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中南大學隧道工程課件4隧道圍巖分級與圍巖壓力

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1、第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力中南大學第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力v學習本章的學習本章的目的目的:(1 1)要求掌握有關隧道的勘查、設計、構造原)要求掌握有關隧道的勘查、設計、構造原理和有關計算方法;理和有關計算方法;(2 2)理解隧道圍巖穩定性的影響因素及其與施)理解隧道圍巖穩定性的影響因素及其與施工方法的關系;工方法的關系;(3 3)了解隧道圍巖分級時考慮的因素。)了解隧道圍巖分級時考慮的因素。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.1 4.1 隧道圍巖的概念與工程性質隧道圍巖的概念與工程性質 4.2 4.2 圍巖的穩定性圍巖的穩定性 4.3 4.3 圍巖分級圍巖分級 4.4 4.4 圍巖壓力

2、的確定圍巖壓力的確定第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.1 隧道圍巖的概念與工程性質隧道圍巖的概念與工程性質4.1.14.1.1圍巖的概念圍巖的概念 圍巖圍巖:隧道開挖后對其隧道開挖后對其穩定性穩定性產生影響的那部分巖產生影響的那部分巖(土土)體。體。說明:說明:圍巖既指巖體也指土體。圍巖既指巖體也指土體。4.1.24.1.2圍巖的工程性質圍巖的工程性質 物理物理 工程性質工程性質 水理水理 力學力學第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力巖石與巖體的區別:巖石與巖體的區別:巖石:均質、連續、各向同性巖石:均質、連續、各向同性 巖體:非均質、不連續、各向異性巖體:非均質、不連續、各向異性 巖體力學性質獲取

3、的方式:巖體力學性質獲取的方式:現場試驗:真實、費時、費錢現場試驗:真實、費時、費錢 室內試驗:不易取樣、代表性差室內試驗:不易取樣、代表性差 問題:問題:1.1.結構計算與力學性質的關系?結構計算與力學性質的關系?2.2.隧道結構計算的難點?隧道結構計算的難點?第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力1、巖體的變形特性、巖體的變形特性 受拉、受壓、剪切、流變受拉、受壓、剪切、流變 問題:巖體能受拉嗎?問題:巖體能受拉嗎?1)受壓變形受壓變形 巖石:線性、彈性巖石:線性、彈性 軟弱結構面:非線性、塑性軟弱結構面:非線性、塑性 巖體:彈塑性體,見下圖。巖體:彈塑性體,見下圖。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力

4、第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力2)剪切變形剪切變形 (1)(1)沿結構面滑動沿結構面滑動 (2)(2)巖石的斷裂巖石的斷裂 (3)(3)在結構面的影響下沿巖石剪斷在結構面的影響下沿巖石剪斷第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力3)流變特性流變特性 蠕變:蠕變:指應力不變,而應變隨時間增長。指應力不變,而應變隨時間增長。松弛松弛:應變不變,而應力隨時間而衰減:應變不變,而應力隨時間而衰減問題:圍巖流變特性對隧道的影響?問題:圍巖流變特性對隧道的影響?第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力2 2、巖體強度、巖體強度 巖石強度:通過試件獲得。巖石強度:通過試件獲得。巖體強度:低于巖石強度,約為巖石強度的巖體強度:低

5、于巖石強度,約為巖石強度的70708080。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.2 圍巖的穩定性圍巖的穩定性4.2.1 4.2.1 研究圍巖穩定性的意義研究圍巖穩定性的意義 圍巖的穩定性:圍巖的穩定性:隧道開挖后,在不支護條件下圍隧道開挖后,在不支護條件下圍巖的穩定性。巖的穩定性。問題:什么是隧道工程的頭等大事?問題:什么是隧道工程的頭等大事?研究圍巖的穩定性,如何促使圍巖穩定。研究圍巖的穩定性,如何促使圍巖穩定。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力圍巖級別的工程作用:圍巖級別的工程作用:判斷圍巖穩定性。判斷圍巖穩定性。判斷施工難易程度,投資依據。判斷施工難易程度,投資依據。結構分析計算的依據結構分析

