【正文】 回彈變形 坡體二次應力＝地應力 +開挖效應 釋放荷載 坡體穩(wěn)定性評價：剛體質(zhì)量消失 基于應力的強度分析 ：二次應力場＝地應力 +開挖效應 +建筑物附加應力場 ：地應力 圍巖穩(wěn)定分析（圍巖的變形、穩(wěn)定）的基本荷載（力源）， 二次應力＝初始地應力 +開挖效應附加應力場 二）、地應力與地下洞室的關(guān)系 縱軸線與 σ 1近于平行 （二灘尾水洞崩塌?。。└拭C金川隧洞 水平應力與垂直應力比值與體形關(guān)系 σ 1 ＞ σ 2高度小寬度大，近似橢圓形 σ 2 ＞ σ 1高度大寬度小，近似橢圓形 三）、地應力對工程的影響 ①我國二灘（玄武巖），美國大古星（花崗巖）壩基開挖 像剝洋蔥頭一樣，剝了一層又一層。（應力松弛） 工程實例：深埋洞室圍巖蠕變支護變形（新奧法機理）與壓力隨時間變化 ?tεδ3δ1δ1εt二 .巖石蠕變特性 大量試驗表明：巖石變形＝瞬彈變形 +蠕變（與時間有關(guān)） －針對不同巖石，彈性變形與蠕變對比存在差異（第 93頁 圖 435） σ ，蠕變速率（ P93，圖 447） ： ① AB－初期蠕變， 蠕變速率 ε 遞減 卸載（ σ ） ＝瞬彈 PQ+粘彈 QR（全部恢復） ② BC－恒速蠕變， 恒定， （單位時間增加 ε 相同） ＝瞬彈 +粘彈 UV+不可恢復 uv 隨時間延續(xù) 變形破壞 ③ CD－加速蠕變－ 不斷增大 變形破壞 εtAODTTCQU VRBεe??p t?ddt???t? Tv?ddt? ?三 .蠕變與工程關(guān)系： 由巖石蠕變試驗： a）對工程影響不大； b）、 c）可能導致變形破壞（軟弱夾層浸水） εttεtεa b c穩(wěn)定蠕變 恒速蠕變 加速蠕變四 .巖石蠕變模型 前面已介紹：巖石變形分為瞬彈和粘彈 (蠕變 )， 其中：瞬彈 “彈性元件”（模型）表示： 本構(gòu)關(guān)系： （剪應力～剪應變－虎克定律 ) （體積應力～體積應變）； 粘性（蠕變） 粘性模型： 本構(gòu)關(guān)系： （ －粘滯系數(shù)， －應變率） 因此，巖石的變形可以通過彈性 +粘性元件不同組合 模型（反映） G???mvk???ddt????? ddt??常用的幾種模型： 馬克斯威爾模型 彈性元件 +粘性元件 串聯(lián) （ 437）（剪應力每個截面均相等） （ 438）（剪應變＝單個元件剪應變之和） 其中： 將（ 438）兩端 代入上式 變形 bGaητab? ? ???ab? ? ???aa ddt???? bbG???ddt ? . . .ab? ? ???.. ... abGG?? ?????? ? ? ?11 ddG dt dt????? ?????? ??????反映 τ ～ γ （剪應力～剪應變）關(guān)系的微分方程 本構(gòu)關(guān)系的微分形式 例：設(shè)單軸實驗： t＝ 0時， σ 1=0 突然增加至 σ 1 （以 σ 1代 τ ， ε 1代 ）求解 分析可知： ① t＝ 0， 常量 突然增至 σ 1時 瞬彈變形 ② －呈線性關(guān)系 ③ ―― 恒速，且與 σ 1， η 有關(guān) ?? ? 1 1 11 3 3 9tt GK? ? ?? ?? ? ?εtεe恒速蠕變模型1139e GK??? ? ? ? ?113ddt????? ?1 ~tt?凱爾文模型： 彈性元件、粘性元件并聯(lián)。 二 .特點： ，且永久變形顯著 3. /E比值可高達 ， E/ 可達 ――― 加載－卸載（重新加載） 取值 用重復加載斜率 同時： （巖體質(zhì)量評分 RMR55） PSEdE ?? ?0 2 1 0 0E R M R?? 巖石的蠕變 一 .巖石蠕變的概念 巖石蠕變 ―― 指巖石在應力恒定情況下，應變 隨時間增長的特性。剛性圓形板取 ，方形板取 ，柔性圓板按中心計算?。? ? ?21pDES????變 ?二）狹縫試驗法 L2θA1A22 θ12 θ2Ly2y1扁千斤頂程序： 在選定的具有代表性的試驗點開一條狹縫 通過埋設(shè)在狹縫的鋼枕（旁千頂）對狹縫兩側(cè)加壓 測量變形 按代有狹縫的理想彈性板平面應力問題計算巖體的變形 具體： ①量測 A點絕對變形 按絕對變形： (418) ? ? ? ?2221121ABpLEu B B???? ?? ? ??????②量測 A A2點相對變形 按 A A2點相對變形 （ 4－ 19） 式中 為 A A2點相對位移 特點：開槽對巖體擾動小，加壓方向隨意，但計算方法不嚴謹（槽面釋放應力，不屬于平面問題 ） ? ? ? ? ? ? ? ?1 2 1 21 1 sin 2 sin 22RpLE tg tgu ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?????Ru三）環(huán)形加載 在隧洞內(nèi) 選?。?2～ 3） D洞段 沿徑向加載 (① 封閉端頭 (水壓 ) ② 用千斤頂 ) 量測洞徑變化 由彈性厚壁圓筒公式 四）巖石反力（抗力）系數(shù)的測定 是地下洞室（隧洞設(shè)計）中非常重要的參數(shù) 反力（彈性抗力）的概念 指巖石受到擠壓時，對襯砌或上部建 筑產(chǎn)生的反作用力 抗力 ①（注意：只存在于壓力區(qū)） ②若抗力與變形成正比 稱之為彈性抗力 即： 其中 p－抗力；k－抗力系數(shù)； y－變形 對圓形隧洞： r－半徑 E變p ky?pKy?? ?1EKr?? ? 