【正文】 3/4/2023 100 作業(yè)： P366 第 1題、第 2題。 3/4/2023 99 （ 3）兩個基本概念 蠕變試驗表明，當(dāng)所施加的載荷小于某一載荷水平時，巖石處于穩(wěn)定變形狀態(tài)，蠕變曲線趨于某一變形值，隨時間增長而不變化；當(dāng)所施加的載荷大于某一載荷水平時，巖石出現(xiàn)明顯的塑性變形加速現(xiàn)象，即產(chǎn)生不穩(wěn)定變形，這一載荷稱為巖石的軟化臨界載荷。當(dāng)工程力一定時，不同巖體其強(qiáng)度高于工程力水平的大多表現(xiàn)為硬巖的力學(xué)特性，強(qiáng)度低于工程力水平的則可能表現(xiàn)為軟巖的力學(xué)特性；對同種巖石，在工程力較低時表現(xiàn)為硬巖的變形特性，在工程力較高時則表現(xiàn)為軟巖的變形特性。 3/4/2023 96 ：在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。多為泥巖、頁巖、粉沙巖和泥質(zhì)巖石等。新奧法建議的隧道斷面以及支護(hù)形式如圖 617所示。在外拱施工過程中通過監(jiān)測了解圍巖變形情況，待圍巖位移趨于穩(wěn)定，支護(hù)抗力與圍巖壓力相適應(yīng)時，進(jìn)行外拱封底，使變形收斂，同時進(jìn)行復(fù)噴，加強(qiáng)噴層抗力，提高安全系數(shù)，復(fù)噴的混凝土層稱為“內(nèi)拱”，實(shí)際上內(nèi)拱為儲備強(qiáng)度。 3/4/2023 92 錨 復(fù)噴支護(hù)形式的適用性和優(yōu)缺點(diǎn) 1）適用性：主要適用于圍巖被節(jié)理裂隙破壞較為嚴(yán)重，暴露的圍巖易被風(fēng)化或水解，圍巖不太穩(wěn)定的巖層； 2）優(yōu)點(diǎn)：能有效阻止圍巖風(fēng)化，及時充填節(jié)理裂隙，使圍巖整體性得以加強(qiáng)，提高了圍巖的自承能力，有效防止圍巖中碎塊掉落而出現(xiàn)的安全隱患； 3）缺點(diǎn)是：由于噴層離工作面太近，噴層受爆破震動的損傷較大，降低了噴層有效的支護(hù)強(qiáng)度。 3/4/2023 91 （ 2）錨噴支護(hù)的形式 從施工順序上可將錨噴支護(hù)分為錨 初噴 復(fù)噴、初噴 錨 復(fù)噴兩種。 at2 1 1,3 3 10和 2） 根據(jù)試驗結(jié)果，錨桿長度 L與錨桿間距 與錨桿長度 L之比相應(yīng)為 （取等間距布置）之比分別為 3， 2和 ， 拱形壓縮帶厚度 確定壓縮帶厚度 ； t 3） 由拉拔試驗結(jié)果可求出 ； 2? 4）塑性區(qū)半徑 ，由（ 631）式或（ 635） 3r式確定； 3/4/2023 90 5）確定 ； ； 2 2 0r l r??12r r t?? 6）根據(jù)（ 657）式或（ 658）式驗算壓縮 帶安全條件； 注：（ 655）式中的 p的確定，由耶格和庫克公式 給出： 2 sin1 sin23brppr?????? ????式中 bp即為彈性區(qū)與塑性區(qū)交界面上的徑向應(yīng)力 pr?，由（ 627）式或（ 634）式，當(dāng) prR?時確定。 2?3/4/2023 86 3/4/2023 87 p1? t 的作用下，引起均勻壓縮帶內(nèi)切 ，并假定沿厚度 均勻分布，則 向主應(yīng)力為 根據(jù)薄壁圓筒公式 有： 11 prt?（ 655） 2?為： 2 2Na? ?（ 656） N ? ? ?Q式中： —— 錨桿的預(yù)壓力，一般 ， 為錨固力，由現(xiàn)場拉拔試驗或設(shè)計確定。 （ 2）考慮整體作用的錨桿設(shè)計計算 整體設(shè)計錨桿的方法是澳大利亞雪山工程管理局亞歷山大等人，對有多組節(jié)理的圍巖中，使用預(yù)應(yīng)力錨桿的拱形或圓形巷道，提出按拱形均勻壓縮帶原理設(shè)計錨桿參數(shù)的方法。 3/4/2023 84 錨桿直徑計算原則是錨桿拉斷力不小于錨固力，一般可根 據(jù)工程條件和經(jīng)驗先確定所要求的錨固力，再根據(jù)所選的 錨桿材料計算錨桿直徑。假設(shè)錨桿插入穩(wěn)定巖體中的長度為 ，則： 1l? ? ? ?214td dl c????? ?? ?1 4tdlc??（ 652） 3/4/2023 83 式中： ??c—— 粘結(jié)劑與錨桿間的許用粘結(jié)力； ?t?—— 錨桿材料的抗拉強(qiáng)度； d—— 錨桿直徑，常取 16～ 22mm； 1l 1 300l m m? 。 3/4/2023 82 目前錨桿設(shè)計的計算方法都要采用一些簡化和假設(shè)，其結(jié)果也只能作為一種近似估算，而更多的是采用經(jīng)驗和工程類比方法。 （ 3）巖石錨桿類型與結(jié)構(gòu)示意圖 3/4/2023 80 3/4/2023 81 （ 4） 當(dāng)前地下礦山采用的噴、錨支護(hù)類型有 ； ； ； 。 圖 616 錨桿的擠壓加固作用 3/4/2023 79 （ 1）從材料上分 ：鋼筋、鋼絲繩 、 管縫式等形式錨桿； ：木錨桿、竹錨桿和樹脂錨桿等。 3/4/2023 77 圖 615 錨桿的懸吊作用 3/4/2023 78 預(yù)應(yīng)力錨桿群錨入圍巖后，其兩端附近巖體形成圓錐形壓縮區(qū)，如圖 616所示。 