【正文】 直接量測法 理論估算法 統(tǒng)計(jì)法（經(jīng)驗(yàn)法、工程類比法） 只介紹 （其它情況太復(fù)雜、不介紹） 1?? 深埋圓形洞室彈塑性圍巖二次應(yīng)力狀態(tài) 理論估算解 假設(shè)巖體服從庫侖 莫爾準(zhǔn)則，是理想塑性體（極限平衡理論）。 02 pppr ?? ???02 peer ?? ???（ 4）求解塑性區(qū)應(yīng)力 得： drdrcrr????? ????1si n1si n)c o t(2分離變量，解微分方程： rdrcdrr?????s in1s in2c o t ????????????????????????c o t)(si n1si n1)c o tsi n1si n)c o t(2c o t)()c o t(s i n1s i n20s i n1s i n20???????????????????cRrcpccRrcpirrir＝（整理，得：并代入塑性條件：得：??????????????????????????????s i n1s i n2100s i n2s i n10010s i n1s i n20101s i n1s i n20s i n1s i n20))(si n1(c o t()]si n1)(c o tc o t[(2c o t2)(si n1)c o t22c o t)(si n1si n1)c o tc o t)()c o t(??????????????????????????????????RRcppcpcpRRpcRRcppRrcRrcpcRrcpiiiriir－）支護(hù)反力：化簡得塑性區(qū)半徑：（＋，代入彈塑性交界條件：＝（與把（ 5）求解塑性區(qū)半徑和支反力（修正的 Fenner公式） ”即可取上式“同理得：并化簡，代入彈性應(yīng)力公式和把化簡得：得：（代入彈性應(yīng)力公式和把?????????????????????????????????????????????????????????????20s i ns i n1000201s i n1s i n20112121210210s i n1s i n20120s i n1s i n201)(]c o t)si n1)(c o t()[c o s())(c o t(c o tc o t))(c o tc o t)()c o t(rRcpcppcprBpRBRRcpRcRRpBRBpcRRcprBpcRrcpRrirririr?（ 6）求解彈性區(qū)應(yīng)力 1)深埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 (1) 統(tǒng)計(jì)法 — 我國 《 隧規(guī) 》 所推薦的方法 ????????? whhqsqq?式中 γ — 圍巖容重； hq— 坍落拱高度； s — 圍巖級別； w — 寬度影響系數(shù)，由 w=1+i（ B5）計(jì)算： B — 坑道寬度，當(dāng) B＜ 5m時，取 i =，當(dāng) B＞ 5m時，取 i =。 水平壓力見表 47： 表 47圍巖水平均布壓力 圍巖級別 Ⅰ 、 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 水平均布壓力 0 ＜ ( ～)q (～)q (～)q 統(tǒng)計(jì)法公式的適用條件： ? H/B＜ ， H為坑道的高度； ? 深埋隧道； ? 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖； ? 采用礦山法施工 。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍巖垂直松動壓力的分布可概括為 4種，如圖 47。 圖 47 圍巖豎向松動壓力的分布圖形 統(tǒng)計(jì)法公式僅針對圖中第一種情況。 圖 4 7(2) 普氏理論 散粒體理論：巖體被節(jié)理、裂隙所切割，視為散粒體。 普氏系數(shù) f(巖體堅(jiān)固性系數(shù) ): 0t a nt a n ?????? ????? cf巖體堅(jiān)固性系數(shù) f 的概念： f— 是一個以巖體強(qiáng)度為主的指標(biāo)，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。 前述自然拱概念最早由普氏提出： fbhq ? ①堅(jiān)硬巖體 : ② 松散破碎巖體： ?????? ???? 245t a n 0?tt Hbb式中 為隧道凈跨度的一半； 為隧道凈高度 。 