均质隧洞破坏机理及其的设计方法课件.ppt

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1、均质隧洞破坏机理及其设计方法一、传统隧洞破坏机理（基于松散体理论）1、深埋隧洞破坏机理地层形成普氏压力拱,承受压力拱下土体重量2、浅埋隧洞破坏机理隧洞上部土体坍塌，存在应力传递深埋隧洞的压力拱太沙基浅埋理论二、现代隧洞破坏机理(基于弹塑性理论)2019年郑颖人等应用有限元强度折减法求破裂楔体拉布希维兹楔体喷混凝土破裂面隧洞围岩安全系数有限元强度折减法计算过程：不断降低岩土C、值和抗滑力，直到破坏。强度降低的倍数就是隧洞的安全系数并能求出围岩的破裂面2深埋隧洞的滑裂破坏面水泥、石膏、滑石粉的比例为0.2：0.6：0.2密度（kpa）E(MPa)C(Kpa)1.78342700.321

2、1621.8隧洞跨度8cm洞高12cm洞深15cm40×52×15cm模型尺寸：隧洞模型试验方案方　案隧洞跨度/cm侧墙高/cm拱高/cm方案一882方案二883方案三884方案四864方案五844模型试验与数值模拟结果对比分析(a)方案一(b)方案二(c)方案三(d)方案四(e)方案五模型试验数值模拟模型试验与数值模拟结果方案侧墙高拱高模型试验极限荷载/kN数值模拟极限荷载/kN模型试验数值模拟破裂面与洞壁最大距离一82625713.413.1二83595514.314.1三84565315.615.3四64616012.912.8五44686611.711.5深埋隧洞破裂面位置

3、确定围岩等效塑性应变与潜在破裂面(a)1号路径破裂面发生在位移或塑性应变突变处，一般是塑性应变最大的地方。(b)2号路径(c)3号路径(d)4号路径等效塑性应变与X坐标关系曲线图(e)5号路径土质深埋隧洞侧向破坏的工程监测（1）隧洞拱顶锚杆受力小，两侧受力大。（2）钢架水平收敛位移平均19mm，大于拱顶与拱脚差异沉降平均9.8mm3浅埋隧洞的滑裂破坏面(a)模型破坏(压力28KN)(b)数值模拟（压力26KN）浅埋隧洞破坏面洞跨8m，埋深3m4不同埋深下隧洞的破坏过程（1）矩形洞室埋深1米，安全系数0.3埋深3米，安全系数0.52洞跨12m高5m埋深1米，在顶部中间破坏。埋深3m，

4、在肩部破坏，安全系数随埋深增大。c=40kpa埋深7米，安全系数0.65埋深8米，安全系数0.64埋深9米，安全系数0.66随埋深增加逐步形成浅埋压力拱埋深9m形成浅埋压力拱安全系数逐渐增大埋深10米，安全系数0.69埋深12米，安全系数0.7埋深10m浅埋压力拱逐渐消失形成深埋压力拱（拱高5M)埋深9~10m是深浅埋的分界线按规范公式hq为12m埋深15米，安全系数0.7逐渐形成两个破裂面压力拱高不变安全系数不变埋深18米，安全系数0.7埋深30米，安全系数0.67埋深50米，安全系数0.61安全系数基本不变拱顶与侧壁出现两破裂面安全系数随深度减少明显出现两侧先破坏安全系数随深度

5、减少两侧破坏矩形隧洞破坏机理：1、随埋深从拱顶破坏到拱肩破坏2、开始时安全系数增加，逐渐形成浅埋压力拱，最大拱高9m3、埋深10m后，浅埋压力拱消失，形成深埋压力拱，拱高约5m，安全系数不变4、9~10m为深浅埋分界标准，按规范公式为12m5、10~18m,普氏拱高度不变，安全系数不变6、18m后，破坏逐渐先从侧向开始，随埋深增加，安全系数减少，出现侧向破坏后的塌落拱（2）拱形洞室埋深4米，安全系数0.87埋深7米，安全系数0.84埋深1m拱顶中间破坏埋深4m，拱腰破坏埋深7m，拱肩破坏与矩形不同，随深度增加安全系数减少。拱形洞室受力优于矩形洞室。埋深3.5米，安全系数0.88埋深

6、10米，安全系数0.82埋深8米，安全系数0.82浅埋压力拱逐渐形成拱顶破坏埋深9米，安全系数0.82埋深9m,浅埋压力拱形成拱顶破坏埋深10m,浅埋压力拱逐渐消失同时出现侧向破坏,不形成深埋压力拱埋深12米，安全系数0.81埋深15米，安全系数0.8埋深12m、15m,浅埋压力拱逐渐消失隧洞侧向破坏，埋深10米是深浅埋分界线规范为12米埋深30米，安全系数0.77埋深20米，安全系数0.78先侧向破坏随埋深增加，安全系数不断减少侧向破坏后形成塌落平衡拱埋深50米，安全系数0.75埋深4米，安全系数0.87埋深4米，安全系数1.32（3）不同强度时拱形洞室等效塑性应变图比较强度不同

7、，安全系数不同，图形基本相同。埋深3.5米，安全系数0.88埋深3.5米，安全系数1.37c=40kpac=70kpa埋深8米，安全系数为1.22埋深8米，安全系数0.82埋深9米，安全系数1.20埋深9米，安全系数0.82埋深7米，安全系数为1.25埋深7米，安全系数0.84埋深10米，安全系数为1.18埋深10米，安全系数0.82埋深12米，安全系数1.15埋深12米，安全系数0.81埋深15米，安全系数为1.12埋深15米，安全系数0.8埋深20米，安全系数为1