【正文】 室開(kāi)挖后，圍巖中的某些塊體在自重作用下向洞內(nèi)滑移。作用在支護(hù)襯砌上的壓力就是這些滑體的重量或其分量。 第八章 ? 找出結(jié)構(gòu)面的組合形式及其與洞軸線(xiàn)的關(guān)系 。 ? 確定圍巖中可能不穩(wěn)定楔形體 (或分離體 )的位置和形狀 。 ? 確定不穩(wěn)定體塌落或滑移的滑動(dòng)方向 、 可能滑動(dòng)面的位置 、 產(chǎn)狀和力學(xué)強(qiáng)度參數(shù) 。 ? 對(duì)楔形體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算 。 ? 如果楔形體處于穩(wěn)定狀態(tài) ， 其圍巖壓力為零；如果不穩(wěn)定 ， 就要具體地計(jì)算其圍巖壓力 。 步驟 第八章 1)洞頂圍巖壓力 作用在楔形體的力： ? ① 圍巖重分布應(yīng)力； ? ② 結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度產(chǎn)生的抗滑力； ? ③ 楔形體的自重 G1。 2c os2s i n2c os21 ?????? ?? ?????? ???jj tglCG第八章 如果楔形體不穩(wěn)定 ， 則作用于洞頂支襯上的圍巖壓力 pv就是該楔形體的自重 。 )(221 21 ????c t gc t ggSgShGpV ????側(cè)壁不穩(wěn)定 ? 楔形體 DEFH所形成的側(cè)壁圍巖壓力 ph等于楔形體的重量在滑動(dòng)方向上的分力減去滑動(dòng)面的摩阻力后 ， 在水平方向上的分力 。 第八章 0s i nc o s 22 ??? ??? GlCtgG FHjj若楔形體不穩(wěn)定，則該楔形體產(chǎn)生的側(cè)向圍巖壓力 ph為： ????c os)c oss i n( 22FHjjhlCtgGGp???第八章 巖爆 (rockburst) 巖爆 高天然應(yīng)力的彈脆性巖體 地下開(kāi)挖工程 開(kāi)挖卸荷及特殊的地質(zhì)構(gòu)造作用 周邊巖體中應(yīng)力高度集中，積聚于較高的彈性應(yīng)變能 當(dāng)開(kāi)挖體圍巖中應(yīng)力超過(guò)巖體的容許極限狀態(tài) 第八章 第八章 （ 1） 巖爆的產(chǎn)生條件 1)圍巖應(yīng)力條件 判斷巖爆發(fā)生的應(yīng)力條件有兩種方法： ? 一是用洞壁的最大環(huán)向應(yīng)力 σ θ 與圍巖單軸抗壓強(qiáng)度 σ c之比值作為巖爆產(chǎn)生的應(yīng)力條件； ? 一是用天然應(yīng)力中的最大主應(yīng)力 σ 1與巖塊單軸抗壓強(qiáng)度 σ c之比進(jìn)行判斷。 第八章 1)圍巖應(yīng)力條件 ? 經(jīng)驗(yàn)公式 c?? )~(1 ?σ 1／ σ c大于 ～ 。 第八章 2)巖性條件 ? 彈性變形能系數(shù) ω ：加載到 c后再卸載至 c時(shí) ， 卸載釋放的彈性變形能與加載吸收的變形能之比的百分?jǐn)?shù) 。 %100??O A BC A BFF?當(dāng) ω ＞ 70％ 時(shí) ， 會(huì)產(chǎn)生巖爆 ， ω 越大發(fā)生巖爆的可能性越大 。 第八章 ? 應(yīng)變能消耗比： 巖石單向壓縮時(shí)，達(dá)到強(qiáng)度極限前積累于巖石內(nèi)的應(yīng)變能與強(qiáng)度極限后消耗于巖石破壞的應(yīng)變能之比。 B A COA BFFn ?式中： FOAB為曲線(xiàn) OAB包圍的面積；FBAC為曲線(xiàn) BAC包圍的面積。 n＜ 1時(shí)，不會(huì)發(fā)生巖爆； n＞ 1時(shí)，可能發(fā)生巖爆。 第八章 （ 2） 影響巖爆的因素 1)地質(zhì)構(gòu)造 ? 巖爆大都發(fā)生在褶皺構(gòu)造中。 ? 巖爆與斷層、節(jié)理構(gòu)造密切相關(guān)。當(dāng)掌子面與斷裂或節(jié)理走向平行時(shí)，容易觸發(fā)巖爆。 ? 巖體中節(jié)理密度和張開(kāi)度對(duì)巖爆有明顯的影響。據(jù)南非金礦觀(guān)測(cè)表明，節(jié)理間距小于 40cm，且張開(kāi)的巖體中，一般不發(fā)生巖爆。掌子面巖體中有大量巖脈穿插時(shí)，也將發(fā)生巖爆。 2)洞室埋深 ? 隨著洞室埋深增加，巖爆次數(shù)增多，強(qiáng)度也增大。