6、計算的依據第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.2.2 4.2.2 影響圍巖穩定性的因素影響圍巖穩定性的因素 地質因素客觀因素地質因素客觀因素 人為因素主觀因素、工程因素人為因素主觀因素、工程因素第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力1 1、地質因素、地質因素 從從5 5個方面來分析:個方面來分析:巖體結構特征巖體結構特征 結構面性質和空間的組合結構面性質和空間的組合 巖石的力學性質巖石的力學性質 地下水的影響地下水的影響 圍巖的初始應力狀態圍巖的初始應力狀態第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力巖體結構特征巖體結構特征指巖體的破碎程度或完整狀態。指巖體的破碎程度或完整狀態。破碎程度:破碎程度:裂隙率、裂隙間距。

7、裂隙率、裂隙間距。裂隙是廣義的:包括層理、節理、斷裂及夾層等結構面。裂隙是廣義的:包括層理、節理、斷裂及夾層等結構面。完整狀態:完整狀態:整塊狀、大塊狀等。整塊狀、大塊狀等。按這按這2 2個指標有下圖:個指標有下圖:第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力 結構面性質和空間組合結構面性質和空間組合 性質性質 1)1)結構面的成因;結構面的成因;2)2)結構面的光滑程度;結構面的光滑程度;3)3)結構面的物質組成;結構面的物質組成;4)4)結構面的規模;結構面的規模;5)5)結構面的密集度。結構面的密集度??臻g組合空間組合 指結構面的相互位置狀態。指結構面的相互位置狀態。問題:問題:軟弱結構面有怎樣的害處

8、?軟弱結構面有怎樣的害處?什么是不利空間組合?什么是不利空間組合?第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力 巖石的力學性質巖石的力學性質 主要指巖石的單軸飽和極限抗壓強度主要指巖石的單軸飽和極限抗壓強度R Rb b。巖石強度越高,隧道越穩定。巖石強度越高,隧道越穩定。(4)(4)圍巖的初應力狀態圍巖的初應力狀態 初始應力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力。初始應力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力。已初步將初始應力考慮進圍巖分級之中。已初步將初始應力考慮進圍巖分級之中。在高的初始應力場條件下,圍巖級別應適當降低。在高的初始應力場條件下,圍巖級別應適當降低。第4章 隧道圍巖分級與

9、圍巖壓力 地下水的影響地下水的影響 軟化圍巖;軟化圍巖;減少層間摩阻力促使巖塊滑動;減少層間摩阻力促使巖塊滑動;具膨脹性的圍巖,遇水后產生膨脹等。具膨脹性的圍巖,遇水后產生膨脹等。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力2 2、人為因素、人為因素 隧道形狀和尺寸隧道形狀和尺寸 支護結構類型支護結構類型 施工方法施工方法 第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.3 圍巖分級圍巖分級4.3.1 4.3.1 概概 述述 圍巖分級:圍巖分級:根據巖體的若干指標,按照穩根據巖體的若干指標,按照穩定性將圍巖分成不同的級別。定性將圍巖分成不同的級別。工程目的工程目的:(1 1)結構設計依據)結

10、構設計依據 (2 2)施工方法依據)施工方法依據 (3 3)工程造價依據)工程造價依據第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力圍巖分級的發展過程:圍巖分級的發展過程:第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力其它分級法:其它分級法:總結:總結:早期僅巖石強度;早期僅巖石強度;現在綜合多種因素,如巖體構造、巖石強現在綜合多種因素,如巖體構造、巖石強度、度、RQD指標等。指標等。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.3.24.3.2圍巖分級方法圍巖分級方法 3 3個基本因素:個基本因素:巖性:巖性:抗壓強度、彈性模量、彈性波速等??箟簭姸?、彈性模量、彈性波速等。地質構造:地質構造:巖體完整性或結構狀態。巖體完整性或結構狀態

11、。地下水:地下水:地下水發育時,圍巖級別應降低。地下水發育時,圍巖級別應降低。1 1個附加因素:個附加因素:初始地應力:初始地應力:適當考慮。適當考慮。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(一)以巖石強度或巖石的物性指標為代表的分級法(一)以巖石強度或巖石的物性指標為代表的分級法 1 1.以巖石強度為基礎的分級法以巖石強度為基礎的分級法 代表:代表:土石分類法堅石、次堅石、松石、土。土石分類法堅石、次堅石、松石、土。2.2.以巖石物性指標為基礎的分級法以巖石物性指標為基礎的分級法 代表:代表:巖石堅固性系數巖石堅固性系數(f(f值值)分級法普氏法分級法普氏法 f f值:一個綜合的物性指標值,如巖石的

