【正文】 ? 按用途分：礦山巷道 （ 井 ） 、 交通隧道 、 水工隧道 、 地下廠房 （ 倉庫 ） 、 地下軍事工程 ? 按洞壁受壓情況分：有壓洞室 、 無壓洞室 ? 按斷面形狀分：圓形 、 矩形 、 城門洞形 、 橢圓形 ? 按與水平面關系分：水平洞室 、 斜洞 、 垂直洞室 （ 井 ） ? 按介質(zhì)類型分：巖石洞室 、 土洞 ? 按應力情況分：單式洞室 、 群洞 開挖完成后的結(jié)構(gòu)圖 隧道錨桿彎矩與軸力分布曲線 ? 圍巖應力重分布問題 ——重分布應力 計算 ? 圍巖變形與破壞問題 ——位移計算 、 破壞區(qū) 確定 ? 圍巖壓力問題 ——圍巖壓力 計算 ? 有壓洞室圍巖抗力問題 ——圍巖抗力 計算 洞室 圍巖力學問題 ?h ?V ?? 167。 圍巖的變形與破壞 ? 167?！?巖體力學 》 ROCKMASS MECHANICS 劉佑榮 中國地質(zhì)大學工程學院 巖、工系 第 9章 地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析 ? 167。 圍巖壓力計算 ? 167。 圍巖重分布應力計算 ? 圍巖應力計算： ① 開挖前巖體天然應力狀態(tài)的確定 ② 開挖后 圍巖重分布應力 的計算 ③ 支護襯砌后圍巖應力狀態(tài)的改善 ? 重分布應力 ： 地下開挖擾動后在圍巖中形成的新的應力 。 M x ? ?V ?H M x ? ?V M x ?? ?H = + ?假定洞室開挖在天然應力比值系數(shù)為λ 的巖體中 ， 則問題可簡化為右圖所示的無重板巖體力學模型 。 ? ?? ????? ? 2co s)1(21 ???? V3） λ =1（ σ H=σ v=σ 0 ） 時的圍巖重分布應力 ? 圍巖內(nèi)重分布應力與 θ 角無關 ，僅與 R0和 σ 0有關 。 在理論上 ， σ r， σ θ要在 r→∞ 處才達到 σ 0值 ， 但實際上 σ r， σ θ 趨近于σ 0的速度很快 。 ???????????????????????????2200220011rRrRr?????5） σ r 、 σ θ 為主應力的條件 由式（ 8— 10）可知，當 τrθ＝ 0時， σr 、 σθ為主應力，即： 02si n2312 220440 ????????????????? ????? rRrRVhr可得 :當 1)θ=0、 90、 180、 2700 2) σh= σv 3) r=R0 時， σr 、 σθ為主應力 （ 2） 其他形狀洞室 ? 應力集中系數(shù) 地下洞室開挖后洞壁上一點的應力與開挖前洞壁處該點天然應力的 比值 ，稱為應力 集中系數(shù) 。 ③ 長方形 短邊中點 應力集中大于長邊中點 ，而 角點 處 應力集中最大 ，圍巖最易失穩(wěn)。 2 塑性圍巖重分布應力 ? 地下開挖后 ， 洞壁的應力集中 最大 ,當它超過圍巖屈服極限時 ， 洞壁圍巖就由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為 塑性狀態(tài) ， 并在圍巖中形成一個 塑性松動圈 。 ? 彈性區(qū)以外則是應力基本未產(chǎn)生變化的天然應力區(qū)(或稱原巖應力區(qū) )。 rdrrdrc t gCc t gCdmmmmmmrmmr????????s i n1s i n21s i n1s i n1)(????????????????平衡方程 02s i n2))(( ??????????? ????????ddrddrrdrdrrrrr rddr ??? ? ?? )(mmrrm c t gc ????????????2/)(2/)(s i nrrdrrd ???? ??塑性條件 Arc t gCmmmmr ???? lns i n1s i n2)l n (????0lns i n1s i n2)l n ( Rc t gCpAmmmmi ???????mmmmir c t gCRrc t gCpmm????????????????? s i n1s i n20)(ir pRr ?? ? 0mmmmmmi c t gCRrc t gCpmm???????? ?????????????? s i n1s i n20s i n1s i n1)(當 r =R0時 ???????????mmmmmiirc t gCpp???????s i n12s i n1s i n1當 r =R0， Pi=0時 ????????mmmrc t gC?????s i n120塑性圈內(nèi)圍巖重分布應力與巖體天然應力 (σ 0)無關，而取決于支護力 (pi)和巖體強度 (Cm， υ m)值。 二 、 有壓洞室圍巖重分布應力計算 ? 