岩体力学第七章围岩压力.ppt

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1、1.绪论2.岩石的变形3.岩石强度理论4.岩体的变形与强度特性5.岩体天然应力6.地下硐室围岩应力7.围岩压力8.斜坡稳定性计算提纲§7.1概述§7.2松散围岩的围岩压力计算★§7.3块体平衡理论估算围岩压力§7.4弹塑性理论计算围岩压力★1§7.1概述另外，对于那些被软弱结构面切割成块体或极破碎的围岩，则易于向洞内产生滑落或塌落，使围岩失稳，造成所谓“冒顶”现象。在岩体内开挖洞室(例如水工隧洞、地下电站等)以后，岩体的原始平衡状态被破坏，发生应力重分布，使围岩产生变形。当重分布应力达到或超过岩石的强度极限时，除弹性变形外，还将产生较大的塑性变形，如果不阻

2、止这种变形的发展，就会导致围岩破裂，甚至失稳破坏。如果不进行支护与衬砌，洞室是否稳定?若需要支护与衬砌，则岩石对支护或衬砌的压力有多大?这是进行地下洞室设计和施工时，工程人员和地质人员必须解决这样的问题。为了保证围岩的稳定以及地下洞室结构的安全，常常必须在洞室中进行必要的支护与衬砌，以约束或阻止围岩的过大变形和破坏。洞室围岩因变形和破坏而作用于支护或衬砌结构上的力——围岩压力(或称“山岩压力”、“地层压力”、“地压”等)。2§7.1概述当岩石比较坚硬完整时，重分布应力一般都在岩石的弹性极限以内，围岩应力重分布过程中产生的弹性变形，在开挖过程中就完成了。也就

3、没有围岩压力。围岩压力的产生●如果岩石的强度比较低，围岩应力重分布过程中不仅产生弹性变形，还产生了较长时间才能完成的塑性(塑流)变形，支护的结果限制了这种变形的发展，故而引起围岩压力。由于重分布应力使围岩产生过大的变形所引起的围岩压力——形变围岩压力。●当岩体存在一些较大结构面将岩体切割成大的块体时，开挖硐室后，大块体常常产生向硐内塌落或滑动。由块体塌落或滑落产生的围岩压力——块体塌落围岩压力。●当岩体比较破碎时，围岩应力极易超过岩体强度，使破碎岩体松动塌落，直接作用于支护结构上。由塌落岩体重量引起围岩压力——塌落围岩压力(松动围岩压力)。对不同原因产生的

4、围岩压力，采用的计算方法往往不同。对于“形变围岩压力”可采用“弹塑性理论”。对于“塌落围岩压力”可采用“松散围岩的围岩压力理论”。对于“块体塌落围岩压力”可采用“块体极限平衡理论”。●软岩由于遇水膨胀、崩解，所产生的围岩压力——膨胀压力。●岩石由于弹性应变能的突然释放，所产生的围岩压力——冲击压力(冲击地压)。3一、太沙基理论计算松动围压（浅埋）§7.2松散围岩的围岩压力计算太沙基理论将地层看作松散体，从应力传递概念推导垂直围岩压力。假设垂直破裂面AD、CB延至地表。取厚度dz的薄层单元，其受力情况如右图：dG—薄层单元重量根据薄层单元在垂直方向的平衡条件

5、：积分常数4§7.2松散围岩的围岩压力计算如果硐室侧面出现与铅垂线成θ角的滑裂面，其洞顶垂直围岩压力计算与上述相同，只需将a1以a替换即可。洞顶垂直围岩压力为：式中：5二、普氏理论计算松动围压§7.2松散围岩的围岩压力计算俄国学者普罗托奇雅阔诺夫(М.М.Протодьяконов)1907年提出。●很多纵横交错节理切割的岩体，可视为具有一定粘聚力的松散体；●松散围岩的塌落是有限度的。当塌落到一定程度时将形成一自然平衡拱，称“压力拱”；●自然拱的切线方向只有压应力；自然拱以上的岩体重量是通过拱传递到硐室两侧的，对拱内岩体无影响；●作用于衬砌上的垂直围压，即

6、为压力拱与衬砌之间的岩体重量，而与拱外岩体无关。该理论认为：6§7.2松散围岩的围岩压力计算Ⅰ、拱形与拱高●首先，取OM弧段，分析其受力情况：●其次，取OC’半拱，分析其受力情况：当拱处于极限平衡状态时，有若使压力拱稳定，应并取安全系数为2，则有：可见压力拱的形状为抛物线。f——普氏系数，或岩石坚固性系数于是:普氏系数f的物理意义——增大了的摩擦系数。可根据单轴抗压强度确定。于是:则压力拱方程为7§7.2松散围岩的围岩压力计算8Ⅱ、洞顶垂直围岩压力§7.2松散围岩的围岩压力计算洞顶垂直围压等于压力拱与衬砌之间岩石重量。式中A压力拱的面积。于是:9§7.2松

7、散围岩的围岩压力计算如果岩石性质较差，洞子开挖后不但顶部塌落，两侧也可能不稳定而出现向硐内的滑动。从而使压力拱扩大。●洞顶垂直围压等于阴影部分重量.●若阴影部分面积近似取：于是，洞顶垂直围压：10§7.2松散围岩的围岩压力计算Ⅲ、侧向围岩压力如果硐壁不稳定，将沿A’B面、C’D面滑动，两侧三角棱体向硐内的滑动趋势，将对衬砌产生围岩压力，即侧向围压。侧向围压可按《土力学》中的朗金土压力理论计算。根据朗金主动土压力公式：总的侧向围压：11Ⅳ、底部围岩压力§7.2松散围岩的围岩压力计算引起洞底围压的可能性：洞底岩石的膨胀；洞底岩石向洞内的挤入；在洞底高程处，侧墙

8、内侧垂直压力γ(h0+H)，侧墙外侧无荷载。洞底在压力γ(h0+H