12、抗鉆性、值:一個綜合的物性指標值,如巖石的抗鉆性、抗爆性、強度等??贡?、強度等。但核心還是巖石強度。但核心還是巖石強度。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(二二)以巖體構造、巖性特征為代表的分級方法以巖體構造、巖性特征為代表的分級方法 代表:代表:泰沙基法泰沙基法考慮圍巖的完整狀態和巖性,考慮圍巖的完整狀態和巖性,共共9 9級。級。我國交通隧道圍巖分級法我國交通隧道圍巖分級法借鑒了泰沙基借鑒了泰沙基法,考慮巖體綜合物性,共法,考慮巖體綜合物性,共6 6級。級。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(三)與地質勘探手段相聯系的分級方法(三)與地質勘探手段相聯系的分級方法 代表:代表:彈性波速分級法彈性波速

13、分級法波速是反映巖性與巖體波速是反映巖性與巖體結構的一項綜合指標,波速越高,圍巖越好。結構的一項綜合指標,波速越高,圍巖越好。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力巖石質量指標巖石質量指標RQDRQD指標也是反映巖性與巖體指標也是反映巖性與巖體結構的一項綜合指標。結構的一項綜合指標。RQDRQD指標的具體含義為巖芯復原率指標的具體含義為巖芯復原率:第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(四四)組合多種因素的分級方法組合多種因素的分級方法 代表:代表:巖體質量分級法巖體質量分級法 巴頓等人提出的巴頓等人提出的“巖體質量巖體質量Q Q”分級法。分級法。表達如下:表達如下:組合了組合了6 6個參數:個參數:巖石質量

14、指標、節理組數目、節理粗糙度、巖石質量指標、節理組數目、節理粗糙度、節理蝕變值、節理含水折減系數、應力折減系數。節理蝕變值、節理含水折減系數、應力折減系數。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(五五)我國鐵路與公路隧道的圍巖分級方法我國鐵路與公路隧道的圍巖分級方法 1.1.鐵路隧道鐵路隧道 沿革沿革 巖體綜合分類巖體綜合分類6060年代,成昆線,五類。年代,成昆線,五類。隧道圍巖分類隧道圍巖分類7474年版,首部鐵路隧道規范,六類。年版,首部鐵路隧道規范,六類。隧道圍巖分類隧道圍巖分類8686年版,加入圍巖彈性波速指標。年版,加入圍巖彈性波速指標。隧道圍巖分級隧道圍巖分級9999年版,采用國標分級排

15、序,改稱年版,采用國標分級排序,改稱“圍巖圍巖分級分級”,六級。,六級。隧道圍巖分級隧道圍巖分級20012001年版,不變。年版,不變。隧道圍巖分級隧道圍巖分級20052005年版,不變。年版,不變。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力 分級的理論基礎分級的理論基礎 以圍巖的穩定性判斷為基礎以圍巖的穩定性判斷為基礎。屬于屬于“以巖體構造和巖性特征為代表以巖體構造和巖性特征為代表”的分級方的分級方法。法。主要考慮主要考慮4 4種因素:種因素:巖石堅硬程度巖石堅硬程度 圍巖完整狀態圍巖完整狀態 地下水地下水 圍巖初始地應力圍巖初始地應力 基本分級基本分級 修正基本分級修正基本分級 最終分級最終分級 基本

16、分級修正基本分級第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力 基本分級基本分級 依據:圍巖主要工程地質條件,由兩條組成:依據:圍巖主要工程地質條件,由兩條組成:巖石堅硬程度巖石堅硬程度 軟硬巖分界指標:軟硬巖分界指標:30Mpa 30Mpa R Rb b30 30 硬巖硬巖 5 R5 Rb b30 30 軟巖軟巖 R Rb b 5 5 極軟巖極軟巖 圍巖完整程度圍巖完整程度 指標指標1 1:結構面發育程度:結構面發育程度 指標指標2 2:地質構造影響程度:地質構造影響程度 由此兩指標,將巖體完整程度分為由此兩指標,將巖體完整程度分為5 5個級別,見下表:個級別,見下表:第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力巖體完整

