巖石地下工程ppt課件(已修改)
2025-09-23 18:27 本頁(yè)面
【正文】 巖石力學(xué)與地下工程 第一章 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 第二章 巖體的力學(xué)性質(zhì) 第三章 地應(yīng)力及其測(cè)量 第四章巖石本構(gòu)關(guān)系與強(qiáng)度理論 第五章 巖石地下工程 第六章 巖石邊坡工程 第七章 礦柱支護(hù)采礦法的巖體控制 第八章 崩落采礦法的巖體控制 第五章 巖石地下工程 綜述 巖石地下工程是指地下巖石中開(kāi)挖并臨時(shí)或永久修建的各種工程 ， 如地下井巷 、 隧道 、 硐室等 。 巖石開(kāi)挖后，周?chē)膸r石將失去原有的平衡狀態(tài)，其內(nèi)部原有應(yīng)力場(chǎng)將發(fā)生變化。 如果周?chē)鷰r石新應(yīng)力場(chǎng)中的應(yīng)力沒(méi)有超過(guò)巖石的承載能力，巖石就會(huì)自行平衡，否則，周?chē)鷰r石將可能產(chǎn)生破壞，如出現(xiàn)破裂甚至冒落，或者斷面產(chǎn)生很大的變形。 在這種情況下，就需要進(jìn)行支護(hù)。 σθ σr σθ σr σr = 0 σθ = 2 P0 經(jīng)應(yīng)力重新分布形成的平衡應(yīng)力 ， 稱(chēng)為次生應(yīng)力 （ secondary stresses） 或誘發(fā)應(yīng)力 （ induced stresses） . 因此 ， 實(shí)現(xiàn)巖石地下工程穩(wěn)定的條件是： σmas S (51) umax U (52) 巖石地下工程有淺埋地下工程和深埋地下工程 。 淺埋地下工程影響范圍可達(dá)地表 ， 深埋地下工程一般不影響地表 。 從原巖應(yīng)力場(chǎng)變化到新的平衡應(yīng)力場(chǎng)的過(guò)程 ， 稱(chēng)為應(yīng)力重新分布（ redistribution of stress） 。 式中： σmas 、 umax—— 分別為圍巖內(nèi)（或支護(hù)后）的最危險(xiǎn)應(yīng)力 和位移 S、 U —— 圍巖或支護(hù)所 允許的最大應(yīng)力和最大位移。 解析方法是指采用數(shù)學(xué)力學(xué)的計(jì)算取得解的方法 。 所以 ， 要根據(jù)巖石的受力狀態(tài)和本身的性質(zhì) 。 峰前區(qū)彈性與粘彈性力學(xué)分析 巖石在受力后，峰前區(qū)彈性與粘彈性力學(xué)分析分別適用于彈 性與粘彈性的本構(gòu)模型。 (1) 軸對(duì)稱(chēng)圓形巷道 圍巖的彈性應(yīng)力狀態(tài) 巖石地下工程圍巖應(yīng)力解析法分析 當(dāng)巖體處于 彈性范圍內(nèi)，運(yùn)用彈性力學(xué)方程 。 當(dāng)巖體處于塑性范圍狀態(tài)，則運(yùn)用彈塑性力學(xué)進(jìn)行研究。 ： ⅰ .圍巖為均質(zhì) 、 各向同性 、 線(xiàn)彈性 、 無(wú)蠕變性或粘性行為； ⅱ .原巖應(yīng)力為各向等壓 （ 靜水壓力 ） 狀態(tài)； ⅲ. 巷道斷面為圓形，可采用平面應(yīng)變問(wèn)題的方法，取巷道的任 一截面作為其代表進(jìn)行研究； ⅳ. 巷道埋藏深度 Z大于 20倍的巷道半徑 R0 ,如圖 51所示。 P P q q σθ σθ σr σr θ r a?? 2c o s)341)((21)1)((21 442222 rarapqraqpr ????????? ? 2c o s)31)((21)1)((21 4422rapqraqp ???????? ? 2si n)321)((21 4422raraqpr ????)1( 22rapr ???)1( 22rap ????0??? r由彈性平面問(wèn)題的吉爾希解，可得： 當(dāng)軸對(duì)稱(chēng)時(shí)， p = q 。即側(cè)壓系數(shù) λ=1時(shí)，則有 )1( 22rapr ???)1( 22rap ????p2??? 0?r???r?2P aP P P P 當(dāng) = r時(shí)，則 a 周邊 r = , σr =0, σθ =2P0；周邊的切向應(yīng)力為最大 ， a 當(dāng) σθ =2P0的值超過(guò)圍巖的彈性極限時(shí)，圍巖進(jìn)入塑性。 如果把巖石看作為脆性材料，當(dāng) σθ =2P0的值超過(guò)圍巖的彈性極限，則圍巖發(fā)生破壞。 定義 應(yīng)力集中系數(shù) K： K = 開(kāi)挖巷道后圍巖的應(yīng)力 /開(kāi)挖巷道前圍巖的應(yīng)力 = 次生應(yīng)力 /原巖應(yīng) 軸對(duì)稱(chēng)圓巷周邊的次生應(yīng)力為 2P0 , 所以， K =2。 若定義以 σθ 高于 ，據(jù)此可得 r≈5 。 工程中有時(shí)以 10%作為影響邊界。從而得到 r≈3 aa??r?2P aP P P P 影響圈半徑 r= 3 a aP P λ P λ P 壓應(yīng)力區(qū) 拉應(yīng)力區(qū) θ λ=1/4 σ θ =（ 1+λ ） P +（ 1λ ） P cos2θ （ 513） a周邊應(yīng)力情況 r= , 則 σ r = 0， τ rθ =0 由式（ 513）可得圖 56所示的巷道周邊切向應(yīng)力狀態(tài)分布曲線(xiàn) aP P λ P λ P 壓應(yīng)力區(qū) θ λ=1/3 σ θ =（ 1+λ ） P +（ 1λ ） P cos2θ （ 513） 作業(yè)：求出頂壓為 P,側(cè)壓系數(shù) λ=1/4 時(shí)， 圓巷周邊的應(yīng)力分布。 如圖 57所示的橢圓巷道的周邊切向應(yīng)力計(jì)算公式： σ θ =P0(m2sin2θ+2msin 2θ cos2θ)/( cos 2θ+m 2sin2θ)+ λP 0(cos2θ+2mcos 2θ m2sin2θ)/( cos 2θ+m 2sin2θ) (514) 式中 λ 為側(cè)壓系數(shù)， m為軸比 m= b/a, P0 P0 q= λ P0 q= λ P0 ab等應(yīng)力軸比：是使巷道周邊應(yīng)力均勻分布時(shí)的橢圓長(zhǎng)短軸之比。該軸比可通過(guò)求（ 514）式的極值得到： dσ θ /dθ= 0, 則 m=1/λ (515) 將 m值代入（ 514）得到： 即當(dāng) m=1/λ 時(shí)， σ θ 為常數(shù)，軸比對(duì)應(yīng)力分布的影響 .如圖 58所示 abm = 1/λ
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