發(fā)生巖爆的臨界深度 H可按下式估算 ： 221313)1()1)(21(,21,?????????????????????????????? ???? CBgCBH c第八章 （ 3） 巖爆形成機(jī)理和圍巖破壞區(qū)分帶 1)劈裂成板階段（巖爆孕育） ? 垂直洞壁方向受張應(yīng)力作用而產(chǎn)生平行于最大環(huán)向應(yīng)力的板狀劈裂。 ? 僅在洞壁表部，部分板裂巖體脫離 母巖而剝落，而無(wú)巖塊彈射出現(xiàn)。 2)剪切成塊階段 (巖爆的醞釀 ) ? 劈裂巖板向洞內(nèi)彎曲，發(fā)生張剪復(fù) 合破壞。 ? 處于爆裂彈射的臨界狀態(tài)。 3)塊、片彈射階段 ? 劈裂、剪斷巖板，產(chǎn)生響聲和震動(dòng)。 ? 巖塊發(fā)生彈射，巖爆形成。 第八章 ? 巖爆的漸進(jìn)性破壞過(guò)程很短促 。 ? 各階段在演化的時(shí)序和發(fā)展的空間部位 ， 都是由洞壁向圍巖深部依次重復(fù)更迭發(fā)生的 。 因此 ， 巖爆引起的圍巖破壞區(qū)可以分 彈射帶 、 劈裂 剪切帶 和 劈裂帶 等三帶 。 第八章 167。 圍巖抗力與極限承載力 ? 洞室由于存在很高的內(nèi)水壓力作用，迫使襯砌向圍巖方向 變形 ，圍巖被迫后退時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè) 反力 來(lái)阻止襯砌的變形。 圍巖對(duì)襯砌的反力 稱(chēng)為 圍巖抗力 ，或稱(chēng) 彈性抗力 。 ? 圍巖抗力愈大，愈有利于襯砌的穩(wěn)定。圍巖抗力承擔(dān)了一部分內(nèi)水壓力，從而減小了襯砌所承受的內(nèi)水壓力，起到了 保護(hù)襯砌的作用 。 ? 充分利用 圍巖抗力 ，可以大大地減 薄襯砌的厚度 ，降低工程造價(jià)。 ? 圍巖極限承載力 是表征圍巖 承擔(dān)內(nèi)水壓力能力 的指標(biāo)。它主要與圍巖的強(qiáng)度性質(zhì)及天然應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。 第八章 一 、 圍巖抗力系數(shù)及其確定 ? 圍巖抗力系數(shù) 是表征圍巖抵抗襯砌向圍巖方向變形能力的指標(biāo)，定義為 使洞壁圍巖產(chǎn)生一個(gè)單位徑向變形所需要的內(nèi)水壓力。 ypK a?Pa為洞壁受到的內(nèi)水壓力； y為洞壁圍巖向外產(chǎn)生的徑向位移。 (MPa／ cm) 圍巖抗力系數(shù)（ K）愈大，說(shuō)明圍巖受內(nèi)水壓力的能力愈大。 K值不是一個(gè)常數(shù)。它隨 洞室尺寸而變化 ，洞室半徑越大， K值越小。 第八章 單位抗力系數(shù) ? 單位抗力系數(shù)是指洞室半徑為 100cm時(shí)的抗力系數(shù)值。 10000RKK ?確定方法：直接測(cè)定法、計(jì)算法和工程地質(zhì)類(lèi)比(經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) )法。 直接測(cè)定法有雙筒橡皮囊法、隧洞水壓法和徑向千斤頂法。 第八章 雙筒橡皮囊法 ? 用水泵對(duì)橡皮囊加壓使其擴(kuò)張，對(duì)坑壁巖體施壓，使坑壁巖體受壓而向四周變形。 若坑壁無(wú)混凝土襯砌 若有混凝土襯砌 ypK a?20RbEypK ca ??第八章 隧洞水壓法 ? 在已開(kāi)挖的隧洞中 ， 選擇代表性地段將兩端堵死 ， 進(jìn)行水壓試驗(yàn) ， 洞壁圍巖在水壓力的作用下發(fā)生徑向變形 。 利用扁千斤頂代替水泵作為加壓工具對(duì)巖體施加徑向壓力，并測(cè)得徑向變形 。 徑向千斤頂法 第八章 計(jì)算法 ? 根據(jù)圍巖抗力系數(shù)和彈性模量 E與 泊松比 μ 之間的理論關(guān)系來(lái)求圍巖的 K和 K0值。 )1(100,)1( 00 ?? ???? EKREK)ln1(1 0 0,)ln1(210210 RREKRRREKmmemme????????堅(jiān)硬、完整、均質(zhì)和各向同性的巖體 軟弱和破碎巖體，或具有塑性圈的圍巖 R1為裂隙區(qū)半徑 (cm)。堅(jiān)硬巖體： R1/R0＝；軟弱、破碎巖體： R1／ R0=300。 第八章 ? 根據(jù)已有建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，將擬建工程巖體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性、工程規(guī)模等因素與已建工程進(jìn)行類(lèi)比確定 K值。 