由于洞室內(nèi)壁上作用有較高的 內(nèi)水壓力 ， 使圍巖中的重分布應力比較復雜 。 ???????????????????222222222222222222)()(raabbppabpapbraabbppabpapbababababr???? 若使 b→∞ ， pb＝ σ 0(天然應力 ) 時 ， 則 b2/(b2 －a2)≈ 1， a2/(b2＋ a2)＝ 0； ? a →R 0,； Pa ?????????????????????????????222202222011raprarapraaar?????若有壓洞室半徑為 R0，內(nèi)水壓力為 pa ???????????????????????????????2202200220220011rRprRrRprRaar?????有壓洞室圍巖重分布應力 σ r和σ θ 由開挖以后圍巖 重分布應力 和內(nèi)水壓力引起的 附加應力 兩項組成。 ? 內(nèi)水壓力使圍巖產(chǎn)生附加應力的影響范圍大致也為 6倍洞半徑 。 ? 在力學屬性上可視為均質(zhì)、各向同性、連續(xù)的線彈性介質(zhì)，應力應變呈近似直線關系。 ? 脆性開裂 出現(xiàn)在拉應力集中部位 堅硬塊狀巖體中的塊體滑移形式示意圖 ； ； ?塊體滑移 是以結(jié)構(gòu)面切割而成的不穩(wěn)定塊體滑出的形式出現(xiàn)。 ? 變形破壞主要受巖層產(chǎn)狀及巖層組合等控制 ， 破壞形式主要有： 沿層面張裂 、 折斷塌落 、 彎曲內(nèi)鼓 等 。 另一側(cè)邊墻巖塊滑移等破壞形式 ， 形成不對稱的塌落拱 。 碎裂狀巖體圍巖 ? 碎裂巖體是指斷層、褶曲、巖脈穿插擠壓和風化破碎加次生夾泥的巖體。 圍巖中含泥量很高時 ， 由于巖塊間不是剛性接觸 ， 易產(chǎn)生大規(guī)模塌方或塑性擠入 散體狀巖體圍巖 ? 散體狀巖體是指 強烈構(gòu)造破碎 、 強烈風化 的巖體。 ? 可用松散介質(zhì)極限平衡理論配合流變理論來分析。 二 、 圍巖位移計算 彈性位移計算 ? 圍巖處于彈性狀態(tài) ,位移可用彈性理論進行計算。 因開挖卸荷引起的應力差為 ????????????012012???????????rrr? 是否考慮天然應力對位移的影響，計算出的洞壁位移是不同的。 由于開挖卸荷形成塑性圈后 ， 彈 、 塑性圈交界面上的徑向應力增量 (Δσr)r＝ R1和環(huán)向應力增量 (Δσθ )r＝ R1為： ???????????????????????????????????????1111110022122100022122101)(1)(RRRrRRRrrrRrRrRrR?????????????彈、塑性圈交界面上的 徑向應變 ε R1為 )(21)(1)(1)(1002111111??????????? ????????????????????? ??RmRmmRrmmRrrmmRRGEEru彈、塑性圈交界面的 徑向位移 uR1 100100 )(1)(2)(2 111 11 REGRGdruRmmRmRRmR ??????? ??????? ?mmmrpeR C ????? co s)s i n1(01 ????塑性圈作用于彈性圈的徑向應力 mmmmR Gc t gCRu2)(s i n 011??? ??(837) 塑性圈變形 前后 體積不變 ])()[()( 20212021 01 RR uRuRRR ????? ??略去高階微量后，可得洞壁的徑向位移 00211012)(si n0 RGc t gCRuRRummmmRR??? ??? R1為塑性圈半徑； R0為洞室半徑； σ 0為巖體天然應力； Cm， υ m為巖體內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角 (839) 三 、 圍巖破壞區(qū)范圍的確定方法 ? 對于 整體狀 、 塊狀巖體 可用彈性力學或彈塑性力學方法確定其圍巖破壞區(qū)厚度 。 ? 在 λ ＞ 1/3的天然應力場中 ， 洞壁圍巖均為壓應力集中 ， 當大于圍巖的抗壓強度 σ c時 ， 洞壁圍巖就要破壞 。 修正芬納 塔羅勃公式 卡斯特納 (Kastner)公式 ???????? ???????????????mm11001 s i n11s i n1 ,)1()1(12??????????iccpRR167。 ? 按圍巖壓力的形成機理，可將其劃分為 形變圍巖壓力 、 松動圍巖壓力 和 沖擊圍巖壓力 。 形成的基本條件： ? 一是巖體中要有膨脹性粘土礦物 (如蒙脫石等 )； ? 二是要有地下水的作用。 沖擊圍巖壓力 ? 沖擊圍巖壓力是由巖爆形成的一種特殊圍巖壓力。 二