围岩压力例题.ppt

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1、第四章围岩压力4.1围岩压力理论概述一、古典山岩压力理论二、塌落体理论三、弹塑性平衡理论四、与时间有关的变形控制理论4.2围岩压力的影响因素4.3围岩压力的确定4.3.1松动围岩压力的确定4.3.2形变围岩压力的确定4.4围岩压力的实测方法4.4.1直接量测法4.4.2间接量测法4.1围岩压力理论概述目前，人们对围岩压力的概念有着不同的理解。通常人们认为，围岩压力是指由于地下空间的开挖而引起围岩的变形和破坏而作用在支护结构上的荷载。而有的人则认为，围岩压力是围岩中客观存在的应力状态，无论是否施作支护衬砌围岩压力都存在。

2、在无支护情况下，围岩压力是由围岩本身在承担，当围岩本身不能承受这个压力时，就表现为围岩的过量变形甚至坍塌破坏。所以，人们对围岩压力的认识是从开挖地下空间后围岩的变形和坍塌的现象开始的。在施作支护衬砌后，人们又从支护结构的变形、开裂等现象中进一步认识到围岩压力的存在。在坚硬稳定的岩体中开挖洞室时，一般是不需要支护的，可是爆破时会发生围岩松动及暴露后受到风化，故仍需要修筑支护结构；在破碎岩体或松散地层中开挖洞室时，围岩由于受到扰动自身不能维持稳定而产生变形、松动、下沉或坍塌等现象。所有这些现象统称为围岩压力现象。为了防止围

3、岩的塌落破坏，保证隧道的设计建筑限界和净空，就需要架设临时支护或修筑永久性支护结构。这种支护衬砌结构承受的压力，就是围岩压力，它是作用于隧道支护衬砌结构上的主要荷载。岩石地下工程的支护可能有两种极端情况：一种情况是，当围岩中的应力达到峰值前，支护已经到位，围岩的进一步变形（包括其剪胀或扩容）破碎受到支护的阻挡，构成围岩与支护共同体，形成相互间的共同作用。如果支护有足够的刚度和强度，则共同体是稳定的，并且围岩与支护在双方力学特性的共同作用下形成岩体和支护结构内各自的应力、应变状态。这种情况下支护结构上的围岩压力可以看成是

4、“形变压力”。另一种极端情况是，当围岩中的应力达到峰值前，支护未及架设，甚至在围岩破裂充分发展，支护仍未起作用，从而导致在隧道或洞室的顶板或侧壁形成塌落或沿破裂面的滑落。这时支护结构将承受塌落或滑落岩体传递来的压力。这种情况下支护结构上的围岩压力可以看成是“松动压力”。处在这两种极端情况之间的是，围岩应力达到峰值以后，岩体变形的发展在未完全破裂前，支护开始起作用，这时也可进入围岩—支护共同作用状态。这时，支护结构上的围岩压力仍可看成是“形变压力”。由于支护受到的只是剩余部分的变形作用，因此支护结构上所受的压力要比第一种

5、极端情况小，这对支护结构的稳定有利。变形作用的剩余部分越小，作用于支护结构上的压力就越小。但是，并非支护时间越晚越好，因为支护作用过晚可能会使围岩进入第二种极端情况，即围岩完全丧失自稳能力而进入塌落破坏阶段，从而失去支护与围岩共同作用的意义。围岩压力问题历来是地下工程中、尤其是设计支护衬砌时最为关心的问题，因为它同边坡的稳定坡角、地基的承载力、坝基的摩擦系数一样，直接影响到工程的造价和安全。正因为这一问题是隧道设计的主要依据，而且影响因素也很复杂，所以出现了许多有关围岩压力的理论和分析计算方法。由于有关围岩压力的理论太

6、多，不能一一介绍和分析，仅对几种对围岩压力的认识观点作一些讨论。一、古典山岩压力理论这种理论认为，地下洞室洞顶的压力是上覆岩土体的重力，所以又称为自重力理论。具有代表性的是海姆、朗肯及金尼克三种观点，他们对洞顶垂直压力的认识是一致的，即垂直压力就等于洞顶岩土体的自重力。但是对于洞侧壁的水平压力则说法不一，海姆认为侧向的水平压力与垂直压力相等，即静水压力假说；而朗肯从土力学的观点认为，侧向压力应是上覆岩土体自重力乘以系数，其中为岩土的内摩擦角；金尼克则从弹性力学出发，取自重力乘以侧压力系数（）来确定侧向水平压力，其中μ为

7、泊松比。多年的理论研究和实践证明，这些理论在绝大多数情况下是不适用的，而只能反应岩体中由于自重力而形成的初始应力，不能作为围岩压力来理解和应用。二、塌落体理论这一理论是把洞室围岩作为松散介质来考虑的，认为洞室开挖后洞顶形成塌落体，其重力就是围岩压力。这一类理论具有代表性的是：①太沙基理论，②毕尔包麦尔理论和③普氏理论。太沙基根据洞顶水平土条块下沉与侧面摩阻力的平衡关系，求得洞顶矩形塌落体的塌落高度为，其中a是洞室跨度之半，为岩土的内摩擦角，N为侧向压力系数，对于砂土为1.0。毕尔包麦尔认为洞顶塌落体为三角形断面，最大塌

8、落高度为。而普氏理论则认为洞顶的塌落体边界为拱形，最大拱高为，fn为似摩擦系数，或称普氏系数。以最大塌落高度的公式来看，这三种理论大同小异，太氏、毕氏在计算中直接用值，这是明确的力学指标，但认为洞顶塌落体是矩形或三角形在松散介质中是不符合实际的。普氏理论在国际上有较大影响，在我国50年代到60年代曾被广泛应用，但它在理论上和实践中