17、程度的劃分巖體完整程度的劃分 第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力圍巖受地質構造影響程度等級劃分圍巖受地質構造影響程度等級劃分第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力圍巖節理(裂隙)發育程度劃分圍巖節理(裂隙)發育程度劃分第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(4)(4)鐵路隧道圍巖分級表鐵路隧道圍巖分級表 基本分級基本分級+圍圍巖彈性縱波速度巖彈性縱波速度=鐵路隧道圍巖分級表鐵路隧道圍巖分級表 見教材見教材P82-83P82-83。特點特點 給出了單線隧道圍巖開挖后的穩定狀態。給出了單線隧道圍巖開挖后的穩定狀態。尚未考慮地下水和地應力。尚未考慮地下水和地應力。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力 修正分級修正分級 地下水

18、地下水 地下水的地下水的3 3種處理方法:種處理方法:分級時按無水考慮,而是根據地下水的狀態,分級時按無水考慮,而是根據地下水的狀態,適當降低圍巖等級適當降低圍巖等級(1(12 2級級);分級時按有水考慮,當確認圍巖無水則提高圍分級時按有水考慮,當確認圍巖無水則提高圍巖等級;巖等級;直接將地下水狀況直接將地下水狀況(水質、水量、流通條件、水質、水量、流通條件、靜水壓力等靜水壓力等)作為一個分級指標。作為一個分級指標。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力鐵路隧道分級按第鐵路隧道分級按第1 1種方法處理:種方法處理:地下水狀態的分級表地下水狀態的分級表 地下水影響的修正地下水影響的修正 第4章 隧道圍巖

19、分級與圍巖壓力初始地應力初始地應力 第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力初始地應力影響的修正初始地應力影響的修正 第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力兩點說明:兩點說明:設計階段:設計階段:采用修正后的圍巖分級。采用修正后的圍巖分級。施工階段:施工階段:根據實際情況,進一步判定圍巖分級,根據實際情況,進一步判定圍巖分級,依據仍然是:依據仍然是:巖石堅硬程度巖石堅硬程度 圍巖完整狀態圍巖完整狀態 地下水地下水 初始地應力初始地應力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力2.2.公路隧道公路隧道初步分級相當于鐵路的基本分級初步分級相當于鐵路的基本分級 依據:圍巖主要定性特征依據:圍巖主要定性特征 該特征由兩個基本因素組

20、成:該特征由兩個基本因素組成:巖石堅硬程度巖石堅硬程度R Rc c(即強度即強度)巖體完整性巖體完整性K Kv v(即彈性波速即彈性波速)推出推出圍巖基本質量指標圍巖基本質量指標 BQ=90+3RBQ=90+3Rc c+250K+250Kv v第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力詳細分級相當于鐵路的修正分級詳細分級相當于鐵路的修正分級 修正修正BQBQ值:當有以下值:當有以下3 3方面影響時,應予修正:方面影響時,應予修正:地下水地下水K K1 1 軟弱結構面軟弱結構面(比鐵路多此條比鐵路多此條)K)K2 2 高初始地應力高初始地應力K K3 3 BQ=BQ=修正修正BQBQ值值=BQ-100(K=

21、BQ-100(K1 1+K+K2 2+K+K3 3)K K1 1K K3 3各值可查公路隧道規范附錄各值可查公路隧道規范附錄A.0.2-1A.0.2-1A.0.2-3A.0.2-3 第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力公路圍巖分級表:公路圍巖分級表:參數:參數:圍巖主要定性特征圍巖主要定性特征 BQBQ值,或值,或BQBQ值值(當需要修正時當需要修正時)第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(六六)問題及研究方向問題及研究方向 1.1.問題問題 指標定性的多、定量的少。如何做到準確、方便、指標定性的多、定量的少。如何做到準確、方便、好用?好用?2.2.研究研究 發展物探手段,增加定量指標。發展物探手段,增加

22、定量指標。發展分析理論發展分析理論 模糊數學圍巖分級;模糊數學圍巖分級;隧道位移圍巖分級;隧道位移圍巖分級;人工智能專家系統圍巖分級等。人工智能專家系統圍巖分級等。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.4 4.4 圍巖壓力圍巖壓力 4.4.1 4.4.1 巖體初始應力狀態巖體初始應力狀態 自重應力自重應力 構造應力構造應力 地下水壓力地下水壓力 溫度應力溫度應力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力一、圍巖壓力及其分類一、圍巖壓力及其分類 (一一)圍巖壓力圍巖壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(二)圍巖壓力分類(二)圍巖壓力分類 1 1松動壓力松動壓力圍巖變形過大,發生松動而形成圍巖變形過大,發生松動而形