3/4/2023 76 （ 2）錨桿的力學(xué)作用 在層狀巖層中打入錨桿，把若干層巖石錨固在一起組成厚梁，以提高圍巖的承載能力，這就是錨桿的組合作用，如圖 614所示。 1）圍巖抗力一般是在地壓的主動作用下產(chǎn)生的； 2）圍巖抗力分布一般是局部的； 3）圍巖抗力也是一種支護(hù)的外載荷； 4）圍巖抗力可以改善支護(hù)的內(nèi)力情況，有利于減少構(gòu)件的彎矩； 5）由于圍巖抗力的存在，可以使得地下工程中采用一些不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 目前巖石地下工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算主要有現(xiàn)代的視支護(hù) 圍巖為共同體的計算模型方法和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法兩種。 3/4/2023 72 （ 3）普通支護(hù) 1）普通支護(hù)形式 常用的普通支護(hù)形式有碹（襯砌）和支架。圍巖加固是另一類維護(hù)巖石地下工程穩(wěn)定的方法，是針對具體削弱巖體強(qiáng)度的因素，采用一些物理或其他手段來提高巖體的自承能力。可縮性支護(hù)的結(jié)構(gòu)中一般設(shè)有專門可縮機(jī)構(gòu)，當(dāng)支護(hù)承受的載荷達(dá)到一定大小時，靠支護(hù)的可縮機(jī)構(gòu)，降低支護(hù)的剛度，支護(hù)同時產(chǎn)生較大位移。 3/4/2023 71 1）普通支護(hù)是在圍巖的外部設(shè)置支撐和圍護(hù)結(jié)構(gòu)。 2）采用新奧法支護(hù)技術(shù)。支護(hù)參數(shù)的選擇應(yīng)著眼于充分改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，調(diào)動圍巖的自承能力和考慮支護(hù)與巖體的相互作用的影響，提高支護(hù)的能力和效率。 1）選擇合理的巷道斷面形狀和尺寸； 2）選擇合理的位置和方向，避免受構(gòu)造應(yīng)力大的地方，且要注意最大應(yīng)力的方向； 3/4/2023 68 3/4/2023 69 3）“卸壓”方法，在一些應(yīng)力集中的區(qū)域，通過打鉆孔或其他方法進(jìn)行“卸壓”處理，改善圍巖應(yīng)力的不利分布。這樣就可以寫出與深度有關(guān)的地壓公式。實(shí)驗結(jié)果還表明，面積相同的巷道，斷面形狀對 的影響很小。 ：假設(shè)前面計算的圓形巷道塑性 半徑就是巖石破裂的范圍，其內(nèi)部的巖石會全部滑落而不存在拱效應(yīng)。近年來一些深部巷道的實(shí)踐表明，它們地壓的大小、破壞范圍都要比較淺的更為嚴(yán)重。 將上述的各應(yīng)力分量代入式 (650)，并加以整理得： 111d ( c ta n ) dzv aa ?? ? ? ? ?? ? ?解上述微分方程可得： 1ta nz1 c ta n eaaC???? ? ? ?? ? ?根據(jù)邊界條件 q,0z ?? ??；其積分常數(shù)為： 1 c qta nC ? ? ? ?? ? ? 3/4/2023 65 代入通解，并令 z=H時作用在洞頂?shù)膰鷰r壓力公式： ? ? ? ?1 1 ta n ta n /a a1 cp [ 1 e ] qeta na ?????????? ? ? ＨＨ（ 651） 若令 0q?，則可得教材中的公式。即 : sc ta nh? ? ?=+z—微元體上覆巖層的厚度； dz—微元體的厚度； H—開挖洞室的埋深； h—洞室的高度； 3/4/2023 64 ?— 巖體的重力密度 。根據(jù)其假 可按莫 設(shè)條件，微元體將沿這兩側(cè)面發(fā)生沉降 而產(chǎn)生剪切破環(huán)。 根據(jù)圖 613所示，在峒室頂部的圍巖中取一微元體，并利用靜力平衡方程，可得： ? ?1 1 12 2 2 2 0v v v sa d a dz a dz? ? ? ? ?? ? ? ? ?（ 650） 045 2?? 3/4/2023 62 圖 613 太沙基垂直地層壓力計算簡圖 3/4/2023 63 式中： v?— 作用在微元體上部的圍巖壓力； h hv? ???— 作用在微元體側(cè)向的水平應(yīng)力。 2）洞室開挖后，將產(chǎn)生如圖 613所示的兩個滑動面，滑動面與洞室側(cè)壁的夾角為 。當(dāng) by,x 1 ?? ?時，可得： 3/4/2023 58 1abf?（ 647） 式中： b— 拱的矢高，即為自然平衡拱的最大高度； 1a— 自然拱平衡拱計算跨度，按計算簡圖 611中的幾 何關(guān)系，由下式計算得： 01 ta n 45 2a a h???? ? ?????（ 648） ?普氏認(rèn)為，作用在深埋松散巖體硐室頂部的圍巖壓力， 只有穩(wěn)定平衡拱以內(nèi)巖石的重量作用在支架上，才引起頂壓，而與拱外上覆地層重量無關(guān)，故該拱又可稱為免壓拱； ?硐頂最大圍巖壓力： ?側(cè)向壓力： 1aqbf??==??????????)2/45(tan)()2/45(tan022021????hbebe3/4/2023 59 2）圍巖壓力的計算