tb tHtbb? 一般來說 ， 普氏理論比較適用于松散 、 破碎的圍巖中 。 B h kB th k BbH t圖 48 自然拱的兩種形態(tài) (3) 泰沙基理論 理論：散粒體理論 。 ◆ 假定： 破裂面為折線 — OAB ◆ 方法： 研究微分條帶 dh的平衡 。 ◆ 步驟： = 0， 建立微分方程 ： 0,0 ?? vh ? ， 得： ： ⑴ 當(dāng)埋深 h 達(dá)到一定程度時 ， 為恒值： ⑵ 取側(cè)壓力系數(shù) k=1， 則有： ⑶ 與普氏法對照 ， 能發(fā)現(xiàn)什么 ？ )1(t a n 0t a n0bhkv ekb ??????????v? kbv ??0t a n ???f?0ta n ? hfbv ??? ??? 2)淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 ⑴ 深、淺埋隧道的判定原則 Hp＝（ 2～ ） hq I一 III級圍巖取 : Hp＝ 2hq IV～ VI級圍巖取 : Hp＝ H≥Hp 時為深埋 H＜ Hp時為淺埋 H 為覆蓋層厚度 (2) 淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 ① 土柱法 要點(diǎn)：忽略滑動面上的阻力。 適于：埋深 H ≤hq 垂直壓力： q=γH 水平壓力按朗金公式： e = γ(H + 1/2 Ht)tg 2(450 – Φ/2) Ht 為隧道凈高。 滑動巖體未擾動土體圖 41 0圍巖壓力滑動面 ②一院法 重點(diǎn)： 當(dāng) H＞ hq 時，應(yīng)該考慮滑動面上的阻力。 分析下圖： 圖 4 11N T 2W 2NT 2PT 1W 2B FW 1E AhB tT 1θD CH Gφ0 φ0HHt?s in2 11 TWP ?????c o s21 211 hT ? 圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場量測 直接量測 間接量測 思考題： ？在進(jìn)行圍巖分類時主要考慮什么因素？我國交通隧道圍巖分類對這些因素是如何處理的？ 30m，圍巖為 Ⅴ 級，凈寬為 12m，凈高為10m，圍巖天然容重 20KN/m3，試計(jì)算該隧道圍巖壓力？ 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 隧道洞門計(jì)算 巖體力學(xué)方法 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 隧 道抗震計(jì)算 ◆ 圍巖不僅是荷載，同時又是承載體； ◆ 地層壓力由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受； ◆ 充分發(fā)揮圍巖自身承載力的重要性。 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型 — 圍巖抗力的存在 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型 特點(diǎn)： ◆ 以支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載主體； ◆ 圍巖對支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用間接地體現(xiàn)為兩點(diǎn)： ①圍巖壓力； ②圍巖彈性抗力。 ◆ 采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。 適用于： 模筑砼襯砌 特點(diǎn)： ◆ 支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一體，共同承受荷載，且以 圍巖作為承載主體； ◆ 支護(hù)結(jié)構(gòu)約束圍巖的變形； ◆ 采用巖體力學(xué)方法計(jì)算； ◆ 圍巖體現(xiàn)為形變壓力。 適用于： 錨噴支護(hù) 述 ◆ 將支護(hù)和圍巖分開考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載的主體，圍巖作為荷載的來源和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承，與其對應(yīng)的計(jì)算模型稱為荷載 — 結(jié)構(gòu)模型。 