围岩压力与围岩稳定性.ppt

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1、第一节概述1.围岩应力与围岩压力概念洞室的开挖在岩体中形成了新的洞穴，这就破坏了岩体中原有的应力状态，使洞室周围岩体中的应力重新分布，这种重新分布的应力称围岩应力。在围岩应力作用下，围岩不断变形并逐渐向洞室位移，一些强度较低的岩石由于应力超过强度的极限值而破坏，破坏了的岩石在重力作用下塌落。为保证洞室稳定，在洞内进行必要的支撑和衬砌。洞室围岩的变形和破坏而作用于支护和衬砌上的压力称围岩压力，也称山岩压力，地压等。狭义围岩压力：围岩作用于支护上的压力。（围岩和支护被看成独立的两个体系）广义围岩压力：支护与围岩是一个共同体

2、，二次应力的全部作用力视为围岩压力。（1）稳定状态：（2）不稳定状态：塑性破坏塌垮失稳2.围岩压力与支护衬砌的关系围岩压力值的正确估计与否，关系到能否合理地设计支护衬砌的尺寸。如围岩压力估计值大于实际值，设计的技衬必然偏大，浪费了材料及人力，反之，支衬被压坏，出现事故，洞室安全不能保证。支衬与围岩压力相适应，围岩压力越大，设计支衬的尺寸就要大些。3.围岩压力的影响因素围岩压力的影响因素极为复杂，地质方面与工程方面。☺地质方面的因素（自然属性）（1）完整性或破碎程度。（2）结构面的产状、分布密度、力学性质、充填物性质及其

3、充填状态。（3）地下的活动状况。（4）岩体的性质和强度。☺工程方面的因素（1）洞室的形状和尺寸三心拱半圆拱切圆拱（2）支护结构的形式和刚度支护作用：阻止围岩变形，维护围岩稳定支护外部支护内承支护刚性柔性（3）洞室的位置、尺度和覆盖层厚度。（4）施工中的技术措施。例如，控制爆破（光、预裂）和开挖顺序（5）洞室的轴线走向4.围岩压力的确定围岩压力的大小和方向很复杂，公式理论都是在一定的简化条件下推导出来的，是近似公式。故在应用这些公式和理论时要注意其适用条件。当实际情况与公式简化条件较一致时，效果较为满意。5.围岩压力的类

4、型根据围岩变形破坏机理，把围压分为变形，松动，膨胀，冲击围压四种类型，并采用不同的理论进行计算。♣中等坚硬的岩石，围岩变形较大，产生变形围压，可用弹塑性理论计算。♣软弱破碎岩石，岩石破坏而松动塌落形成松动围压，采用松散介质极限平衡理论或块体极限平衡理论分析。♣冲击围压又称岩爆，它是弹脆性岩体过度受力后突然发生弹射变形所引起的围岩压力现象，对这种围压至今还未有有效的预测计算方法，有人用能量理论来预测。♣膨胀围压是变形围压的一种，只是引起变形的原因较特殊。由于围岩吸水膨胀对支衬产生的压力。至今没有很好的计算方法，原则上可采

5、用弹塑性理论配合流变理论分析。一般情况下可分为变形和松动围压两种大类。第二节坚硬岩体的应力和围岩稳定验算对于坚硬完整的岩体，一般强度较大，变形较小或无，不需支衬，故一般无围岩压力或很小，这时洞室的稳定与否，只验算洞室边界上的切向应力。当σθ＜[Rc]---岩石的容许抗压强度，围岩稳定如σθ＜0，则σθ＞[-Rt]---岩石的容许抗拉强度[Rc]=0.6Rc无裂隙的坚硬围岩或0.5Rc有裂隙的坚硬围岩例题：某花岗岩体，完整性良好，单轴抗压强度Rc=100MPa。在岩体内开挖直墙拱顶洞室，洞的跨度B=12m，洞高h=16m

6、，洞埋深H=220m，岩石的重度γ=27KN/m3，试问围岩的稳定性如何？解：(1)洞室围岩的天然应力σH=γH=27×220=5.94MPa假定天然应力比值系数为1，则σ0=σv=σH=5.94MPa岩石的容许抗压强度[Rc]=0.6Rc=0.6×100=60MPa（2）将洞室看作圆形圆形洞室的σθ=2σ0=2×5.94=11.88MPa＜[Rc]=60MPa故洞室是稳定的。（3）将洞室看作椭圆形，计算洞顶A点和侧壁B点的切向应力本题中q1=6m，q2=8m，代入数据得：σθA=2σHq2/q1=2×5.94×8/6

7、=15.84MPaσθB=2σVq1/q2=2×5.94×6/8=8.92MPaσθA,σθB＜[Rc]，所以围岩是稳定的。第三节松散岩体的围岩压力计算浅埋：传递应力，岩柱重量计算法。深埋：自然冒落拱内岩体的自重或裂性围内松动岩体的压力。一、浅埋洞室围岩松动压力计算(2种方法)（一）岩柱法1、基本假设（1）C=0(2)围岩压力=岩柱的自重-柱侧面摩擦力（3）破坏模式与受力状态如下考虑摩擦力的计算简图微元素滑动岩柱2、洞室顶压力的计算岩柱两侧面的总摩擦力为：式中：-垂直应力；-侧应力系数式中：-侧面上的正压力；-摩擦系数

8、微元素上的侧压力：微元素上的摩擦力：洞顶岩体自重：近似按主动土压力计算根据假设求出洞顶压力集度：式中：根据假设求出洞帮压力集度：3、适用条件洞室断面衬砌受力图（二）太沙基的围岩压力计算方法(“典型的应力传递法”)由单元体的平衡条件推出围岩压力1、基本假设（1）认为岩体是松散体，但存在一定的粘聚力，且服从库仑准则：（2）围岩的滑移模