隧道力学 教学课件 作者 李文江 第8讲 .ppt

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1、深埋圆形洞室弹性二次应力状态深埋圆形洞室弹塑性二次应力状态节理岩体深埋圆形洞室的剪裂区及应力深埋圆形隧道三次应力状态深埋软弱围岩隧道变形特征高地应力硬岩隧道施工力学第四章隧道施工力学效应第六节深埋软弱围岩隧道变形特征一、变形特征的研究意义(1)变形量级决定了预留变形量的大小；(2)掌子面前方变形形态及范围决定了超前支护的形式和参数；(3)洞周变形规律及持续时间决定了开挖方案和支护技术；(4)变形发展形态为施工动态管理提供依据。二、空间位移总体发展规律(1)先行变形的影响范围约为1.0倍洞跨左右；(2)先行变形占累计变形总量的比例差异较大；(3)在先行变形中，拱顶下沉较水平收敛更加显著；(4)

2、洞周累计变形量大；(5)单线隧道水平收敛显著，双线隧道拱顶下沉相对显著；(6)掌子面挤出变形相对显著；(7)当采用台阶法施工时，拱脚变形显著。三、掌子面挤出变形特征挤出变形发生在掌子面表面，其几何形状大概呈轴对称(掌子面鼓出)，或在掌子面形成螺旋状突出，如图4-6-2所示。围岩越弱掌子面挤出变形越大。台阶法施工中，上台阶掌子面挤出变形随上断面高度的增大而增加台阶长度的增加总体上对掌子面挤出变形影响不大，但随着围岩的变差，上台阶掌子面挤出变形随台阶长度的增加而减小的趋势逐渐明显；上台阶掌子面挤出变形与上台阶断面洞周先行变形基本呈线性关系。图4-6-4掌子面内部纵向位移量测结果图4-6-5掌子面

3、内部沉降量测结果四、台阶法施工过程拱脚变形特征(a)IV级围岩(b)V级围岩(c)VI级围岩图4-6-6不同围岩级别单线隧道典型部位变形随上台阶长度的变化规律(a)IV级围岩(b)V级围岩(c)VI级围岩图4-6-7不同围岩级别双线隧道典型部位变形随上台阶长度的变化规律(1)V，VI级围岩均相对显著，并且随着上台阶长度的增加，拱脚下沉在数值上越来越接近拱顶下沉(2)拱脚沉降和水平收敛均表现突出，在实际施工中，拱脚变形控制是软弱围岩大变形控制的关键之一(3)根据计算结果，IV级围岩可采用长台阶法施工，以便施工组织和机械化作业，而V级围岩宜采用短台阶法(上台阶长度控制在1倍洞跨以内)施工，VI级

4、围岩应采用微台阶法(上台阶长度控制在3～5m)施工。台阶法施工中拱脚沉降机制掌子面挤出效应引发上半断面整体下沉上台阶基底承载刚度不足造成支护拱脚沉降后续施工效应促使拱脚进一步沉降施工技术的影响第七节高地应力硬岩隧道施工力学一、高地应力及高地应力现象(1)高地应力是一个相对的概念，是相对于围岩强度(Rb)而言的；(2)称为极高初始地应力，为高地应力。表4-7-1围岩强度应力比的分级基准标准类别极高地应力高地应力一般地应力法国隧道协会＜22~4＞4我国工程岩体分级基准＜44~7＞7日本新奥法指南(1996)＜24~6＞6日本仲野分级＜22~4＞41、高地应力2、高地应力现象岩芯饼化现象岩爆隧道洞

5、周围岩剥离岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象野外原位测试得到的岩体物理力学指标比室内试验结果高二、隧道内岩爆的特点(1)岩爆在未发生前并无明显的预兆，与侧壁坍塌有区别。(2)弹射体特征：呈中厚边薄的不规则片状。(3)岩爆发生的地点：新开挖工作面附近、也有距新开挖工作面较远处。(4)岩爆发生的频率:随暴露后的时间延长而降低。一般16d之内，甚至数月。三、岩爆产生的主要条件(1)内在因素：岩性条件和地应力的大小。(2)外在条件：施工扰动。四、岩爆类型及规模1、类型(1)破裂松脱型块状、板状、鳞片状，破裂声响微弱，弹射距离小,岩壁形成破裂坑，破裂坑的深度主要受围岩应力和强度控制。(2)爆裂弹射

6、型有岩片弹射及岩粉喷射，爆裂声如同枪声，弹射岩片体积一般不超过0.33m3，直径5~10cm。洞室开挖后，一般出现片状岩石弹射、崩落或呈笋皮状的薄片剥落，岩片的弹射距离一般为2~5m。岩块多为中间厚，周边薄的菱形岩片。(3)爆炸抛射型岩爆发生时有巨石抛射，其声响如同炮弹爆炸，抛射岩块的体积一般为几立方到数十立方，抛射距离为几米至数十米。(1)小规模岩爆在岩壁浅层部分（厚度小于25cm）岩石发生破坏，破坏区域仍然是弹射型的，掉落岩块的质量通常在1.0t以下；(2)中等规模岩爆岩壁形成厚度0.25~0.75m环状松弛区域的破坏，但空洞本身仍然是稳定的；(3)大规模岩爆超过0.75m以上的岩体显著

7、突出，很大的岩块弹射出来，这种情况采用一般的支护是不能防止的。2、规模五、岩爆的防治1、强化围岩的措施锚、喷、网联合、钢支撑网喷联合、紧跟混凝土衬砌等。这些措施的出发点是给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态较快地从平面转向三维应力状态，以达到延缓或抑制岩爆发生的目的。2、弱化围岩的措施注水、超前预裂爆破、排孔法、切缝法等。注水的目的是改变岩石的物理力学性质，降低岩石的脆性和储存能量的能力。后三者的目的是解除