第八章 二 、 圍巖極限承載力的確定 ? 圍巖極限承載力是指圍巖承擔(dān)內(nèi)水壓力的能力 。 ? 圍巖極限承載力與圍巖的力學(xué)性質(zhì)及天然應(yīng)力狀態(tài)有關(guān) 。 ? 有壓洞室開(kāi)挖以后 ， 圍巖處于重分布應(yīng)力狀態(tài)中 。當(dāng)洞壁受到高壓水流的作用時(shí) ， 圍巖內(nèi)又產(chǎn)生一個(gè)附加應(yīng)力 ， 使圍巖內(nèi)的應(yīng)力再次分布 ， 產(chǎn)生新的重分布應(yīng)力 。 如果兩者疊加后的圍巖應(yīng)力大于或等于圍巖的強(qiáng)度時(shí) ， 則圍巖就要發(fā)生破壞 ， 否則圍巖不破壞 。 第八章 自重應(yīng)力作用下的圍巖極限承載力 ? 設(shè)有一半徑為 R0的圓形有壓隧洞，開(kāi)挖在僅有自重應(yīng)力 (σ v＝ ρ gh， σ h＝ λρgh)作用的巖體中；洞頂埋深為 h；洞內(nèi)壁作用的內(nèi)水壓力為 pa。 ???????????0)]2c o s21()2c o s21[(0111?????????rrgh?????????0222?????raarpppa引起的洞壁上的附加應(yīng)力 無(wú)水壓力時(shí)，洞壁上的重分布應(yīng)力 第八章 第八章 ararpghp????????????0)]2c o s21()2c o s21[(?????????有水壓力時(shí)，洞壁上的重分布應(yīng)力 mmrrmc t gC ????????2s i n????圍巖極限平衡條件 mmma Cghp ?????? c os)s i n1) ] (2c os21()2c os21[(21 ??????)s i n1) ] (2c os21()2c os21[()c os(2mmmacr gCph????????????)s i n1)(13()c o s(2mmmacr gCph????????圍巖極限承載力 上覆巖層的極限厚度 洞頂上覆巖層的極限厚度 第八章 天然應(yīng)力作用下的圍巖極限承載力 ? 把 鉛直天然應(yīng)力 σ v和 水平天然應(yīng)力 σ h代入到洞壁重分布應(yīng)力計(jì)算公式中，就可以得到 天然應(yīng)力作用下的圍巖極限承載力 mmmhVhVa Cp ??????? c os)s i n1](2c os)(2)[(21 ??????圍巖的極限承載力由巖體天然應(yīng)力和內(nèi)聚力兩部分組成的。因此，當(dāng)巖體的 Cm， υ m一定時(shí)，圍巖的極限承載力取決于天然應(yīng)力的大小。 第八章 復(fù)習(xí)思考題 ? 圍巖壓力的類(lèi)型有哪幾種？各種類(lèi)型圍巖壓力將采用何種計(jì)算方法？ ? 擬在地表以下 1500m處開(kāi)挖一水平圓形洞室，已知巖體的單軸抗壓強(qiáng)度 σc=100Mpa，巖體天然密度 ρ=，巖體中天然應(yīng)力比值系數(shù) λ=1，試評(píng)價(jià)該地下洞室開(kāi)挖后的穩(wěn)定性。 ? 總結(jié)彈性洞室圍巖重分布應(yīng)力的特征。 ? 不同類(lèi)型的圍巖的變形破壞形式不同，其決定性的因素是什么？ ? 在均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的巖體中，測(cè)得地面以下100m深度處的天然應(yīng)力為 σv=26MPa， σH=，擬定在該深度處開(kāi)挖一水平圓形隧道，半徑 R0=3m。 ? 試求： 1）沿 θ=0176。 和 θ=90176。 方向上重分布應(yīng)力（ σr、σθ）隨 r變化的曲線(xiàn)； ? 2）設(shè)巖體的 Cm=， φm=30176。 ，用圖解法求洞頂與側(cè)壁方向破壞圈厚度 ? 在地表以下 200m深度處的巖體中開(kāi)挖一洞徑2R0=2m的水平圓形遂洞，假定巖體的天然應(yīng)力為靜水壓力狀態(tài) (即 λ=1)，巖體的天然密度 ρ=。 ? 試求： 1）洞壁、 2倍洞半徑、 2倍洞半徑處的重分布應(yīng)力； ? 2）根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果說(shuō)明圍巖中重分布應(yīng)力的分布特征； ? 3）若圍巖的抗剪強(qiáng)度 Cm=， φm=30176。 ，試評(píng)價(jià)該洞室的穩(wěn)定性； ? 4）洞室若不穩(wěn)定，試求其塑性變形區(qū)的最大半徑（ R1）。