岩体力学(地下洞室围岩稳定性分析).ppt

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1、岩体力学中国地质大学（北京）孙进忠岩体力学绪论岩块和岩体的地质特征岩石的物理、水理和热学性质岩块的力学性质结构面的力学性质岩体的力学性质岩体中的天然应力地下洞室围岩稳定性分析岩体力学地下洞室围岩稳定性分析岩体力学地下洞室围岩稳定性分析概述围岩重分布应力分析围岩的变形与破坏分析围岩压力计算地下洞室围岩稳定性分析概述地下洞室人工开挖或天然存在于岩土体中、具有不同断面形态和尺寸的地下空间。地下洞室围岩稳定性分析概述地下洞室分类地下洞室用途交通、水工、矿山、地下厂房、军工内水压力有压洞室、无压洞室断面形状圆形、矩形、城

2、门形、马蹄形地下洞室围岩稳定性分析概述地下洞室分类洞轴线方位水平洞室、倾斜洞室、竖井围岩类型土洞、岩洞其他人工洞室、天然洞室；单洞、群洞地下洞室围岩稳定性分析概述地下洞室的力学效应应力重分布作用地下洞室开挖后，洞周围岩体中应力调整，使原有应力的大小、方向和性质发生变化的作用。重分布应力洞壁周围岩体中经应力重分布作用形成的应力。围岩重分布应力影响范围内的岩体。地下洞室围岩稳定性分析概述地下洞室的力学效应围岩应力围岩内的应力（即：重分布应力，或称：“二次应力”）。围岩压力围岩作用于支护结构上的力。围岩抗力围岩对洞内

3、水压（或支护力）的反力。地下洞室围岩稳定性分析概述地下洞室围岩稳定性分析分析内容围岩重分布应力与围岩强度之间的相对关系。分析步骤确定围岩中重分布应力的大小和特征。研究围岩应力与围岩变形、强度之间的关系。确定围岩压力和围岩抗力的大小和分布。岩体力学地下洞室围岩稳定性分析概述围岩重分布应力分析围岩的变形与破坏分析围岩压力计算地下洞室围岩稳定性分析围岩重分布应力分析地下洞室围岩应力分析涉及以下问题：开挖前岩体天然应力状态的确定开挖后围岩重分布应力的计算支护衬砌后，围岩应力状态的改善围岩重分布应力分析弹性围岩重分布应力

4、分析塑性围岩重分布应力分析地下洞室围岩稳定性分析弹性围岩重分布应力分析圆形洞室围岩重分布应力—轴对称应力圆形洞室围岩重分布应力—非轴对称应力其他形状洞室围岩的重分布应力软弱结构面对围岩重分布应力的影响地下洞室围岩稳定性分析弹性围岩重分布应力分析圆形洞室围岩重分布应力—轴对称应力天然应力条件h=v=0，=1围岩的重分布应力计算平面变形，弹性厚壁筒模型地下洞室围岩稳定性分析圆形洞室围岩重分布应力—轴对称应力厚壁筒受力简图厚壁筒：内径为a，外径为b内壁上均布压力pa外壁上均布压力pb筒壁内应力分布与极角无关

5、，为轴对称平面变形问题。按弹性理论：筒壁内无剪应力，即：r=0。径向应力r和环向应力paoabpbrrd地下洞室围岩稳定性分析圆形洞室围岩重分布应力—轴对称应力对于地下洞室，在式（a）中令b,pb=0（天然应力），得到有压圆形洞室围岩重分布应力公式：（a）（1）地下洞室围岩稳定性分析圆形洞室围岩重分布应力—轴对称应力（1）洞室开挖形成的重分布应力内水压力在围岩中引起的附加应力上式说明，天然应力为静岩压力状态时，围岩内重分布应力与无关，仅与洞室尺度a和天然应力大小0有关。∵剪应力

6、r=0，∴r、均为主应力。在pa<0（或pa=0）时，为最大主应力，r为最小主应力。地下洞室围岩稳定性分析圆形洞室围岩重分布应力—轴对称应力oa2a4a6a8a200r0圆形洞室轴对称围岩重分布应力的分布洞壁上，r=ar=0，=20随r增大r↗，↘，→0当r=6a时，r，与0相差仅2.8%。一般认为，地下洞室重分布影响范围为：r=6a。地下洞室围岩稳定性分析弹性围岩重分布应力分析圆形洞室围岩重分布应力—轴对称应力圆形洞室围岩重分布应力—非轴对称应力其他形状洞室围岩的

7、重分布应力软弱结构面对围岩重分布应力的影响地下洞室围岩稳定性分析弹性围岩重分布应力分析圆形洞室围岩重分布应力—非轴对称应力天然应力条件hv，1围岩的重分布应力计算平面变形，弹性板圆孔模型地下洞室围岩稳定性分析圆形洞室围岩重分布应力—非轴对称应力考虑在无限大）弹性薄板在垂直于x方向的边界上受x方向均布压力p的作用，根据弹性理论计算半径为a的小圆孔外任一点M的应力分量r,,r。弹性板圆孔周围介质受力简图darrrrrM(r,)ppxo地下洞室围岩稳定性分析圆形洞室围岩重

8、分布应力—非轴对称应力式中：应力以压为正，拉为负。极角自x轴起算，反时针方向为正。（a）实际深埋与岩体中轴向水平的圆形洞室所处的应力环境是上述情况的叠加。地下洞室围岩稳定性分析圆形洞室围岩重分布应力—非轴对称应力圆形洞室围岩应力分析darrrrrM(r,)vhxzovh设洞室开挖前的天然水平和铅直应力都为主应力，则洞室开挖前的天然应力状态为：z=