23、成的壓力。的壓力。2 2形變壓力形變壓力圍巖變形在有限范圍內而形成的圍巖變形在有限范圍內而形成的壓力。壓力。這是最重要的兩種壓力形態。這是最重要的兩種壓力形態。問題:問題:1.1.這兩種壓力性質上有何不同?這兩種壓力性質上有何不同?2.2.壓力的性質與圍巖穩定性有何關系?壓力的性質與圍巖穩定性有何關系?第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力3 3膨脹壓力膨脹壓力膨脹性巖層。膨脹性巖層。4 4沖擊壓力沖擊壓力明洞,落石;明洞,落石;暗洞,坍方、巖爆。暗洞,坍方、巖爆。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.4.2 4.4.2 影響圍巖壓力的因素影響圍巖壓力的因素 地質因素地質因素 1.1.巖體初始應力狀態巖體

24、初始應力狀態 2.2.巖石力學性質巖石力學性質 3.3.巖體結構面巖體結構面 4.4.地下水等地下水等 工程因素工程因素 1.1.施工方法施工方法 2.2.支護設置時間支護設置時間 3.3.支護本身剛度支護本身剛度 4.4.隧道斷面形狀等隧道斷面形狀等第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.4.3 圍巖松動壓力的形成和確定方法圍巖松動壓力的形成和確定方法 1.1.圍巖松動壓力的形成圍巖松動壓力的形成 自然拱的概念:自然拱的概念:圍巖的變形不能得到有效的控制,圍巖的變形不能得到有效的控制,當變形超過一定限度后,圍巖發生松動、坍落,最終當變形超過一定限度后,圍巖發生松動、坍落,最終在洞室上方形成拱形。在

25、洞室上方形成拱形。(a)(a)變形階段;變形階段;(b)(b)松動階段;松動階段;(c)(c)塌落階段;塌落階段;(d)(d)成拱階段。成拱階段。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力影響自然拱的因素:影響自然拱的因素:隧道埋深隧道埋深成拱的必要條件成拱的必要條件 隧道斷面形狀和大小隧道斷面形狀和大小拱的范圍拱的范圍 施工因素施工因素對圍巖的擾動程度對圍巖的擾動程度2 2、圍巖壓力的確定方法、圍巖壓力的確定方法 直接量測法直接量測法 理論估算法理論估算法 統計法(經驗法、工程類比法)統計法(經驗法、工程類比法)第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力1)1)深埋隧道圍巖松動壓力的確

26、定方法深埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 (1)(1)統計法統計法我國我國隧規隧規所推薦的方法所推薦的方法式中式中 圍巖容重;圍巖容重;h hq q坍落拱高度;坍落拱高度;s s 圍巖級別;圍巖級別;w w 寬度影響系數,由寬度影響系數,由 w=1+iw=1+i(B-5B-5)計算:)計算:B B 坑道寬度,當坑道寬度,當 B B5m5m時,取時,取 i=0.2i=0.2,當,當 B B5m5m時,時,取取i=0.1i=0.1。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力水平壓力見表水平壓力見表4-74-7:表表4-74-7圍巖水平均布壓力圍巖水平均布壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力v統計法公式的適用條件:統

27、計法公式的適用條件:H/BH/B1.71.7,H H為坑道的高度;為坑道的高度;深埋隧道;深埋隧道;不產生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖;不產生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖;采用礦山法施工。采用礦山法施工。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力據統計,圍巖垂直松動壓力的分布可概括為據統計,圍巖垂直松動壓力的分布可概括為4 4種,種,如圖如圖4-74-7。統計法公式僅針對圖中第一種情況。統計法公式僅針對圖中第一種情況。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(2)(2)普氏理論普氏理論 散粒體理論:巖體被節理、裂隙所切散粒體理論:巖體被節理、裂隙所切割,視為散粒體。割,視為散粒體。普氏系數普氏系數f(f(巖體堅固性

28、系數巖體堅固性系數):):第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力巖體堅固性系數巖體堅固性系數 f f 的概念:的概念:f f是一個以巖體強度為主的指標,兼顧抗鉆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。性、抗爆性、地下水等性質。前述自然拱概念前述自然拱概念最早由普氏提出:最早由普氏提出:第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力 堅硬巖體堅硬巖體:松散破碎巖體:松散破碎巖體:式中式中b bt t為隧道凈跨度的一半;為隧道凈跨度的一半;H Ht t為隧道凈高度。為隧道凈高度。一般來說,普氏理論比較適用于松散、破碎一般來說,普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。的圍巖中。第4章 隧道圍巖分級與圍巖

