讲义总结深基坑及硐室喷锚支护设计及计算实例PPT学习教案

1、会计学1 讲义总结深基坑及硐室喷锚支护设计及讲义总结深基坑及硐室喷锚支护设计及 计算实例计算实例 围岩分级围岩分级 l 围岩分级依据围岩分级依据 p围岩分级是工程类比设计的重要依据，主要目 的是便于运用工程类别方法获得地下工程喷锚 支护设计参数。 p围岩分级中主要考虑指标 a.岩体的结构特征及其完整性 b.岩体的物理力学性质 c.地下水的影响 d.原岩应力的影响 第1页/共25页 l 围岩分级方法围岩分级方法 p单因素岩石力学指标分级法 p多因素综合指标分级法 p定性与定量多因素指标相结合分级法 p组合指标函数法 第2页/共25页 l 围岩分级表围岩分级表 采用定性和定量多因素指标相结合的分级

2、方法。 第3页/共25页 围岩 级别 围岩或土体主要定型特征 围岩基本质量指标（BQ） 或修正的文言基本指BQ 坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构550 坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构 550451 较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构 坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构；坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构； 较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结 构构 450351 坚硬岩，岩体破碎，碎裂

3、结构坚硬岩，岩体破碎，碎裂结构 350251 较坚硬岩，岩体较破碎较坚硬岩，岩体较破碎破碎，镶嵌碎裂结构破碎，镶嵌碎裂结构 较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整-较破碎，较破碎， 中薄层状结构中薄层状结构 土体：土体：1.略具压密或成岩作用的黏性土及砂性土略具压密或成岩作用的黏性土及砂性土 2.黄土黄土 3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土 较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎；极破碎各类岩体。碎、破碎；极破碎各类岩体。碎、 裂状、松散结构裂状、松散结

4、构 250 一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石 土、圆砾、角砾土及黄土。非黏性土呈松散结构、黏性土及黄土成土、圆砾、角砾土及黄土。非黏性土呈松散结构、黏性土及黄土成 松软结构松软结构 软塑状黏性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等软塑状黏性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等 第4页/共25页 15.3 喷锚支护设计喷锚支护设计 p喷锚支护的设计，是将喷射混凝土和锚杆作为加强和利 用围岩自身承载力的手段，因此设计时，必须从具体围 岩的变形、破坏和稳定性出发，进行分析研究，针对不 同的围岩，采取不同的设计原则。 p锚喷设计原则

5、上需要考虑： a.工程地质条件和岩体力学特性 b.依据不同的围岩压力特点，对拱、墙等不同部位，采用 不同的支护参数。 c.喷锚支护设计力求体现喷锚支护灵活的特点，对于围岩 局部和整体加固采取等强度支护原则，对于不同的岩体 和不同的部位分别采用不同的支护类型与参数。 d.喷锚支护设计应遵循实测位移评价的原则。 第5页/共25页 l 按局部作用原理的设计按局部作用原理的设计 p锚杆的设计和计算 sin sin sin sin G N G Q 锚杆加固拱顶危岩 由静力平衡： 锚杆所需截面积： sin s s t s KQ A R KN A 锚杆设计长度： erm lhll 第6页/共25页 当危岩处

6、于侧壁上时： 锚杆加固侧壁危岩 tansincos sin sin GGQ G N 第7页/共25页 p喷射混凝土的计算和设计 喷混凝土加固 采用喷混凝土支护洞室，要求喷射混凝土层应有足够的抗拉力， 使喷层在节理面处不出现冲切破坏；同时喷层和围岩间也应有 足够的粘结力，使喷层不出现撕裂现象。这种观点称为局部加 固原理。 S C U KG d 喷层厚度： 第8页/共25页 根据弹性地基梁理论，将喷层看作弹性地基上半无限长梁验算。 U G P 根据局部变形理论，梁端位移： R Py 2 梁端的弹性拉力： Pky2 4 3 4 315. 1 4Ed k EI k 考虑强度安全系数： u K 3/1

7、3/4 65. 3 E k U KG d u 第9页/共25页 l 按整体作用原理的设计按整体作用原理的设计 p锚杆的设计和计算 组合拱原理的计算 eZ lKhl Z hLl 0 K取1.2. 锚杆长度应超过组合拱高度： 组合拱计算跨度： 第10页/共25页 组合拱假定为两端固定的等截面圆拱，荷载按自重形式均布 与拱轴上。 hbq L KNh 0 6 m L l K 第11页/共25页 拱脚处截面内力为： nnnnn nnnnn HVN VHQ cossin cossin 第12页/共25页 任意径向截面内力为： cossin cossin 1cossincos1 0 0 2 00 NqrN

