岩体力学 教学课件 作者 阳生权 第6章.ppt

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1、第6章6.1　概述6.2　地下岩体工程的应力分布6.3　地下岩体工程变形与计算6.4　地下岩体工程围岩压力6.1　概述地下岩体工程通常包括在地下岩体中开挖的各种隧道、井巷与硐室。铁路、公路、矿山、水电、国防、城市地铁及城市建设等许多领域，都有大量的地下岩体工程。随着科学技术及工业的发展，地下岩体工程将会有更为广泛的新用途，如地下油气库、地下储热库、地下储水库以及地下核废料密闭储藏库等。6.2　地下岩体工程的应力分布6.2.1　地下岩体工程围岩应力重分布6.2.2　弹性条件下地下岩体工程围岩应力分布6.2.3　弹塑性条件下地下岩体工

2、程围岩应力分布6.2.1　地下岩体工程围岩应力重分布1)围岩的二次应力状态仍保持弹性状态，除出现局部岩块松动现象外，围岩基本稳定，弹性理论的基本定律与假设仍可适用；2)围岩的二次应力状态若为弹、塑性分布。图6-1　轴对称圆形硐室的计算6.2.2　弹性条件下地下岩体工程围岩应力分布1.轴对称圆形硐室围岩的二次应力分布2.椭圆形硐室围岩的弹性应力状态3.矩形硐室围岩的弹性应力状态1.轴对称圆形硐室围岩的二次应力分布(1)侧压力系数λ=1时的情形　当侧压力系数λ=1时，如图6-2a所示，以圆孔中心为坐标原点，在矩形域内以rb为半径作一圆

3、形域，当rb>>ra时，由于半径为rb的孔边处于应力集中区域以外，其上各点的应力状态与无孔时的应力状态相同(见图6-2b)，可认为圆形域周边上的压力等于均布压力p0，p0=γH。(2)侧压力系数λ为任意值时的情形　侧压力系数λ为任意值时，圆形硐室围岩的二次应力分布计算简图如图6-4a所示，可由图6-4b、图6-4c所示两种情形叠加得到。1.轴对称圆形硐室围岩的二次应力分布图6-2　一定埋深的圆形硐室围岩应力计算简图(1)侧压力系数λ=1时的情形图6-3　λ=1时圆形硐室围岩应力分布图(1)侧压力系数λ=1时的情形表6-1　λ=1圆

4、形硐室围岩应力(2)侧压力系数λ为任意值时的情形侧压力系数λ为任意值时，圆形硐室围岩的二次应力分布计算简图如图6-4a所示，可由图6-4b、图6-4c所示两种情形叠加得到。(2)侧压力系数λ为任意值时的情形图6-4　任意λ值时围岩应力计算简图图6-5　圆环外侧承受三角函数分布力的计算简图a)径向正应力分布　b)切应力分布表6-2　λ=0.25时圆形硐室的围岩应力图6-6　λ=0.25时圆形硐室围岩应力分布图2.椭圆形硐室围岩的弹性应力状态(1)椭圆硐室洞壁应力计算公式　图6-8是在单向应力作用时椭圆形硐室的计算简图。(2)椭圆

5、硐室洞壁应力分布特点　洞壁的切向正应力σθ不仅与初始应力p0和侧压力系数λ有关，还取决于该点与x轴的夹角θ和半轴比m的大小。(3)最佳椭圆截面尺寸(谐洞)　所谓硐室的最佳截面尺寸，通常应满足三个条件:首先，洞周的应力分布应该是均匀应力，且在同一半径上其应力相等；第二，洞周的应力应该都为压应力，在洞壁处不出现拉应力；第三，其应力值应该是各种截面中最小的。2.椭圆形硐室围岩的弹性应力状态图6-7　非圆形硐室围岩应力计算简图(1)椭圆硐室洞壁应力计算公式图6-8　椭圆硐室单向受力计算简图(2)椭圆硐室洞壁应力分布特点表6-3　切向应力

6、变化特征(2)椭圆硐室洞壁应力分布特点图6-9　椭圆硐室周壁切向正应力集中系数k分布曲线(3)最佳椭圆截面尺寸(谐洞)所谓硐室的最佳截面尺寸，通常应满足三个条件:首先，洞周的应力分布应该是均匀应力，且在同一半径上其应力相等；第二，洞周的应力应该都为压应力，在洞壁处不出现拉应力；第三，其应力值应该是各种截面中最小的。3.矩形硐室围岩的弹性应力状态图6-10　矩形硐室(a/b=1.8)周边应力分布图3.矩形硐室围岩的弹性应力状态表6-4　矩形硐室周边应力的数值6.2.3　弹塑性条件下地下岩体工程围岩应力分布1.轴对称圆形硐室围岩的弹塑

7、性应力状态2.轴对称圆形硐室围岩塑性区半径1.轴对称圆形硐室围岩的弹塑性应力状态图6-11　莫尔强度包络线1.轴对称圆形硐室围岩的弹塑性应力状态图6-12　硐室围岩塑性圈出现前后围岩应力分布曲线2.轴对称圆形硐室围岩塑性区半径图6-13　塑性区半径计算简图(Ⅰ为塑性区，Ⅱ为弹性区)6.3　地下岩体工程变形与计算6.3.1　地下岩体工程围岩的弹性位移6.3.2　地下岩体工程围岩的弹塑性位移6.3.1　地下岩体工程围岩的弹性位移岩体中圆形硐室条件下围岩变形可简化为有圆孔矩形薄板变形问题，尽管弹性理论解不能完全反映围岩变形的实际情况，圆

8、孔周边变形通常可作为硐室工程围岩稳定性与衬砌设计的参考依据。有圆孔矩形薄板问题的弹性变形计算，可以根据其应力方程与几何方程求得应变，进而求得相应的位移。图6-14　圆形硐室单轴受力状态时的洞壁位移注：u为径向位移，v为切向位移，UV=。图６-１５