围岩压力计算方法PPT课件

第4节围岩压力，1。围岩压力的概念，2。围岩压力的确定，2。围岩压力的概念，1。隧道开挖后围岩变形或松动对围岩或支护结构产生的压力。从狭义上讲，围岩压力是指作用在支护结构上的围岩压力。工程中通常研究狭义的围岩压力。(1)围岩压力的分类(按作用力的形式)(1)松散压力：指因开挖而产生的松散或坍塌的岩体以重力的形式直接施加在支护结构上的压力。变形压力：指在围岩和支护结构共同变形的过程中，由于紧密贴附的支护结构抑制围岩变形，围岩对支护结构施加的接触压力。(3)膨胀压力：指围岩因吸水膨胀崩解而产生的压力。(4)冲击压力：指围岩压力的概念，(1)松动压力：通常发生在以下三种情况：1)在整体稳定的岩体中，可能有个别松动岩石因隧道开挖而脱落，围岩的约束得到解除。(2)在松散软弱岩体中，隧道顶部和两侧坍塌；(3)在节理发育的节理岩体中，围岩的某些部分会沿弱面坍塌，如剪切破坏或拉伸破坏。围岩压力(2)变形压力的概念是指在围岩和支护结构共同变形的过程中，由于锚杆、喷射混凝土等紧密附着的支护对围岩变形的抑制，围岩对支护结构施加的接触压力。变形压力不仅与围岩应力状态有关，还与支护时间和支护刚度有关。(3)膨胀压力：指围岩因吸水膨胀崩解而产生的压力。它和变形压力的基本区别在于它是由吸水和膨胀引起的。围岩压力的概念(4)冲击压力是指由于隧道开挖在围岩中积累了大量的弹性变形特性后，能量突然释放而产生的压力。冲击压力是岩体中能量积累和释放的问题，因此它与弹性模量直接相关。弹性模量大的岩体在高地应力作用下容易积累大量的弹性变形能，一旦满足适当的条件，就会突然猛烈释放大量的能量。隧道开挖引起的围岩松动和破坏范围从大到小不等。对于一般裂隙岩体中的深埋隧道，影响范围仅限于隧道周围一定深度。围岩对支护结构的松动压力远远小于上覆岩体自重引起的松动压力，这可以用围岩的“拱效应”来解释。(1)隧道开挖后的阶段划分，在围岩应力重新分布的过程中，顶板开始下沉，出现拉伸断裂线，可视为变形阶段。由于结构面切割等原因，顶板裂缝继续发展和张开，并逐渐变为松动，可视为松动阶段。顶板岩体根据其强度逐步垮落，可视为垮落阶段。冒顶停止了，达到了新的平衡。此时，其界面形成了一个近似的拱形，可视为成拱阶段。除了上述围岩地质条件、支护结构的架设时间和刚度及其与围岩的接触状态外，自然拱的范围还取决于以下因素：围岩压力的概念、隧道的形状和大小：隧道的拱圈越平，跨度越大，自然拱越高，围岩的松动压力越大；隧道埋深：实践证明，只有当隧道埋深超过一定临界值时，才能形成自然拱。传统上，这确定围岩压力通常采用以下三种方法：直接测量法、经验法或工程类比法、理论估算法、确定法和直接测量法。这是一种实用的方法，也是隧道工程研究和发展的方向。但是，由于受测量设备和技术水平的限制，目前还不常用。经验法或工程类比法：在统计和总结大量前期工程实际数据的基础上，根据不同围岩类别提出围岩压力的经验值，作为后期隧道工程确定围岩压力的依据。这是目前使用最广泛的方法。确定方法和理论估算方法：是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素很多，因此很难建立一个完善的、通用的适合各种实际情况的围岩压力理论和计算方法。根据一般规定，1类和1-4类深埋隧道围岩压力主要为变形压力，其值可根据释放荷载计算。2.-级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷载时，其垂直均布压力和水平均布压力可按以下公式计算：应用该公式时，必须同时满足以下条件：(1)H/B1.7(2)一般围岩不产生明显的偏压和膨胀力。一般情况下，围岩垂直均布压力q按下式计算：q=0.452s-1(kn/m2)，其中：s-围岩等级，如果为二级，s=2；围岩体积重量，(kN/m3)；=1i(b-5)-宽度影响系数；B-隧道宽度(m)；I基于b=5m，每增加或减少1m围岩压力的增加或减少速率。