【正文】 n個 力矩方程 n個 共計 3n個方程 高次超靜定問題?。?！ 假定土條極薄，合力為土條中點 共計 4n2個未知數(shù) 兩條可 能途徑 引入土體的應力 應變關(guān)系 簡化假定 減少未知數(shù) 增加方程數(shù) 假定的分類： 假定 n1個條間剪應力 畢肖普法 假定條間合力的方向 Spance法、 Sarma法、摩根斯坦 普萊斯法 不平衡推力法 假定條間合力作用點位置 簡布 普遍條分法 計算方法 所滿足的平衡條件 滑裂面 形式 計算 方式 條間力假定 整體力矩 整體力平衡 土條力矩 垂直力 水平力 瑞典圓弧法 √ ╳ ╳ ╳ ╳ 圓弧 直接 無 簡化 Bishop √ ╳ ╳ √ ╳ 圓弧 迭代 “形同虛設”的假定 簡布法 ╳ √ √ √ √ 任意 試算迭代 * 推力線的位置 斯賓塞法 √ √ √ √ √ 任意 試算迭代 * 法向條間力與切向條間力的關(guān)系的固定關(guān)系 摩根斯坦 √ √ √ √ √ 任意 試算迭代 * 法向條間力與切向條間力的關(guān)系的函數(shù)關(guān)系 Sarma法 √ √ ╳ √ √ 任意 直接 地震水平力 不平衡推力法 ╳ √ ╳ √ √ 任意 迭代 推力方向 條分法各類方法推導一覽表 ?條分法計算的流程與步驟 尋找滑裂面 確定方法 求解安全系數(shù) 確定最小安全系數(shù)與相應滑裂面 ?條分法計算結(jié)果 正確評價條分法 ? 條間作用力的考慮對分析結(jié)果的作用 ? 條件假定應滿足的條件 ? 計算條件與實際工作條件的差距 土條界面不違反土體破壞準則 土條界面不出現(xiàn)拉應力 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法 ? ?c o s s in ta ns in c o ssc L W U VFWV? ? ???? ? ???sinHZL ???12 wwU Z L?? 212wwVZ??當張裂縫位于坡頂面時 當張裂縫位于坡面時 ? ?? ?221 1 c o t c o t2W H Z H? ? ???? ? ???? ? ? ?221 1 c o t c o t t a n 12W H Z H? ? ? ???? ? ???平面滑動巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析 楔形滑動巖坡穩(wěn)定性分析 設滑動面 1和 2的內(nèi)摩擦角分別 和 ，粘聚力分別為 和 ，其面積分別為 和 ，其傾角分別為 和 ，走向分別為 和 ，棱線的傾角為 ，走向 ，棱線的法線與滑動面之間的夾角分別為 和 ，楔形體重量為 ，兩個滑面上的法向反力為 和 。 ?抗剪斷強度與抗剪強度 ?巖質(zhì)邊坡中不同性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面抗剪強度指標取值規(guī)定： 硬質(zhì)結(jié)構(gòu)面應取抗剪斷峰值強度的標準值或小值平均值 軟弱夾層及軟弱結(jié)構(gòu)面應取抗剪峰值強度或屈服強度 成組節(jié)理按其采用的優(yōu)勢方向考慮連通率與抗剪斷峰值強度標準值折減 泥化夾層應取殘余強度 ?巖體抗剪斷強度 整體塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)巖體呈脆性破壞時采用峰值強度參數(shù)概率分布的 、或小值平均值、或優(yōu)定斜率罰下限值為標準值 無填充、閉合的鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)及隱微裂隙發(fā)育巖體呈塑性破壞或彈塑性破壞時采用屈服強度的平均值為標準值 無特定控制結(jié)構(gòu)面的各向同性節(jié)理巖體強度采用霍克 布朗巖體破壞準則或 GSI或 RMR系統(tǒng) ?巖質(zhì)邊坡的參數(shù)確定 ?對于無條件的二、三級邊坡可按照下表和反算分析等方法綜合確定 結(jié)構(gòu)面類型 結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度 內(nèi)摩擦角 φ （ 176。 ?粘性土參數(shù)指標 ?膨脹土邊坡宜采用反復剪切試驗 施工開挖和水位降落工況，有效應力法與總應力法同時采用，取小值。此時應采用基本組合設計。 計算安全系數(shù)時加固力應按增加的抗滑力考慮。 