隧道工程-围岩压力及计算ppt课件.ppt

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1、隧道支护结构设计主讲人冯冀蒙博士荷载结构模式计算方法地层结构模式计算方法复合式衬砌结构设计单层衬砌结构设计TBM管片衬砌结构设计衬砌结构耐久性设计概要主要内容第一节荷载结构模式计算方法——围岩压力1、围岩压力的基本概念：广义地讲，我们将围岩二次应力状态的全部作用称为围岩压力。对于无支护的毛洞：使围岩承载圈受力变形的,洞室开挖后的二次应力状态就可称为围岩压力；当然，对于有支护结构的洞室，自然把作用在支护结构上的作用或荷载称为围岩压力。围岩压力按其作用方向，可分为垂直压力、水平侧向压力和底部压力。一、围岩压力2、围岩压力的种类目前，根据形成围岩压力的成因不同，将围岩压力分为四类，即

2、形变压力、松动压力、冲击压力和膨胀压力。一、围岩压力应力集中→形成塑性区→发生向坑道内位移→塑性区进一步扩大→坑道围岩松弛、崩塌、破坏等几个过程定义:变形岩体引起的挤压力或支护抑制变形引起的挤压力形变压力弹性变形压力塑性变形压力流变压力影响因素：原始应力、岩体力学性质、支护结构刚度和支护时间。定义:开挖而松动或塌落的岩体，以重力形式直接作用在支护上的压力松动压力自然平衡拱：洞室的开挖，若不进行任何支护，周围岩体会经过应力重分布→变形→开裂→松动→逐渐塌落的过程，在坑道的上方形成近似拱形的空间后停止塌落。定义:由于围岩膨胀崩解而引起的压力膨胀压力下面讲述形变压力和松动压力的计算定

3、义:又称岩爆，它是在积聚了大量的弹性变形能的围岩，开挖突然释放出来时所产生的压力冲击压力形变压力的计算作用在支护上的形变压力，在工程中采用的主要是塑性变形压力塑性变形压力的计算形变压力的计算最小围岩（形变）压力的计算一般情况要求：只有知道才能确定最佳支护结构或最佳支护时间；最小围岩压力和围岩允许位移是等价的。目前对于两者都没有较好的计算方法；对于的情况，我们提出一种估算方法。形变压力的计算最小围岩（形变）压力的计算分析过程实际作用在支护上的压力应该是重力和形变压力的叠加，故（按三角形面积计）松动压力的计算深埋隧道松动压力计算①统计法——我国《铁路隧道设计规范》推荐方法②普氏理论

4、③太沙基理论松动压力的计算深埋隧道松动压力计算①统计法——我国《铁路隧道设计规范》推荐方法松动压力的计算深埋隧道松动压力计算①统计法——我国《铁路隧道设计规范》推荐方法松动压力的计算深埋隧道松动压力计算②普氏理论松动压力的计算深埋隧道松动压力计算②普氏理论坚硬岩体中，坑道侧壁稳定，天然拱跨度就是隧道宽度松散和破碎岩体中，坑道侧壁受扰动而滑移，天然拱跨度也相应加大b=bt(bt为隧道的净宽度的一半)松动压力的计算深埋隧道松动压力计算②普氏理论天然拱高度的计算：围岩竖向的匀布松动压力，则为：围岩水平的匀布松动压力按朗肯公式计算：松动压力的计算深埋隧道松动压力计算③太沙基理论取=1，

5、则与普氏理论的公式一致松动压力的计算浅埋隧道松动压力计算先来说说深、浅埋的判别由埋深经验判定：由埋深与天然拱高度关系确定：松动压力的计算浅埋隧道松动压力计算①考虑两侧岩体挟持作用时的计算方法滑动岩体的重力=滑面上的阻力+支护反作用力（围岩松动压力）围岩松动压力=滑动岩体重力-滑面上的阻力松动压力的计算浅埋隧道松动压力计算①考虑两侧岩体挟持作用时的计算方法松动压力的计算浅埋隧道松动压力计算①考虑两侧岩体挟持作用时的计算方法松动压力的计算浅埋隧道松动压力计算②全自重型的计算方法松动压力的计算有地下水时土压力的计算①竖向压力：②侧向压力：对于砂性土可采用水压力与土压力分开计算式中的

6、i为各层围岩的重度，地下水位以上的土体采用天然重度及对应的侧压力系数;水位以下的土体采用有效重度及对应的侧压力系数计算土压力。对于砂性土可采用水压力与土压力合算松动压力的计算有地下水时土压力的计算③地基反力：一般位于地下水位中的结构要做成闭合的，因此，要承受地基反力。地层反力沿衬砌宽度呈竖向均匀分布，其数值与各种竖向压力的总和相平衡。包括结构自重、上部围岩压力（土压力及水压力）及附加的路面荷载等。第二节荷载结构模式计算方法——结构力学计算方法一、荷载结构模型计算原理它将支护结构和围岩分开来考虑:（1）支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承

7、（2）隧道支护与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来体现的（3）围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接地考虑二、常用的计算模型和计算方法主动荷载模型假定弹性反力模型计算弹性反力模型常用计算模型主动荷载模型适用于围岩与支护结构“刚度比”较小，或饱和含水或用于初步设计二、常用的计算模型和计算方法主动荷载模型假定弹性反力模型计算弹性反力模型常用计算模型假定弹性反力模型几乎能适用于所有围岩类型，只不过抗力的大小和范围不同而已二、常用的计算模型和计算方法主动荷载模型假定弹