当B5m时，I=0.1。一般情况下，规定围岩水平均布压力e的确定应根据下表中的经验公式进行计算。一般来说，浅埋隧道围岩压力的确定(1)深埋隧道和浅埋隧道的确定原则(2)计算公式、深埋隧道和浅埋隧道的确定原则、隧道埋深和确定围岩压力的计算方法应不同，应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。深埋隧道围岩松动压力值以施工坍塌平均高度(等效荷载高度值)为基础。为了形成这个高度值，隧道上覆岩体具有一定的厚度。根据经验，这个深度通常是滑坡平均高度的2 2.5倍。20，深、浅埋隧道的判别原则，判别原则HP=(2 2.5) HQ公式： HP深、浅埋隧道的划分深度；HQ荷载等效高度，按下式计算：HQ=Q/Q深埋隧道垂直均布压力kN/m2；-围岩体积重量(kn/m3)。在矿山建设条件下，深埋和浅埋隧道的确定原则是一至三级围岩的惠普=2hqiv 惠普=2.5hq。当隧道覆盖层厚度HHp为深埋时，当h HP为浅埋时，计算公式为：1。当埋深(H)小于或等于等效荷载高度hq时，荷载视为均布竖向压力q=H，其中： q均布竖向压力；围岩覆盖深度的伽马密度；h-隧道的深度，即从隧道顶部到地面的距离。根据均匀分布考虑时，侧向压力e的计算公式为：e=(h1/2hi)tg2(450/2)，其中： e侧向均匀分布压力；围岩的单位重量，单位为kN/m3；h-隧道深度，单位为米；高-隧道高度，单位为米；围岩的摩擦角可根据相关规范计算。当埋深大于hq且小于或等于Hp时，计算公式(1)的影响利用松散介质的极限平衡理论，分析了计算公式，即(h)/2公式中的围岩松动压力=滑动岩体重量-滑动面阻力，q浅=q浅/b= h (1-h/b tg) e=侧压系数。即，=(TG-TG)/ TG1tg(TG-TG)TGTG TG=TG(tg21)TG/(TG-TG) 1/2，式中，dq浅/dH=0，当qmax可用时，深度h:HP=b/(2tan)qmax=b/(4tan)，浅埋隧道围岩压力随隧道埋深h的增大而增大；当它等于深埋隧道的荷载时，围岩压力将保持不变。当判断深埋隧道之间的边界时，也可以用上述理论公式得到Hp值，但它通常与上述经验公式有很大不同。目前，一般以经验公式来判断，而以理论公式作为参考。偏压隧道围岩压力计算，1。产生偏差的原因(1)从地形上看，隧道顶部覆盖层较薄，地面横坡明显倾斜，围岩为松散、松软或土质，多见于隧道入口处或山体附近的浅埋地段。(2)地质上，围岩为倾斜层状结构，层间粘结力差异伴随有害节理裂隙切割或孔体结构面较弱，倾角较大。有些围岩是软的，有些是硬的。(3)在施工期间，由于各种原因，一侧坍塌，形成明显的偏差。偏压隧道围岩压力的计算应根据偏压的原因分别考虑。根据以往经验，计算四级及以上围岩时，一般采用地形引起的偏差。但是，对于三级及以下的围岩，由于地质构造的影响较大，计算是基于地质构造的具体情况。偏压隧道围岩压力计算(1)地形引起的偏压计算方法在山区浅埋隧道施工中，隧道上部围岩的下沉和两侧地表的开裂是由支护或衬砌的下沉、超挖和虚假回填等引起的。导致在岩体中形成两个不对称的滑动面。假设偏差分布模式与地面坡度一致。32，偏压隧道围岩压力计算，2，偏压隧道围岩压力计算，水平侧压力：内侧ei=hi，外侧ei=h1i1，33，偏压隧道围岩压力计算，2，偏压隧道围岩压力计算，(2)地质构造引起的偏压计算大多发生在多裂隙层状或块状岩体中，其情况复杂，没有明确的计算方法，在需要验算时，应注意以下几点：a、有必要找出偏压引起围岩破裂或松动的范围b。 当它是块体运动时，可用岩块刚体平衡法近似计算。 当一部分是软层而另一部分是硬层时，可以分别使用不同的指标进行计算。确定围岩压力的其他方法1。普氏理论基于隧道上方形成的平衡拱：当隧道在松散介质中开挖时，上方将形成抛物线平衡拱。这个平衡拱实际上是破坏范围，这个范围内的围岩重量是隧道支护结构将承受的荷载