成都理工大学(05围岩压力)

1、5 5 围围 岩岩 压压 力力 主讲主讲 林锋林锋5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 弹塑性理论计算围岩压力弹塑性理论计算围岩压力 5.2.1 5.2.1 弹性分析弹性分析 5.2.2 5.2.2 弹塑性分析弹塑性分析5.3 5.3 松散围岩的围岩压力计算松散围岩的围岩压力计算 5.3.1 5.3.1 普氏理论普氏理论 5.3.2 5.3.2 太沙基理论太沙基理论 5.3.3 5.3.3 块体平衡理论计算围岩压力块体平衡理论计算围岩压力 脆性围岩变形与破坏脆性围岩变形与破坏的形式和特点主要决定于围岩结构，的形式和特点主要决定于围岩结构，一般有一般有弯折内鼓、张裂塌落、劈裂剥落、剪切滑移、碎

2、裂弯折内鼓、张裂塌落、劈裂剥落、剪切滑移、碎裂松动以及岩爆松动以及岩爆等。等。 5.1 5.1 概述概述 塑性围岩塑性围岩在在应力重分布应力重分布和和水水的作用下，主要变形破坏的作用下，主要变形破坏类型包括：类型包括： (1) (1) 塑性挤出；塑性挤出； (2) (2) 膨胀内鼓；膨胀内鼓； (3) (3) 塑流涌出；塑流涌出； (4) (4)重力坍塌等重力坍塌等。 5 5 围岩压力围岩压力 （二）基本概念（二）基本概念 （1 1）围岩压力）围岩压力 硐室开挖破坏了围岩范围内的应力平衡状态，导致围岩硐室开挖破坏了围岩范围内的应力平衡状态，导致围岩变形甚至破坏。为了保障硐室的稳定安全必须进行支

3、护以阻变形甚至破坏。为了保障硐室的稳定安全必须进行支护以阻止围岩过大变形和破坏，这样，止围岩过大变形和破坏，这样，支护结构与围岩间产生相互支护结构与围岩间产生相互作用，围岩作用于支护结构上的力就是围岩压力作用，围岩作用于支护结构上的力就是围岩压力。围岩压力。围岩压力可以分为垂直压力、水平压力和底部压力。可以分为垂直压力、水平压力和底部压力。 在采矿工程中，在采矿工程中，围岩应力和围岩压力都称为矿山压力围岩应力和围岩压力都称为矿山压力。 广义围岩压力广义围岩压力包括以下几部分包括以下几部分： 变形压力，变形压力， 松动压力，松动压力， 膨胀压力，膨胀压力， 冲击和撞击压力。冲击和撞击压力。 5.

4、1 5.1 概述概述 （2 2）变形压力，也可称为变形围岩压力，）变形压力，也可称为变形围岩压力， 由于围岩的变形受到支护的抑制而产生的围岩压力由于围岩的变形受到支护的抑制而产生的围岩压力。 变形压力的大小，与原岩应力大小、岩体力学性质、支变形压力的大小，与原岩应力大小、岩体力学性质、支护结构刚度和支护时间等因素有关。一般在用弹塑性、粘弹护结构刚度和支护时间等因素有关。一般在用弹塑性、粘弹塑性原理进行分析，包括解析法和数值分析方法。塑性原理进行分析，包括解析法和数值分析方法。 （3 3）松动压力）松动压力 包括包括塌落围岩压力塌落围岩压力和和块体滑落围岩压力块体滑落围岩压力。 由于硐室开挖，导

5、致围岩松动或塌落，并以重力形式直由于硐室开挖，导致围岩松动或塌落，并以重力形式直接作用在支护上的形成的围岩压力接作用在支护上的形成的围岩压力。 较大块体稳定性问题，可以采用较大块体稳定性问题，可以采用块体理论进行分析块体理论进行分析。 塌落岩体形成的围岩压力，可以采用塌落岩体形成的围岩压力，可以采用普氏理论、泰沙基普氏理论、泰沙基理论、有关规范的围岩压力计算公式理论、有关规范的围岩压力计算公式等进行分析等进行分析 （4 4）膨胀压力）膨胀压力 岩体具有吸水、膨胀、崩解特性，由此引起的围岩压力称岩体具有吸水、膨胀、崩解特性，由此引起的围岩压力称为膨胀压力为膨胀压力。岩体的膨胀性，主要决定于其中。

6、岩体的膨胀性，主要决定于其中蒙脱石、伊利石蒙脱石、伊利石和高岭土和高岭土的含量，以及的含量，以及外界水的渗入外界水的渗入和和地下水的活动特征地下水的活动特征。 膨胀压力与岩体的状态、隧道结构形式等因素有关，膨胀膨胀压力与岩体的状态、隧道结构形式等因素有关，膨胀荷载的大小确定，通常荷载的大小确定，通常根据经验数据或测量结果根据经验数据或测量结果来估计。来估计。 （5 5）冲击和撞击压力）冲击和撞击压力 撞击围岩压力撞击围岩压力：是回采工作面上覆岩层剧烈运动时对巷：是回采工作面上覆岩层剧烈运动时对巷道支护所产生的压力。道支护所产生的压力。 冲击围岩压力冲击围岩压力是指围岩积累了大量弹性变形能之后，