8、qrNQ qrrNMM n 第13页/共25页 p喷射混凝土的计算和设计 bdhq cr 喷混凝土组合拱计算 组合拱高度及计算跨度： dhLl dhh y yZ 0 第14页/共25页 l 算例算例 一地下洞室，开挖宽10m，高12m，顶部为割圆拱。围岩为石 英砂岩，属稳定性较差的级围岩，重度为 。采用16 锰 的螺纹钢筋砂浆锚杆， 。喷混凝土为C20， 抗力设计强度为0.84MPa。钻孔直径38mm，砂浆与钢筋的粘结 力为3MPa，与钻孔岩石粘结力2MPa。设计该洞室的喷锚结构。 3 /25mkN mmdm20 MPaRg340 【解】 锚杆参数的计算 锚杆长 度： 321 llhll y

9、锚固长 度： cm Rd l m gm 57 3 340 4 2 4 1 cm d Rd l zz gm 45 24 340 8 . 3 2 4 2 2 1 取：cml57 1 第15页/共25页 取： mhhy5 . 1109 . 0 6 1 cm5 2 lcml20 3 则：ml32. 22 . 005. 05 . 157. 0 采用2.5m。 锚杆间 距： cm Kh R d a y g m 136 10251505 . 1 340 2 0 . 2 2 3 取： m2 . 1a 第16页/共25页 p喷混凝土厚度计算 如取单位宽度为1.0m计算，则均布荷载为： mkNb a q/15 2

10、 0 . 12 . 125 2 弯矩：mkNqaM16. 22 . 115 10 1 10 1 2 2 应力：h l ddW M 23 3 6 .129 6/100 1016. 2 MPa hl 84. 0 所以：cmd4 .12取：cmd12 以上按悬吊设计原理计算时，喷锚结构参数为：锚杆直径20cm， 长2.5m，间距1.2m，喷混凝土厚度12cm。 第17页/共25页 15.4 施工信息的反馈施工信息的反馈 p施工开挖前就能准确的确定各项支护参数以及最 优开挖支护方案，并非易事。 p施工信息反馈，即所谓的信息化设计是一种新的 围岩稳定性评价方法和地下工程设计方法。 p基于施工信息反馈的信

11、息化设计要求在施工过程 中布置监测系统，从现场围岩的开挖及支护过程 中获得围岩稳定性及支护设施的工作状态信息。 p反馈分析根据部分测点的位移、应力反求材料参 数及初始地应力，同时对洞室稳定性进行判断。 p反馈分析方法：正演法、逆演法。 第18页/共25页 a.a.正演法正演法 利用力学计算应力分析的基本格式，对反馈分析所需的参数 进行数学上的近似，并不断优化。 n i cimi uuJ 2 可用各种优化方法使目标函数J趋于最小，此方法适应性广。 b.b.逆演法逆演法 需要建立一套与常规应力分析格式相反的计算公式。在线弹 性情况下，可用迭加原理建立逆演法的计算格式，非线性情 况则并非易事。 第1

12、9页/共25页 15.5 围岩稳定性的分析围岩稳定性的分析 p围岩稳定性分析通常是指围岩的局部稳定分析， 并进一步依据各单元的分析结果，评判围岩的 整体稳定性。 p围岩出现局部失稳的原因主要是由于围岩中的 软弱结构面与洞室临空面的不利组合所构成的 不稳定块体的掉落和塌滑所造成。 p不稳定块体并非全是由软弱结构面与临空面切 割而成，很多情况下，它是由软弱结构面、临 空面以及由于不利受力状态而形成的切割面切 割等所组成。 第20页/共25页 p不稳定块体的计算与加固的步 骤 a.a.不稳定块体的几何分析不稳定块体的几何分析 b.b.失稳方式的运动学分析失稳方式的运动学分析 是指确定结构面面积、结构

13、体体积和重量等。以地质勘查工 作所获得的地质结构面产状和测点坐标，以及工程设计开挖 的几何参数为前提，通过解析法或图算法来确定。 主要任务是判别不稳定块体的运动趋势是失稳方式。在几何 学分析的基础上，再考虑荷载矢量的作用。 第21页/共25页 由于不稳定块体边界切割面的情况不同，初始位移趋势可能 有多种发展结果，可能有多种失稳方式： 由于受到边界切割面的限制，结构体不能向临空面位移，而 是在某一结构面上压紧，或者所有结构面不能脱开，则结构 体是稳定的； 由于切割面的影响，产生沿结构面或结构面交线滑动，位移 方向指向临空面，这时形成滑动失稳； 当合力矢量作用于边界面以外，或是结构体受力位移后形成

14、 一定力矩时，若指向临空面，则可能发生转动或倾倒； 不受切割面影响，结构体的初始位移即造成所有结构面上的 拉开，这是形成崩落或抛出。 第22页/共25页 c.c.稳定系数的计算分析稳定系数的计算分析 根据岩石结构体受力运动和阻抗力的对比关系，确定相对于 极限状态时的稳定程度，作出稳定性评价。 拱顶不稳定块体的稳定程度拱顶不稳定块体的稳定程度 不考虑原岩应力时，坠落时自由的，稳定系数 。一般以 结构体重量作为喷锚支护设计的依据。 0 边墙不稳定块体的稳定系数边墙不稳定块体的稳定系数 1.1.单面滑单面滑 动动 sin tancos Q cFQ 2.2.双面滑动双面滑动 21 2122112112 180sinsin 18