地下工程圍巖壓力ppt課件(已修改)
2024-09-28 18:26 本頁面
【正文】 圍巖壓力理論 原巖應(yīng)力 ?初始應(yīng)力的組成 自重應(yīng)力場和構(gòu)造應(yīng)力場 ?原巖應(yīng)力的變化規(guī)律 ①地應(yīng)力是個非穩(wěn)定應(yīng)力場 ②實測垂直應(yīng)力基本上等于上覆巖體重力 ③水平應(yīng)力一般大于垂直應(yīng)力 ④側(cè)壓系數(shù)在淺部范圍內(nèi)隨深度增加而增加，而在深部則隨深度增加而減小。 ⑤兩個水平應(yīng)力并不相等 ?確定原巖應(yīng)力的方法 （ 1）現(xiàn)場量測法 ⅰ 直接法。直接法是指巖體應(yīng)力由測量儀器所記錄的補(bǔ)償應(yīng)力、平衡應(yīng)力或其他應(yīng)力量直接決定，無需知道巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力 ——應(yīng)變的關(guān)系。這類方法包括早期的扁千斤頂法、剛性圓柱應(yīng)力計法以及后來的水壓致裂法、聲發(fā)射法等。其中水壓致裂法 是目前應(yīng)用較為廣泛的一種直接量測方法。 ? 地應(yīng)力恢復(fù)法 （ ground stress restoration method）是測量巖石絕對應(yīng)力的一種方法。先在巖塊表面上安裝不同方向的三個應(yīng)變計，記錄它們的初讀數(shù)；接著在巖塊上掏槽，使槽長遠(yuǎn)大于槽寬，并使槽壁與巖塊表面直交，再記錄應(yīng)變計的讀數(shù)；最后，把扁千斤頂固裝在槽內(nèi) ,并逐漸增加千斤頂內(nèi)的油壓，使之逐漸施壓于槽壁，直至三個應(yīng)變計恢復(fù)到未掏槽時的初讀數(shù)為止，此時千斤頂施加于槽壁的壓強(qiáng)即等于槽壁平面原有的法向應(yīng)力。因扁千斤不能對槽壁施加張力和剪力，故此法只適用于測量主平面上的主應(yīng)力。 ● 直接量測： 主要采用壓力盒、壓力傳感器等，壓力盒按工作原理分為機(jī)械作用式、電測式和液壓式等，目前使用較多的是鋼弦式壓力盒。 ⅱ 間接法。在間接法中，測試儀器不是直接記錄應(yīng)力或應(yīng)力變化值，而是測量某些與應(yīng)力有關(guān)的間接物理量的變化，然后，根據(jù)己知的應(yīng)力 ——應(yīng)變關(guān)系，由測得的間接物理量，計算出測點的原巖應(yīng)力值。這類方法有應(yīng)力解除法、松弛應(yīng)變測量法、地球物理方法等。其中， 應(yīng)力解除法 是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的方法，也是目前唯一能夠比較準(zhǔn)確地確定巖體中三維應(yīng)力狀態(tài)的方法。 地應(yīng)力解除法 （ ground stress relief method）又稱地應(yīng)變解除法是目前常用的一種 絕對地應(yīng)力測量 方法。它用的測量元件有許多類型，如電阻片型、鋼弦型和壓磁電感型等，而以壓磁電感型元件用得較多。使用這種元件測量地應(yīng)力時，先在被測地點鉆一小孔，把三個元件放進(jìn)孔內(nèi)，使之分別與小孔的三個不同方向的直徑取向一致；然后在每個元件上預(yù)加一定的壓力，同時記錄三個元件的電感值；接著用套鉆在小孔四周掏挖環(huán)形圓槽，使被測點的巖石與其周圍巖體分離，此時再記錄三個元件的電感值。根據(jù)兩次電感值的差異，按一定公式，算出垂直于孔軸的兩個主應(yīng)力的大小和方向。 ● 間接量測： 利用量測隧道襯砌的應(yīng)變、變形來推算作用在其上的圍巖壓力的方法，即間接量測法。如電阻應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變計、遙測應(yīng)變計、混凝土應(yīng)變磚等 （ 2）構(gòu)造應(yīng)力場地質(zhì)力學(xué)分析法 巖體中的一切構(gòu)造形跡，如巖層傾斜、褶曲、破裂和錯動等，無一不是巖體在地應(yīng)力作用下形成的永久變形的形象，是地殼構(gòu)造運動的力學(xué)作用的殘跡。因此。根據(jù)構(gòu)造形跡可以宏觀地反推出地應(yīng)力的性質(zhì)和方向，這就是地質(zhì)力學(xué)分析的基本概念。 （ 3）構(gòu)造應(yīng)力場的位移反演法 構(gòu)造應(yīng)力場的反演法是根據(jù)現(xiàn)場實測位移來反推巖體應(yīng)力場的方法。