地下洞室围岩稳定性分析课件.ppt

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1、第九章地下洞室围岩稳定性分析§9.1概述§9.2围岩重分布应力计算§9.3围岩的变形与破坏§9.4围岩压力计算§9.5围岩抗力与极限承载力§9.1概述地下洞室(undergroundcavity)：人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物。地下洞室的分类按用途：矿山巷道（井）、交通隧道、水工隧道、地下厂房（仓库）、地下军事工程按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室按断面形状：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形按与水平面关系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井）按介质类型：岩石洞室、土洞按应力情况：单式洞室、群洞地下洞

2、室围岩稳定性分析第九章2007.12.11，18:00，安徽繁昌县阳冲铁矿井下-13中段或-33中段,坍塌下来的泥石堵住安全出口,正在作业的7名矿工被困井下矿山巷道（井）交通隧道武汉长江隧道雁荡山隧道水工隧道引黄北干工程地下厂房（仓库）龙滩水电站地下军事工程湖北咸宁澄水洞圆形隧道西安地铁二号线秦岭1线隧道矩形洞室凤滩水电站城门洞形苏州盘门椭圆形山东烟台烟霞洞竖井穿黄工程竖井区高喷加固开钻岩洞土洞群洞洋山深水港-双联拱隧道围岩应力重分布问题——计算重分布应力围岩变形与破坏问题——计算位移、确定破坏范围围岩压力问

3、题——计算围岩压力有压洞室围岩抗力问题——计算围岩抗力洞室围岩力学问题hV地下洞室围岩稳定性分析第九章§9.2围岩重分布应力计算重分布应力：地下开挖扰动后在围岩中形成的新应力。重分布应力与围岩性质、洞形、洞室受外力状态有关。围岩重分布应力计算：①确定开挖前岩体天然应力状态②计算开挖后围岩重分布应力③支护衬砌后围岩应力状态的改善地下洞室围岩稳定性分析第九章一、无压洞室围岩重分布应力计算1、弹性围岩重分布应力坚硬致密块状岩体，当天然应力≦σc/2时，围岩弹性变形。可近似视为各向同性、连续、均质的线弹性体，

4、其围岩重分布应力可根据弹性力学计算。如果洞室半径相对洞长很小，按平面应变问题考虑：两侧受均布压力的薄板中心小圆孔周边应力分布的计算问题。地下洞室围岩稳定性分析第九章（1）圆形洞室无限大弹性薄板，边界上受沿x向外力p，薄板中有一半径=R0的小圆孔，按平面问题考虑，不计体力，M点的各应力分量为：柯西课题地下洞室围岩稳定性分析第九章xppR0边界条件地下洞室围岩稳定性分析第九章解微分方程M点的应力分量地下洞室围岩稳定性分析第九章MxVHMxH=+VMx假定洞室开挖在λ的岩体中，简化为无重板岩体力学

5、模型柯西课题柯西课题无重板岩体力学模型地下洞室围岩稳定性分析第九章σv引起的围岩重分布应力地下洞室围岩稳定性分析第九章由σH产生的重分布应力地下洞室围岩稳定性分析第九章σv和σH同时作用圆形洞室围岩重分布应力地下洞室围岩稳定性分析第九章σv和σH同时作用圆形洞室围岩重分布应力地下洞室围岩稳定性分析第九章讨论：洞壁上的重分布应力洞壁，τrθ＝0，σr＝0，单向应力状态σθ大小与R0无关θ=0、180o，σθ=3σV-σh=（3-）σVθ=90、270o，σθ=3σh-σV=（3-1）σVλ＜1/3，洞顶底：

6、拉1/3＜λ＜3，σθ：压，分布均匀λ＞3，洞壁两侧：拉应力；洞顶底：较高压应力集中地下洞室围岩稳定性分析第九章讨论静水压力式天然应力场中的围岩重分布应力围岩内重分布应力与θ无关，仅与R0和σ0有关τrθ=0，则σr，σθ均为主应力，且σθ恒为σ1，σr恒为σ3r＝R0，σr=0，σθ=2σ0，洞壁上应力差最大，单向受力，说明洞壁最易发生破坏地下洞室围岩稳定性分析第九章r↑，σr↑，σθ↓，→σ0理论，σr，σθ在r→∞处=σ0；实际，σr，σθ→σ0的速度很快，r=6R0时，σr和σθ≈σ0。一般，地下洞室

7、开挖引起围岩分布应力范围=6R0。地下洞室围岩稳定性分析第九章（2）其他形状洞室应力集中系数地下洞室开挖后洞壁上一点的应力与开挖前洞壁处该点天然应力的比值反映洞壁各点开挖前后应力的变化情况。圆形洞室α,β—应力集中系数，大小仅与点的位置有关。地下洞室围岩稳定性分析第九章地下洞室围岩稳定性分析第九章特点：①椭圆形：长轴两端点应力集中最大，易压碎破坏；短轴两端易拉应力集中，不利围岩稳定②各种形状：角点或急拐弯处应力集中最大，如正方形或矩形洞室角点等。③长方形：应力集中，短边中点大于长边中点；角点处应力集中最大，围

8、岩最易失稳。④σh和σv相差不大时，圆形的应力分布最均匀，围岩稳定性最好。⑤σh和σv相差较大时，应尽量洞室长轴‖最大天然应力作用向。⑥天然应力很大的岩体中，洞室断面应尽量采用曲线形，以避免角点上过大的应力集中。地下洞室围岩稳定性分析第九章地下洞室围岩稳定性分析第九章（3）软弱结构面对围岩重分布应力的影响1)围岩中有一条软弱结构面，⊥σv、沿水平直径与洞壁相交对θ＝0，沿水平直径方向所有点τrθ=0