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 根據(jù)對荷載的處理不同，它大致有如下三種模式： ◆ 主動荷載模式（圖 5－ 1（ a）） ◆ 主動荷載加被動荷載模式（圖 5－ 1（ b） ) ◆ 實(shí)際荷載模式（圖 5－ 1（ c） )。 圖 5— 1 荷載 — 結(jié)構(gòu)模式 (1) 主動荷載 ◆ 主要荷載 ◆ 附加荷載 (2) 被動荷載～圍巖抗力 ◆ 共同變形理論 ◆ 局部變形理論 圖 53 局部變形示意圖 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算的矩陣位移法 矩陣位移法又叫直接剛度法，它是以結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量，聯(lián)接在同一節(jié)點(diǎn)各單元的節(jié)點(diǎn)位移應(yīng)該相等，并等于該點(diǎn)的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移（變形協(xié)調(diào)條件）；同時作用于某一結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的荷載必須與該節(jié)點(diǎn)上作用的各個單元的節(jié)點(diǎn)力相平衡（靜力平衡條件）。 計(jì)算特點(diǎn) : ① 三種單剛 ◆ 襯砌單剛：梁單元 ◆ 抗力單剛：二力桿單元 ◆ 基礎(chǔ)單剛：支座單元 ② 拼總剛 (結(jié)構(gòu)剛度矩陣 ) ③ 邊界條件～墻基礎(chǔ)水平位移為 0 ④ 求解以節(jié)點(diǎn)位移為未知量的方程組～高斯消去法等 ⑤ 由節(jié)點(diǎn)位移求出單元節(jié)點(diǎn)力～內(nèi)力 (1)襯砌結(jié)構(gòu)的處理 ◆ 襯砌的處理：將襯砌沿其軸線離散化為直桿單元（梁單元），并將單元的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。 ◆ 墻基礎(chǔ)的處理：假設(shè)邊墻底端是彈性固定，即能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動和垂直下沉，不能產(chǎn)生水平位移。 圖 54 直剛法計(jì)算圖式 (2)等效節(jié)點(diǎn)荷載的處理 ◆ 按 “ 靜力等效 ” 原則進(jìn)行，即均布荷載所作的虛功應(yīng)等于節(jié)點(diǎn)荷載所作的虛功。 圖 55 等效節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算示意圖 垂直均布荷載作用在單元上的等效節(jié)點(diǎn)力分量為： 水平均布荷載作用在單元上的等效節(jié)點(diǎn)力分量為： (3)圍巖彈性抗力的處理 ◆ 以彈簧支承模擬圍巖彈性抗力，即在每個節(jié)點(diǎn)上設(shè)置一根彈簧鏈桿，彈簧力即為圍巖抗力； ◆ 以溫氏假定反映抗力與節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系； ◆ 彈簧支承的方向：應(yīng)按襯砌與圍巖的接觸狀態(tài)而定。 圖 56 圍巖彈性抗力鏈稈設(shè)置示意圖 (1)襯砌單元剛度矩陣 (襯砌單剛 ) (2)彈性支承鏈桿單元剛度矩陣 (抗力單剛 ) 要點(diǎn)： ◆ 其局部坐標(biāo)系與總體坐標(biāo)系一致； ◆ 由溫氏假定求抗力。 (3) 墻腳彈性支座單元剛度矩陣 圖 57 彈性鏈稈單元示意圖 圖 58 墻角彈性支座單元示意圖 （ 1）結(jié)構(gòu)剛度方程的形成 （ 2） 結(jié)構(gòu)剛度矩陣的特點(diǎn) ◆ 對稱矩陣 (反力互等定理 )； ◆ 稀疏的帶狀矩陣，非零元素的個數(shù)一般只占元素總 數(shù)的 5％左右； ◆ 是非奇異矩陣。因抗力彈簧本身就是對襯砌結(jié)構(gòu)的 約束，故襯砌結(jié)構(gòu)不能作剛體移動。 5. 未知節(jié)點(diǎn)位移的求解和彈性支承的調(diào)整 （ 1）邊界條件 ◆ 圍巖抗力彈簧支承就是一種邊界約束，已在拼總剛中考慮了； ◆ 基底支座～水平位移為 0。 （ 2）方程組求解：高斯消去法；迭代法 （ 3）對圍巖抗力彈簧支承的自動調(diào)整 （ 1）單元結(jié)點(diǎn)位移 （ 2）單元結(jié)點(diǎn)力 襯砌截面強(qiáng)度檢算 破損階段法～考慮到結(jié)構(gòu)的塑性階段