基于此法，不僅可以反演原巖應(yīng)力場，而且還可反演巖體參數(shù)。 ⅰ 應(yīng)力反分析法。該法是依據(jù)在工程區(qū)域內(nèi)有限個實測應(yīng)力值，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型，推求整個工程區(qū)域內(nèi)的初始應(yīng)力場； ⅱ 位移反分析法。該法是基于現(xiàn)場量測位移來反推系統(tǒng)的力學(xué)特征及其地質(zhì)背景的初始參數(shù)（即工程區(qū)域內(nèi)的力學(xué)特征參數(shù)、初始地應(yīng)力等）； ⅲ 混合反分析法。反分析所采用的信息既有位移量測值，又有應(yīng)力（或荷載）量測值。 圍巖壓力的概念 ● 圍巖壓力： 是指圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力 。 ● 圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為： ⑴ 松散壓力： 是指由于開挖而松動或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力。 ⑵ 形變壓力： 是指由于圍巖變形受到與之密貼的支護(hù)的抑制，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。 ⑶ 膨脹壓力： 是指由于圍巖吸水而膨脹崩解所引起的壓力。 ⑷ 沖擊壓力： 是指圍巖中積累了大量的彈性變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除， ⑴ 松散壓力： 常通過下列三種情況發(fā)生： ① 在整體穩(wěn)定的巖體中，可能出現(xiàn)個別松動掉塊的巖石； ② 在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)片幫冒落； ③在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，圍巖某些部位沿弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等局部塌落。 ⑵ 形變壓力： 是指由于圍巖變形受到與之密貼的支護(hù)如錨噴支護(hù)等的抑制，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。形變壓力除與圍巖應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)外，還與支護(hù)時間和支護(hù)剛度有關(guān)。 ⑶ 膨脹壓力： 是指由于圍巖吸水而膨脹崩解所引起的壓力。它與形變壓力的基本區(qū)別在于它是由吸水膨脹引起的。 ⑷ 沖擊壓力： 是指圍巖中積累了大量的彈性變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，能量突然釋放所產(chǎn)生的壓力。 沖擊壓力是巖體能量的積累與釋放問題，所以它與彈性模量直接相關(guān)。彈性模量較大的巖體，在高地應(yīng)力作用下，易于積累大量的彈性變形能，一旦遇到適宜條件，就會突然猛烈的大量釋放。 圍巖松散壓力的產(chǎn)生 開挖隧道所引起的圍巖松動和破壞的范圍有大有小，對于一般裂隙巖體中的深埋隧道，其波及范圍僅 局限在隧道周圍一定深度 ，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖松散壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆巖層自重所造成的壓力，這可用圍巖的 “ 成拱作用 ” 來解釋。 圍巖松散壓力的產(chǎn)生 ⑴ 隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過程中，頂板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階段； ⑵ 頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?，可視為松動階段； ⑶ 頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步坍塌，可視為坍塌
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