受地层的荷载。这种认识是不全面的,实际上隧洞衬砌最重要的结,。构作用是稳定地层运动而不是承受山岩压力应该承认,水工隧洞衬砌并不是荷载作用很明确的独立结构,其变形也不受其内部弹性拉力的支配。其实,作用在水工隧洞衬砌上的荷载都是不大明确的,其性态受围岩特性的控制。水工隧洞的衬砌设计不是个单纯结构设计问题,而是个地层加结构问题,且重点在地层上。2围岩变形破坏的机理,,,在岩体中开挖
3、隧洞后岩体中就形成了一个自由空间原来处于平衡状态的岩石由于解除了周围岩体的束缚力而发生向洞内松胀变形。如果这种变形超过了围岩本身所承受,。,。的能力则围岩就要发生破坏由于围岩特征的不同则其变形和破坏的机理也不尽相同2.1坚硬块状岩体中围岩变形破坏机理坚硬块状岩体岩性坚硬完整,力学强度高且抗变形能力强,薄弱点是岩体中存在的节理面。对这类岩体可视为均质的、各向同性的连续介质,其围岩具有很好的自稳性能,常,,。。。。v表现为弹性变形其变形的大小受岩体初始地应力的制约在/<0.33的初始地应,,,,力场中洞室断面的宽高比大于
4、l时断面的顶部是应力集中区一般有岩爆发生其应力的增加是随断面宽高比的增加而加大。一般情况下,这类岩体的变形破坏受地应力的控,,。制但当围岩中具有软弱结构面时局部也会形成不稳定块体2.2层状岩体中围岩变形破坏机理,,1963年出生,李效泉男工程师《工程力学》增刊的年20在,、,、。层状岩体中薄弱面以层理节理为主并常夹以软弱夹层层间滑动面力学属性。。为正交各向异性近似连续介质应力应变特性受岩层组合控制其围岩除出现不稳定楔,、、。形体滑移外常表现为层面张裂岩层弯曲折断而向洞内滑移或塌落变形破坏特征受。,,产状控制在水平层状
5、岩体中由于顶板拉力比块状围岩大同时侧壁围岩主压应力垂直,,,、于层面而垂直层面的弹模较小会引起顶板较大下沉从而使顶板岩性发生纵向开裂、。。,岩层弯曲折断并塌落塌落体形状多为三棱体在倾斜层状的围岩中常表现为沿倾斜,,,.方向的一侧拱脚以上的坍滑另一侧边墙滑移形成不对称的塌落拱并出现偏压在直,,,立层状围岩中当洞轴线平行岩层走向时由于顶板应力方向垂直层面使顶板发生沿层,.、面纵向拉裂并在自重作用下拉断在拱脚与边墙因压应力平行层面而发生纵向弯曲压,。,。断进而危及拱顶稳定当洞轴线与岩层走向有一定夹角时围岩的稳定性会有较大改
6、善2.3碎裂岩体中围岩变形破坏机理,。,碎裂岩体中围岩变形破坏规模取决于岩体的破碎程度和含沙量的多少夹泥量大,,,,。岩块间则失去刚性接触易形成大的塌方若不及时支护将会愈演愈烈直至冒顶当,,、,,夹泥较少破碎块间则是刚性接触变形时岩石互相挤压错动将产生一定阻力团而。.不致形成大规模塌方这类围岩明显地属于松散介质2.4松散岩体中围岩的变形破坏机理通常把岩块形成形式为鳞片状、碎屑状、颗粒状及碎块状,且具有大量夹泥,岩块呈棱.、。面接触的岩体称为松散岩体其力学属性常表现为弹塑性塑性或流变性岩体的整体强度遭较大破坏而接近松散
7、介质。这类围岩极易变形,并常表现为塌方、滑动、塑性挤入等变形破坏形式。3围岩与衬砌的相互作用3.1围岩变形的时间效应,,。水工隧洞开挖以后开挖周边上的岩体失去了原有的支撑力而发生向洞内变形小,。浪底水利枢纽工程在3条导流洞开挖过程中曾对围岩开挖后的变形情况进行了监测围,岩变形值是通过收敛仪和高精度水准仪观测洞周及顶拱变形取得的对m类围岩各测点变,。形过程线见图1对断层破碎带各测点变形过程线见图2,601。、六巨巫巫」(n曰.,,性河以二划J/低翼引走墓图1一图2《工程力学》增刊以年),,、变形发展过程分析m类围岩稳定
8、时间为10~20天1W类围岩稳定时间为20~30,.,,天V类围岩稳定时间为3)50天而对于稳定状态不佳的围岩施加支护措施后围岩,但稳。,、变形仍有发展定性有所加强监测资料表明围岩变形受到支护形式支护时机和。,支护参数的制约和控制分析两种不同类型围岩变形过程线表明围岩变形中空间效应是主,,,要的时间效应比重较小岩体质量较好的洞段时间效应很少但在