29、壓力(3)泰沙基理論泰沙基理論 理論:散粒體理論。理論:散粒體理論。假定:假定:破裂面為折線破裂面為折線OAB OAB 方法:方法:研究微分條帶研究微分條帶dhdh的平衡。的平衡。步驟:步驟:1.V=01.V=0,建立微分方程,建立微分方程 2.2.邊界條件:邊界條件:第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力3.3.解微分方程解微分方程,得:,得:4.4.討論:討論:當埋深當埋深h h 達到一定程度時,達到一定程度時,為恒值:為恒值:取側壓力系數取側壓力系數k=1k=1,則有:,則有:與普氏法對照,能發現什么?與普氏法對照,能發現什么?kbV0tanhfbV第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力2)2)淺埋隧道

30、圍巖松動壓力的確定方法淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 深、淺埋隧道的判定原則深、淺埋隧道的判定原則H Hp p(2 22.52.5)h hq q HHp HHp時為深埋時為深埋 H HHpHp時為淺埋時為淺埋 H H 為覆蓋層厚度為覆蓋層厚度I I一一IIIIII級圍巖取級圍巖取:H Hp p2h2hq q IVIVVIVI級圍巖取級圍巖取:H Hp p2.5h2.5hq q 第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力(2)(2)淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法淺埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 土柱法土柱法 要點:忽略滑動面上的阻力。要點:忽略滑動面上的阻力。適于:埋深適于:埋深 H hq H hq 垂直壓力

31、:垂直壓力:q=H q=H 水平壓力按朗金公式:水平壓力按朗金公式:e=e=(H+1/2 Ht)tg(H+1/2 Ht)tg2 2(45(450 0 /2)/2)HtHt 為隧道凈高。為隧道凈高。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力一院法一院法 重點:重點:當當H Hhq hq 時,應該考慮滑動面上的阻力。時,應該考慮滑動面上的阻力。分析下圖:分析下圖:第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力1.1.破裂面破裂面ACAC、BD BD 2.2.矩形矩形EFHGEFHG下沉下沉 帶動三棱體帶動三棱體ACEACE和和BDFBDF下滑下滑 整個巖體整個巖體ABDHGCABDHGC下下滑滑 受阻于未擾動巖體受阻于未擾動

32、巖體 3.3.作用力有:作用力有:矩形矩形EFHGEFHGW W1 1;三棱體三棱體ACE,BDFACE,BDFW2W2;三棱體與巖體三棱體與巖體EFDCEFDC之間的摩阻力之間的摩阻力T=TT=T1 1+T+T2 2;阻力阻力N N。按力的平衡條件,作用在支護結構上的垂直壓力為:按力的平衡條件,作用在支護結構上的垂直壓力為:式中只有式中只有T T1 1是未知,可求得:是未知,可求得:式中式中,側壓力系數。側壓力系數。于是,于是,P可求出??汕蟪?。第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力討論:討論:的求解的求解(P93)(P93)P P與與T T的關系,及其求解的關系,及其求解 第4章 隧道圍巖分級與圍

33、巖壓力4.4.5 4.4.5 明洞壓力的計算明洞壓力的計算 設計明洞時,其荷載要按以下幾項計算設計明洞時,其荷載要按以下幾項計算 1.1.拱圈回填土垂直壓力拱圈回填土垂直壓力 2.2.拱圈回填土石側壓力拱圈回填土石側壓力 3.3.邊墻回填土垂直壓力邊墻回填土垂直壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力4.4.6 4.4.6 圍巖應力的現場量測圍巖應力的現場量測 直接量測直接量測 間接量測間接量測第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力第4章 隧道圍巖分級與圍巖壓力思考題:思考題:1.1.試說明影響圍巖穩定性的主要因素試說明影響圍巖穩定性的主要因素有哪些?在進行圍巖分類時主要考慮什么有哪些?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因素?我國交通隧道圍巖分類對這些因素是如何處理的?是如何處理的?2.2.某隧道埋深為某隧道埋深為30m30m,圍巖為,圍巖為級,凈級,凈寬為寬為12m12m,凈高為,凈高為10m10m,圍巖天然容重,圍巖天然容重20KN/m20KN/m3 3,試計算該隧道圍巖壓力?,試計算該隧道圍巖壓力?

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