隧洞單位彈性抗力系數(shù) 指 D= 所需的壓力 單位彈抗系數(shù) 當：①隧洞有襯砌： 其中： b－襯砌； y－徑向變形； －砼彈模； －水壓； r＝隧洞半徑 ②計入隧洞破損區(qū)： －圍巖抗拉強度 ?0k? ?0 1Ek k r????0 2wCp b Eky r??CE wp1 l n wtEkp rR??????????tR 一、基本原理： 通過激振（地震波、聲波等）巖石的方式 測定彈性介質(zhì)（巖體中）的波速 換算巖體 E和 ，分為室內(nèi)和現(xiàn)場兩種，常用地震波法。 蠕變：荷載一定，變形隨 t增加而增加。 ：右江 h=130m ? 蓄水 壩基不均勻變形影響 ? 庫空 是否向上游傾斜 —研究巖體變形的重要性 三、巖石變形的特點 彈性變形：荷載卸去后，變形可恢復。 二、研究變形穩(wěn)定 ? 巖體作為建筑物的基礎(chǔ)，其變形與上部結(jié)構(gòu)的變形相互協(xié)調(diào) 影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力 ? 因此，巖體的變形量常作為工程設(shè)計的控制標準之一。 一 .結(jié)構(gòu)體（均質(zhì)巖體）條件 按莫爾－庫侖條件： 二、結(jié)構(gòu)面的強度分析 分析 結(jié)構(gòu)面粗糙度對強度的影響 一 .概念 巖體中結(jié)構(gòu)面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙度稱之。 一 .實驗方法 一 .基本概念 ：完整巖塊、巖石被剪斷時，表現(xiàn)出的 “ 抵抗剪切破壞 ” 的強度。 ? 塑性破壞 ： 破壞時 ， 變形較大 ， 有明顯的 “ 剪脹 ”效應 ， 一般發(fā)生在較軟弱巖石或高圍壓堅硬巖石 ? 沿軟弱結(jié)構(gòu)面 （ 原生 ） 剪切破壞 巖石的單軸抗壓強度 一。 二、根據(jù) RMR分類方法 計入因素： 節(jié)理間距 R Q D值 節(jié)理狀態(tài)（粗糙程度、連通情況等） 地下水狀態(tài) 等軸抗壓強度 ? 逐次計分 → 累計，進行分類 （ 27頁表 10～ 2 、 12 ） 三、其他分類方法 ? 各國學者提出的分類方法不下數(shù)十種 ， 如 《 水工隧洞設(shè)計規(guī)范 》 《 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范 》 等 ， 均有系統(tǒng)的分類體系 。 K和呂容系數(shù) Lu ? 受承壓水作用的巖體，在裂隙節(jié)理等結(jié)構(gòu)面內(nèi)將產(chǎn)生滲流，其滲透性大小，工程上一般以滲透系數(shù) K表征（ m∕s 或 cm?s） → 防滲帷幕布臵深度的依據(jù)。 試驗證明：當 kw91%， 可避免冰凍破壞 ????????() s00sas100???????() a00ass 100?????()a00sak 1 0 0： 巖石經(jīng)過反復凍結(jié)與融解，會使強度降低，甚至可能引起破壞。 ： 指巖樣在強制狀態(tài) （ 真空 、 煮沸或高壓 ）下 ， 巖樣最大吸水量與巖石干重量比值 。 ? 指天然狀態(tài)下，巖石的含水量與巖石干重比值的百分比。 ? 由于巖樣中含有水分，根據(jù) “ w”的不同含義，可分為 ?干容重：（烘干狀態(tài)） （ v :標準件 ― 直接量 A、 H 非標準件 ― 用阿基米德原理） ?天然容重 ― 天然狀態(tài)（大氣壓力室溫條件下含水量） ?飽和容重 ― 煮沸或抽真空 → 充分飽和 → 稱重 wd ? wr v? ? ss wv? ? wv? ? dd wv? （ Gs） ? 指巖石干重量除以巖石的實體積（不含孔隙體積）的干容重與 4?c水的容重的比值。 ? （三個材料主軸、定義材料參數(shù)） 三個材料主軸方向 → 力學性質(zhì)不同 ? ― 層狀 層面內(nèi) ― 力學性質(zhì)相同（多向同性面） 層 間 ― 力學性質(zhì)差異 ? 五個參數(shù) :E∥ 、 u∥ 、 E⊥ 、 u⊥ 、 G ??n ii1AltK A11E??Ak0 ??Ak1 ? 在前面說到，巖石力學問題的研究首先應從巖石的基本物理力學性質(zhì)研究入手，本節(jié)介紹巖石（塊）的基本物理性質(zhì)的主要指標及測試方法。巖石的裂隙性 ? 通常采用裂