隧道力学 教学课件 作者 李文江 第6讲 .ppt

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1、概述深埋圆形洞室弹性二次应力状态深埋圆形洞室弹塑性分布的二次应力状态第四章隧道施工力学效应一、三次应力状态岩体在隧道开挖前处于初始应力状态（即原岩应力状态），称为“一次应力状态”。当隧道开挖后，洞周围岩应力的初始平衡状态被打破，围岩应力的大小和方向均会在一定程度上进行重新调整（即应力重分布现象），而这种应力重分布的结果一般被称为围岩的“二次应力状态”。如果围岩不能自稳就需采取支护措施加以控制，促使其稳定。支护后，围岩与支护结构相互作用，其应力场再一次发生变化，称为“三次应力状态”。显然，这种状态与支护结构类型、方法以及施作

2、时间等因素相关。第一节概述二、围岩施工力学方法①解析法——主要是指固体力学解析方法。根据平衡方程、几何方程、本构方程，并结合具体工程问题的边界条件，得出解析解。解析法若能发展成熟，地下工程设计将会和地面建筑工程设计一样方便和准确。可惜到目前为止，岩土力学及其工程问题能够得到解析解的范围十分有限。第一节概述②数值计算方法——主要是指有限元法、边界元法和离散元法。目前，该方法已成为解决岩土力学中的非线性、弹塑性、黏弹性、不均质性、各向异性等许多复杂工程课题的有力工具。第一节概述③工程实用计算方法——主要是指以初等力学（如材料力

3、学、结构力学等）方法为基础而建立的简易计算方法。在某些情况下还具有一定的参考价值。第一节概述三、围岩施工力学的基本假设地下工程开挖后围岩的力学状态，根据二次应力与围岩强度之间的关系可分为两种情况(1)围岩二次应力的弹性分布;(2)围岩的二次应力状态为弹、塑性分布。第一节概述第一节概述将隧道围岩材料视作理想弹-塑性材料，并作如下假定：①围岩为连续的、均质的、各向同性的介质；②深埋问题，影响圈内岩体自重可忽略；③地下工程无限长，可作为平面应变问题来处理；④初始应力场仅考虑自重应力；⑤在塑性区内，岩体符合莫尔-库仑强度准则，且塑

4、性区岩体强度参数为常数。一、侧压力系数时，深埋圆形洞室的二次应力分布状态（一）基本假设（1）不考虑计算单元体的重力；（2）岩体初始应力只考虑自重应力场，且；（3）先按平面应力问题计算，而后再转化为平面应变问题。第二节深埋圆形洞室二次应力状态的弹性分布第二节深埋圆形洞室二次应力状态的弹性分布（二）岩体内的应力状态式中：——为极坐标下的切向应力和径向应力；——为剪应力。=1时，岩体受等压，第二节深埋圆形洞室二次应力状态的弹性分布二、基本方程1、静力方程第二节深埋圆形洞室二次应力状态的弹性分布第二节深埋圆形洞室二次应力状态的弹性

5、分布2、几何方程等压状态下，微圆环只产生径向位移，而切向位移为零。第二节深埋圆形洞室二次应力状态的弹性分布3.物理方程-应力应变方程（平面应力问题）