在對降水或泄流雨霧引起地下水位短期壅高情況，以及水庫水位驟降情況進行邊坡穩(wěn)定分析時，滲透系數(shù)應采用小值平均值，地下水位宜按不穩(wěn)定滲流估算確定。具體方法可將裂隙水壓力乘以小于 1的折減系數(shù)。 在地下水位以下的巖體內(nèi)的貫通性結(jié)構(gòu)面和強卸荷裂隙帶，按地下水等水位線圖內(nèi)插或外延，確定作用其面上的地下水壓力。（水土合算或分算） 在邊界面上和計算的分條、分塊面上以面力計算水壓時采用飽和重度：以體力法計算水壓力時采用浮重度，同時在滑面上扣除自坡外水位起算的靜水壓力； 降雨情況下的非飽和巖、土體采用具一定含水量的重度，根據(jù)測試或估算確定． 上述各種重度應取平均值。 傾倒 發(fā)生在層狀及似層狀結(jié)構(gòu)巖體的一種破壞形式，巖體向臨空方向傾倒，底部形成折斷面 邊坡的失穩(wěn)模式 邊坡的分類 第三章 邊坡穩(wěn)定性分析 穩(wěn)定性概念 ?真實物理量與虛擬物理量 ?穩(wěn)定性概念是強度問題，而不是力的概念 ?整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性的關(guān)系 ?邊坡的穩(wěn)定性問題的缺陷 fSF???SF???下 滑 力滑 動 力點安全系數(shù) 安全系數(shù) 穩(wěn)定系數(shù) 強度穩(wěn)定 變形穩(wěn)定 SF顯然 ， 1，土坡穩(wěn)定； 1，土坡失穩(wěn)； =1，土坡處于臨界狀態(tài)。 滑塌 (slip— slumps) 是因開挖、填筑、堆載引起斜坡的滑動或塌落，一般較突然，粘性土類邊坡有時也會出現(xiàn)一個變形發(fā)展過程。 《 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范 》 GB 503302022 ? 建（構(gòu)）筑物場地或其周邊，由于建（構(gòu)）筑物和市政工程開挖或填筑施工所形成的人工邊坡和對建（構(gòu)）筑物安全或穩(wěn)定有影響的自然邊坡 《水電水利工程邊坡設計規(guī)范 》 DL/T 53532022 ? 地殼表面具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，由坡頂、坡面、坡腳及其下部一定深度內(nèi)的坡體組成 。 ◆ 水平地震力的方向沿隧道縱軸 僅需考慮洞門及洞口一個環(huán)節(jié)襯砌。 抗震設計方法：地震系數(shù)法 其它方法： ①波動法；②相互作用法；③數(shù)值分析方法，等。 2. 洞門端墻及擋（翼）墻檢算規(guī)定 墻身截面壓應力 ≤容許應力 墻身截面偏心距 e ≤ 基底應力 ≤地基容許承載力 基底偏心距 e 巖石地基 ≤B/4，土質(zhì)地基≤B/6（ B為墻底厚度） 滑動穩(wěn)定系數(shù) KC ≥ 傾覆穩(wěn)定系數(shù) K0 ≥ 洞門計算的概率極限狀態(tài)法 鐵路隧道設計規(guī)范規(guī)定隧道洞門除按破損階段法進行檢算外，還可采用極限狀態(tài)法進行設計計算。條帶寬度一般為 1m，最不利位置～墻體最高點。 計算處理： ①主動土壓力按庫侖理論進行計算； ②無論墻背仰斜或直立，土壓力的作用方向均假定為水平； ③不考慮被動土壓力。 （ 1）承載能力極限狀態(tài) 混凝土矩形截面中心及偏心受壓構(gòu)件，其受壓承載能力： （ 2）正常使用極限狀態(tài) 從抗裂要求出發(fā)，混凝土矩形偏心受壓構(gòu)件的抗裂承載力按下式檢算： 解析法 巖體力學方法 數(shù)值分析法 ◆ 邊界元法、無限元法、有限元法、有限元法耦合方法等，僅介紹有限元法 （ 1）單元類型的選擇和網(wǎng)格劃分 圖 511 隧道計算范圍及網(wǎng)格劃分 （ 2）計算范圍的選取 ① 隧道開挖影響范圍～距開挖面中心點 3~5倍洞跨的范圍； ② 邊界上位移為零。 ◆ 偏心距限制 混凝土襯砌的偏心距不宜大于 ； 石砌體偏心距不應大于 ； 基底偏心距，對巖石地基不大于 1/4倍墻底厚度，對土質(zhì)地基不大于 1/6倍墻底厚度。 ◆ 當 時，由抗壓強度控制其承載能力，因此僅需按抗壓強度進行檢算。 5. 未知節(jié)點位移的求解和彈性支承的調(diào)整 （ 1）邊界條件 ◆ 圍巖抗力彈簧支承就是一種邊界約束，已在拼總剛中考慮了； ◆ 基底支座～水平位移為 0。 (3) 墻腳彈性支座單元剛度矩陣 圖 57 彈性鏈稈單元示意圖 圖 58 墻角彈性支座單元示意圖 （ 1）結(jié)構(gòu)剛度方程的形成 （ 2） 結(jié)構(gòu)剛度矩陣的特點 ◆ 對稱矩陣 (反力互等定理 )； ◆ 稀疏的帶狀矩陣，非零元素的個數(shù)一般只占元素總 數(shù)的 5％左右； ◆ 是非奇異矩陣。 圖 55 等效節(jié)點荷載計算示意圖 垂直均布荷載作用在單元上的等效節(jié)點力分量為： 水平均布荷載作用在單元上的等效節(jié)點力分量為： (3)圍巖彈性抗力的處理 ◆ 以彈簧支承模擬圍巖彈性抗力，即在每個節(jié)點上設置一根彈簧鏈桿，彈簧力即為圍巖抗力； ◆ 以溫氏假定反映抗力與節(jié)點位移的關(guān)系； ◆ 彈簧支承的方向：應按襯砌與圍巖的接觸狀態(tài)而定。 ◆ 墻基礎(chǔ)的處理：假設邊墻底端是彈性固定，即能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動和垂直下沉，不能產(chǎn)生水平位移。 圖 5— 1 荷載 — 結(jié)構(gòu)模式 (1) 主動荷載 ◆ 主要荷載 ◆ 附加荷載 (2) 被動荷載～圍巖抗力 ◆ 共同變形理論 ◆ 局部變形理論 圖 53 局部變形示意圖 結(jié)構(gòu)力學方法 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算的矩陣位移法 矩陣位移法又叫直接剛度法，它是以結(jié)構(gòu)節(jié)點位移為基本未知量，聯(lián)接在同一節(jié)點各單元的節(jié)點位移應該相等，并等于該點的結(jié)構(gòu)節(jié)點位移（變形協(xié)調(diào)條件）；同時作用于某一結(jié)構(gòu)節(jié)點的荷載必須與該節(jié)點上作用的各個單元的節(jié)點力相平衡（靜力平衡條件）。 適用于： 錨噴支護 述 ◆ 將支護和圍巖分開考慮，支護結(jié)構(gòu)是承載的主體，圍巖作為荷載的來源和支護結(jié)構(gòu)的彈性支承，與其對應的計算模型稱為荷載 — 結(jié)構(gòu)模型。 ◆ 采用結(jié)構(gòu)力學方法計算。 分析下圖： 圖 4 11N T 2W 2NT 2PT 1W 2B FW 1E AhB tT 1θD CH Gφ0 φ0HHt?s in2 11 TWP ?????c o s21 211 hT ? 圍巖應力的現(xiàn)場量測 直接量測 間接量測 思考題： ？在進行圍巖分類時主要考慮什么因素？我國交通隧道圍巖分類對這些因素是如何處理的？ 30m，圍巖為 Ⅴ 級，凈寬為 12m，凈高為10m，圍巖天然容重 20KN/m3，試計算該隧道圍巖壓力？ 隧道支護結(jié)構(gòu)設計 隧道洞門計算 巖體力學方法 隧道結(jié)構(gòu)體系的計算模型 結(jié)構(gòu)力學方法 隧 道抗震計算 ◆ 圍巖不僅是荷載，同時又是承載體； ◆ 地層壓力由圍巖和支護結(jié)構(gòu)共同承受； ◆ 充分發(fā)揮圍巖自身承載力的重要性。 適于：埋深 H ≤hq 垂直壓力： q=γH 水平壓力按朗金公式： e = γ(H + 1/2 Ht)tg 2(450 – Φ/2) Ht 為隧道凈高。 ◆ 假定： 破裂面為折線 — OAB ◆ 方法： 研究微分條帶 dh的平衡 。 tb tHtbb? 一般來說 ， 普氏理論比較適用于松散 、 破碎的圍巖中 。 普氏系數(shù) f(巖體堅固性系數(shù) ): 0t a nt a n ?????? ????? cf巖體堅固性系數(shù) f 的概念： f— 是一個以巖體強度為主的指標，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。 圖 47 圍巖豎向松動壓力的分布圖形 統(tǒng)計法公式僅針對圖中第一種情況。 水平壓力見表 47： 表 47圍巖水平均布壓力 圍巖級別 Ⅰ 、 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 水平均布壓力 0 ＜ ( ～)q (～)q (～)q 統(tǒng)計法公式的適用條件： ? H/B＜ ， H為坑道的高度； ? 深埋隧道； ? 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖； ? 采用礦山法施工 。 圍巖松動壓力的形成和確定方法 自然拱 影響自然拱的因素： ●隧道埋深～成拱的必要條件 ●隧道斷面形狀和大小～拱的范圍