九讲、节理岩体围岩压力.ppt

《九讲、节理岩体围岩压力.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、现代岩体力学第九讲岩体力学在硐室工程中的应用节理岩体及围岩压力1节理岩体中深埋圆形硐室的剪裂区及应力分析剪裂区的计算分析仍然采用弹性力学的分析方法。层状岩体由于不连续面的存在，往往会出现节理强度控制岩体的强度，产生岩体剪切滑移破坏，最终产生岩体剪切滑移破坏现象。二次应力分布状态将出现剪裂区。剪裂区：节理岩体由于开挖产生沿节理剪切滑移破坏的区域。本节主要介绍剪裂区范围及剪裂区内应力分析1.1剪裂区分析的基本假定弹性理论分析方法，λ=1，圆形硐室（1)岩体中仅具有单组节理，不计节理间距的影响。（2)剪裂区内径向应力σrp与λ=1条件下纯弹性分布的σr相等。按公式计算塑性区内σrp随r

2、的变化曲线与纯弹性应力分布曲线(图中虚线)接近，简化计算。(3)剪裂区内的切向应力受节理面的强度控制，剪裂区内岩体的二次应力都满足节理面的强度公式(结构面的力学效应式4-51,单节理的力学效应)。剪裂区外的应力可由λ=1时纯弹性分布的计算公式确定。1.2剪裂区内的应力剪裂区应力计算简图由于节理的存在，β的方向是单元体中强度最为薄弱的方向，即可能会沿此方向产生剪切滑移。σθ、σr分别为作用于单元体上的切向应力和径向应力。由于λ=1，因此，σθ为最大主应力，σr为最小主应力。根据假设条件可知，剪裂区内岩体的应力都应满足节理面的强度条件，由于剪裂区已发生沿节理的剪切滑移破坏，因此应力符

3、号采用σrp和σθp以区别弹性区内应力。式中β0—层状节理与X轴的夹角；θ—单元体径线与X轴的夹角；β—节理与与单元体径线的夹角；cj、φj—结构面的内聚力和摩擦角。在以上的一组公式中，影响的因素很多，剪裂区内的应力不仅与洞室岩体的初始应力p0、节理面的强度参数cj，φj值有关，而且与开挖洞室的半径和任意一点距离r的比值有关;更主要的还取决于影响节理破坏角β的β0和θ角。由于β0和θ角的变化，将使处在剪裂区内的应力状态发生变化，即使在相同的距离r上，因θ角的不同其应力值也将不相等。当圆形洞室的二次应力小于节理面的强度时，岩体的二次应力为弹性分布，而弹性分布的应力仍按弹性应力计算公

4、式求解。1.3剪裂区范围的计算剪裂区是指岩体将沿节理面产生剪切滑移破坏的区域。根据本计算方法的假设条件和剪裂区内应力的分布特性，剪裂区范围是指岩体中二次应力必须满足λ=l条件的弹性应力，又必须是节理面的剪切强度的应力点轨迹线所围成的区域。为了形象方便地说明剪裂区，虽然它们的分布形状并非是个圆形，仍将剪裂区边界至开挖洞室的中心点的距离rp称作为剪裂区半径。剪裂区内的应力即使在相同的距离r处，由于θ角的不同，其应力也不相同。可见剪裂区并非是个圆环，剪裂区半径的大小将随θ角的变化而变化。根据上述条件，利用λ=l时弹性应力和剪裂区内的应力计算公式，可求得剪裂区半径rp的大小。剪裂区半径：

5、只有求得的rp＞ra时，才可能存在着剪裂区。由此可推得，开挖洞室的周边才会出现剪裂区。当rp=ra时，表明恰好剪裂区处在洞壁上。按这条件可求得剪裂区的起始点θ角的角度。从而确定洞室可能出现的剪裂区范围。当剪裂区半径公式等号右项根号中求得最大值，即为剪裂区半径的最大值。经分析发现，公式中sin(2β－φj)是一个小于或等于1的数值令：将已知的β0和θ=β0－β代入，最大剪应力区半径为：以上应用λ=1条件下，纯弹性应力的分析结果和节理面强度呈各向异性的特征，分析了存在于节理岩体中可能出现的剪裂区以及剪裂区内的应力分布。由上述的分析结果可知，这些分析仅在某些特定的条件下才会成立的，并且

6、是一个近似的计算结果。围岩压力2.1基本概念围岩压力（狭义）：开挖后岩体作用在支护上的压力，认为支护是一种构筑物，岩体的围岩压力则是荷载，二者是相互独立的系统。围岩压力（广义）：围岩二次应力的全部作用。在广义的围岩压力概念中，最具特色的是支护与围岩的共同作用。洞室开挖后岩体的应力调整，向洞内位移的变化也说明了围岩与支护一起，发挥各自所具有的强度特征，共同参与了应力重新分布的整个过程。2.2水平硐室围岩的主要破坏形式岩体受力破坏的基本形式有断裂破坏和剪切破坏。断裂破坏主要是由拉应力引起，破坏前变形很小，所以表现出脆性破坏。剪切破坏主要由剪应力引起，但同时在剪切破坏面上还有法向应力，

7、且破坏前有较大的位移，故表现出塑性滑移破坏。岩体发生何种破坏形式，可通过莫尔包络线来判断(图7-10)，若应力圆位于曲线1-1阴影部分，则岩体出现断裂破坏;若应力圆位于曲线2-2阴影部分，则岩体出现剪切破坏;若应力圆位于曲线2-2以内，则岩体不发生破坏。（1）硐室围岩整体稳定，但裂隙切割可能形成不利的组合，有可能局部岩块掉落。(关键块)在坚硬且完整性较好的岩体中开挖洞室，因为岩体的强度较高，所以成洞后的二次应力状态往往低于岩体强度。但是裂隙切割可能形成不利的组合，或在施工中，爆破