第六章-隧道支护结构计算.pptx

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1、第6章隧道支护结构的计算6.3岩体力学方法6.1隧道结构体系的计算模型6.2结构力学方法6.4隧道抗震计算§6.1概述6.1.1隧道工程受力特点1.荷载的模糊性2.围岩物理力学参数难以准确获得3围岩压力-承载体系◆围岩不仅是荷载，同时又是承载体；◆地层压力由围岩和支护结构共同承受；◆充分发挥围岩自身承载力是支护结构设计的根本出发点地面结构荷载比较明确，而且荷载量级不大，而隧道工程的荷载主要取决于地应力，地应力难以准确量测。地面工程中材料力学参数可通过试件实验获取，而隧道围岩物理力学参数要通过现场测试，不仅难以进行且不同地段差别很大§6.1概述6.1.1隧道工程受力特点5作用

2、在支护结构上的荷载受到施工方法和施工时间的影响6与地面结构不同，隧道支护结构安全与否既要考虑支护结构能否承载，又要考虑围岩是否失稳。6.1.2隧道结构体系的计算模型1.结构力学模型特点：◆以支护结构作为承载主体；◆围岩对支护结构的作用只是在支护结构上产生荷载：①主动围岩压力；②被动围岩弹性抗力。◆荷载-结构模型，采用结构力学方法计算。适用于：支护结构主动承担围岩松动压力的情况（模筑混凝土衬砌）第6章隧道支护结构的计算以支护结构作为承载主体，围岩对支护结构的变形起约束作用的计算模型。2.岩体力学模型特点：◆支护结构与围岩视为一体，共同承受荷载，且以围岩作为承载主体；◆支护结构约

3、束围岩的变形；◆采用岩体力学方法计算，围岩-结构模型；◆围岩形变引起支护结构上的压力。适用于：锚喷支护第6章隧道支护结构的计算以围岩作为承载主体，支护结构限制围岩向隧道内变形的计算模型6.2.1概述6.2结构力学方法1.基本原理◆将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载的主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承◆当作用在支护结构上的荷载确定后，可用结构力学的方法求解超静定结构的内力和位移荷载-结构模型的应用有如下三种：第6章隧道支护结构的计算§6.2荷载结构法6.2.1基本原理（1）主动荷载模型不考虑围岩与支护结构的相互作用，因此，支护结构在主动荷载作用下可以自由变形，其计算

4、原理和地面结构一样。§6.2荷载结构法（2）主动荷载加被动荷载（弹性抗力）模型认为围岩不仅对支护结构施加主动荷载，而且由于围岩与支护结构的相互作用，围岩还对支护结构施加被动的弹性抗力。结构产生的变形用虚线表示。在拱顶，其变形背向地层，不受围岩的约束而发生自由变形，该区域称为脱离区。在两侧及底部，衬砌产生朝向地层的变形，并受到围岩的约束，围岩对衬砌产生弹性抗力，该区域称为抗力区。围岩对衬砌变形起双重作用：主动压力使衬砌变形，被动压力阻止衬砌变形。条件为：围岩与衬砌全面、紧密的接触抗力区§6.2荷载结构法（3）实际荷载模型采用量测仪器实地量测作用在衬砌上的荷载值，这是围岩与支护结

5、构相互作用的综合反映。切向荷载的存在可减小荷载分布的不均匀程度，从而改善结构的受力情况。测量的荷载值既包含围岩的主动荷载也包含弹性反力。荷载值与围岩的性质、支护结构的刚度、衬砌背后回填土的质量有关编号荷载类型荷载名称1永久荷载（恒载）围岩压力（最主要）2结构自重力（由结构尺寸和材料容重确定）3填土压力（按自重考虑）4水压力（按最低水位考虑）5可变荷载基本可变荷载公路车辆荷载，人群荷载6立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力7立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力8其它可变荷载立交渡槽流水压力9温度变化的影响力10冻胀力施工荷载11偶然荷载落石冲击力12地震力作用在隧道

6、结构上的荷载按时间分§6.2结构力学方法隧道结构上的荷载及其类型按其性质可以区分为两大类:●主动荷载是主动作用于结构、并引起结构变形的荷载；1主要荷载。包括围岩压力、支护结构自重、回填土荷载、地下静水压力级车辆活荷载等2附加荷载。偶然的非经常作用的荷载。温差压力、灌浆压力、冻胀压力、混凝土收缩压力及地震力等●被动荷载是因结构变形压缩围岩而引起的围岩被动抵抗力，即弹性抗力，它对结构变形起限制作用。只产生在被衬砌压缩的围岩边界。②被动荷载～围岩抗力◆共同变形理论（很少采用）◆局部变形理论（温克尔假定）该理论认为围岩的弹性抗力与围岩在改点的变形成正比。该理论把围岩简化为一系列彼此独

7、立的弹簧，每个弹簧表示一个小岩柱。§6.2结构力学方法（2）隧道结构上的荷载及其类型6.2.2衬砌结构计算的直接刚度法（1）计算原理直接刚度法又称矩阵位移法，是以结构节点位移为基本未知量，在节点处满足变形协调条件和静力平衡条件。基本结构计算图式衬砌结构的处理◆衬砌的处理：衬砌属于拱形结构，受弯矩和轴力影响较大，将衬砌沿其轴线离散化为直杆单元（梁单元），并将单元的联接点称为节点。一般将衬砌划分为30-60个单元。◆墙基础的处理：假设边墙底端是弹性固定，即能产生转动和垂直下沉，不能产生水平位移。如图a中单元