隧道力学 教学课件 作者 李文江 第10讲.ppt

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1、围岩特征曲线和支护特征曲线围岩与支护结构相互作用原理围岩特征曲线的绘制支护特征曲线的绘制支护前围岩位移的确定方法第六章　围岩与支护结构的相互作用第一节　围岩特征曲线和支护特征曲线一、围岩特征曲线隧道体系：由围岩和支护结构共同构成，二者之间通过相互作用形成一个统一的力学体系或承载结构体系。围岩压力：支护结构受到的地层压力。支护抗力：支护对围岩的约束力。在围岩与支护相互作用过程中，支护结构受到的地层压力与支护对围岩的约束力是作用力与反作用力的关系。P0A段：围岩处于弹性阶段；AB段：围岩出现塑性区；

2、BC段：出现松弛现象——松动压力。作用在支护上的地层压力应为形变压力与松动压力二者之和。二、支护特征曲线①——刚性支护；②——增阻可缩性支护③——恒阻可缩性支护；④——非线性可缩性支护1.围岩与支护之间的力学关系(1)支护结构所受围岩压力与支护抗力大小相等、方向相反；(2)支护与围岩之间变形协调：u1=u-u0(3)支护位移u1随围岩压力Pi的增加而逐渐增大:u1=f(Pi)(4)洞周围岩位移u随支护抗力Pi的增加而逐渐减小:u=ψ(Pi)第二节围岩与支护结构相互作用原理2.围岩与支护的相互作用

3、过程(1)特征曲线交会——平衡；(2)交汇点应在A点之前；(3)对比②③④特征曲线有：支护的作用时间、刚度及其与围岩接触的好坏均将影响到围岩的稳定性和支护所受地压力的大小(4)对应围岩位移——时间曲线的4个阶段：曲线⑤和曲线⑥3.总结支护结构及早闭合，其对洞周位移的约束作用才能充分发挥出来；地层初始地应力是由围岩和支护结构共同承担的——充分发挥围岩的承载作用，强调充分保护围岩两大核心问题：洞室稳定和支护结构安全——既要限制围岩的变形，又要允许围岩产生有限制的变形硬岩隧道：支护——控制围岩塑性区；

4、围岩：承载主体；深埋软岩隧道：初期支护允许围岩有限变形，同时要充分保护围岩。第三节围岩特征曲线的绘制一、弹塑性特征曲线的绘制塑性：弹性：弹塑性分界条件：二、松动区围岩特征曲线的绘制地层压力应为形变压力与松动压力二者之和1.卡柯公式假定地层松动区为洞室的同心圆，且体积力沿径向分布式中：2.围岩特征曲线的绘制根据Rp/R0>1判断是否出现塑性区根据卡柯公式判断是否产生松动压力叠加曲线绘制最终收敛线第四节支护特征曲线的绘制一、薄壁圆筒弹性力学原理二、喷射混凝土支护三、锚杆支护全长锚固锚杆拉拔试验最大径

5、向位移可根据拉拔试验确定四、组合支护五、支护时间和结构刚度的合理选择地层特征、支护设置时间及支护刚度等因素综合考虑第五节支护前围岩位移的确定方法支护前洞周位移：u0=u0’+Δu式中，u0——支护前洞周发生的位移总量；u0’——开挖前测点位置的先行位移；Δu——支护前毛洞洞周发生的位移，其值等于u0-u0’。u0’=βU式中，β为开挖前变形释放率，U为隧道开挖过程中的全位移值。假设断面监测前1d的位移变化规律与监测后一段时间内的变化规律一致，则可通过监测位移回归分析后的结果进行前推获得Δu