山岩压力与围岩稳定性课件.ppt

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1、第一节概述第二节山岩压力的形成及其影响因素第三节坚硬岩体的应力和稳定验算第四节压力拱理论第五节太沙基理论第六章山岩压力与围岩稳定性山岩压力（又称围岩压力）：由于洞室围岩的变形和破坏而作用在支护或衬砌上的压力。要设计出合理的支护与衬砌的尺寸，就必须对山岩压力的大小有一个正确的估算，对山岩压力的计算，虽然经各国学者的研究，建立了各种理论，但到目前为止，这个问题也没圆满解决，这是因为山岩压力不仅与岩石性质和洞室形状有关，而且还与岩体的初始天然应力状态有关，衬砌或支护的刚度及施工的快慢有关。第一节概述第二节山岩压力的形成及其影响因

2、素山岩压力在坚硬、完整的岩石中，一般洞室围岩应力<岩石强度岩石只有弹变，无塑变，无破坏及松动。因为弹变在开挖过程中产生，随开挖结束而结束，洞室不会坍塌。若开挖后支护，则无山岩压力。如果进行支护，其目的是：防止岩石的风化及剥落碎块的掉落。中等坚硬的岩石，洞室围岩变形有弹变、塑变及少量岩石破碎。由于洞室开挖以后，其围岩应力需进行重新分布，而且需一定时间才能完成其重新分布，所以当进行支护或衬砌以后，则围岩要继续变形就会对支护或衬砌产生压力，这时候，支护的浇筑时间和结构刚度必将影响山压。在这类岩石中，主要产生变形压力，而松动压力比

3、较少。软弱、破碎的岩石中，围岩应力>岩石强度。应力不大时，岩块就会坍落。必须立即支护与衬砌，阻止岩体继续变形、松动和破坏，降低山岩压力的发展。在这类岩石中，主要产生松动压力。1、洞室形状与大小：①圆、椭圆洞室应力集中程度较小，破坏少，岩体稳定山岩压力较小；矩形洞室应力集中程度较大，破坏多山岩压力较大②形状相同时，围岩应力大小与尺寸（即跨度）无关形状相同时，山岩压力大小随跨度增大而增大（正比，适于跨度不大的情况）a、对大跨度洞室，若认为岩压与跨度成正比，则造成浪费b、对破碎洞室，较大尺寸的洞室，则其山压也较大2、地质构

4、造：对围岩稳定性和山岩压力大小起重要影响①地质构造简单、地层完整、无软弱结构面围岩稳定山岩压力小地质构造复杂、地层不完整、有软弱结构面围岩不稳定山岩压力大3、支护形式与刚度：山压①支护形式外部支护：支护作用于围岩外部，依靠支护结构的承载能力来支撑山压，这种支护也能起到限制围岩变形，维持围岩稳定作用。内承支护（自承支护）：通过加固围岩，使围岩处于稳定状态。②支护刚度：刚度大，允许的变形小，山压大。因为洞室开挖后就存在变形，且在一定的变形范围内，山压随支护以前围岩的变形量增加而减少的目前采用刚度减小达到山压减小的目的。4、

5、洞室深度：目前有多种说法，有的认为山岩与深度无关有的认为山岩与深度有关①当围岩处于弹性状态时，山压与洞深无关②当围岩处于塑性状态时，洞深越大，山压越大，山压随深度增加而增加5、时间：由于山压是由岩体的变形和破坏造成的，而变形与破坏都有个过程，山压必然与时间有关。6、施工方法：山压大小与洞室的施工方法和施工速率均有关。比如由于采用施工方法造成围岩破碎，必将使山压增加。时间过长，施工速率太慢，使岩石风化作用加强，则山压增加。增加岩石的许可抗压强度验算：洞室边界上的切向应力<岩体强度，不计算山压无裂隙坚硬围岩：＝0.6有裂隙坚

6、硬围岩：＝0.5—岩块单轴湿抗压强度第三节坚硬岩体的应力和稳定验算拱形：拱脚：当时，可将拱形洞室（适用于①破碎性岩石的山压－松动山压；②土的山压－松动山压）普氏理论：设岩体内总是有许多大小不等的裂隙、层理、节理等软弱结构面，由这些结构面切割而成的岩块与整个地层相比起来几何尺寸较小，因此，普氏认为可将洞室周围的岩石看作是没有凝聚力的大块散粒体。但是，岩石是有凝聚力的，所以，就采用增大内摩擦系数的方法来补偿这一因素，这个增大的内摩擦系数称为岩石的坚固系数压力拱上任一点垂直山岩压力第四节压力拱理论22总的侧向山岩压力=2第六节弹

7、塑性理论弹塑性理论基础当达到最极限值时，洞壁岩石就进入塑性平衡状态，产生塑性变形，洞室周边破坏后，应力降低、水、空气加速破裂风化，洞室周边产生塑性松胀，使得原来作用在洞室周边的应力向外转移，邻近岩体也逐渐产生塑性变形，应力不断向外转移，塑性变形范围由洞周向围岩深处逐渐扩展，导致在洞室周围形成一个圈，这个圈称塑性松动圈。塑形区域内的平衡微分方程式：＝Fenner（芬纳）公式塑性平衡条件：塑性圈半径：R＝＝0修正的Fenner公式其中B＝洞壁位移径向位移卡柯公式松动压力的公式：用地质分析法计算山压，其实质是①分析结构面（断层、

8、节理、软弱夹层）的分布情况（产状、规模）及组合关系；②分析处于洞壁或洞顶上岩体坍塌或滑动的方向；③确定坍塌或滑动高度及悬空体形状；④求山压大小。第七节地质分析法计算山岩压力P=T-=T-1、洞顶围岩被切成悬空体，则P（山压）＝悬空体ABC的重量2、分离岩体未悬空，则可能岩某一结构面滑动3、洞顶无分离体，