7、突是指围岩积累了大量弹性变形能之后，突然释放出来所产生的压力。然释放出来所产生的压力。冲击压力又称为岩爆冲击压力又称为岩爆。 5.1 5.1 概述概述 围岩压力主要决定于以下围岩压力主要决定于以下7 7方面因素：方面因素： （1 1）初始应力状态及硐室形状、大小）初始应力状态及硐室形状、大小 圆形、椭圆形和拱形硐室的围岩应力集中程度较小，显圆形、椭圆形和拱形硐室的围岩应力集中程度较小，显然，围岩压力相对较小。然，围岩压力相对较小。 围岩压力随跨度的增加而增加，但围岩压力随跨度的增加而增加，但不一定成正比。不一定成正比。 如我国单线和双线铁路隧道的跨度相差如我国单线和双线铁路隧道的跨度相差80%

8、,80%,但围岩压力但围岩压力相差仅为相差仅为50%50%左右。在稳定性较差的岩体内开挖硐室，实际的左右。在稳定性较差的岩体内开挖硐室，实际的围岩压力往往比按照常用方法计算得到的压力大得多。围岩压力往往比按照常用方法计算得到的压力大得多。 （2 2）地层岩性及地质构造）地层岩性及地质构造 地层岩性及地质构造条件不同，岩体结构特征及岩体质量地层岩性及地质构造条件不同，岩体结构特征及岩体质量不同，相应地，岩体的变形破坏特征及围岩压力也就不同。不同，相应地，岩体的变形破坏特征及围岩压力也就不同。三、三、 围岩压力影响因素围岩压力影响因素 5.1 5.1 概述概述 （3 3）地下水的影响：）地下水的影

9、响：软化岩体，直接提供压力；软化岩体，直接提供压力； （4 4）支护的形式、时机及和刚度：）支护的形式、时机及和刚度：当围岩出现松动圈或当围岩出现松动圈或塌落拱时，支护的作用主要承受松动岩体或塌落岩体的重量，塌落拱时，支护的作用主要承受松动岩体或塌落岩体的重量，支护主要起支护主要起承载作用，承载作用，这类支护可以称为这类支护可以称为外部支护外部支护；当围岩；当围岩处于有限变形中，支护的作用主要为限制围岩的变形，起处于有限变形中，支护的作用主要为限制围岩的变形，起约约束作用，束作用，这类支护也叫这类支护也叫内承支护或自承支护内承支护或自承支护，主要通过化学，主要通过化学灌浆、水泥灌浆、锚杆、预应

10、力锚杆、喷混凝土等方式加固灌浆、水泥灌浆、锚杆、预应力锚杆、喷混凝土等方式加固围岩，围岩，提高围岩的自承能力提高围岩的自承能力。 支护时机支护时机的早晚，的早晚，支护结构本身的刚度支护结构本身的刚度，与围岩变形限，与围岩变形限制程度有关，从而决定围岩压力的大小。制程度有关，从而决定围岩压力的大小。 （5 5）时间：）时间：流变效应或变形的时间滞后效应，与围岩变流变效应或变形的时间滞后效应，与围岩变形发展有关，从而影响围岩压力的大小。形发展有关，从而影响围岩压力的大小。 （6 6）施工方法：）施工方法：掘进的方法不同，对围岩扰动程度不同。掘进的方法不同，对围岩扰动程度不同。 （7 7）埋深：）埋

11、深：上覆岩层安全厚度，初始地应力。上覆岩层安全厚度，初始地应力。三、三、 围岩压力影响因素围岩压力影响因素 大体上，围岩压力确定方法主要有：大体上，围岩压力确定方法主要有： （1 1）现场实测法；）现场实测法； （2 2）连续介质力学方法：）连续介质力学方法：解析法、数值分析（有限元，有解析法、数值分析（有限元，有限差分法，边界元法、流形元等）；限差分法，边界元法、流形元等）； （3 3）非连续介质力学方法，）非连续介质力学方法，如离散元法；如离散元法； （4 4）围岩分类法：）围岩分类法：公路、铁路围岩分类法；公路、铁路围岩分类法； （5 5）散体围岩压力理论：）散体围岩压力理论：普氏理论和

12、太沙基理论等；普氏理论和太沙基理论等； （6 6）块体理论及赤平投影分析）块体理论及赤平投影分析 （7 7）工程地质类比法）工程地质类比法 （8 8）物理模拟法等）物理模拟法等 目前，围岩压力理论总体上还处于验证和发展阶段。目前，围岩压力理论总体上还处于验证和发展阶段。采用一种理论来解决各种不同地质条件下和不同目的的地下采用一种理论来解决各种不同地质条件下和不同目的的地下工程围岩稳定是不现实的。工程围岩稳定是不现实的。 四、围岩压力的确定方法四、围岩压力的确定方法 5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 弹塑性理论计算围岩压力弹塑性理论计算围岩压力 考虑围岩为连续介质，计算保持围岩变形稳定的

13、需要提考虑围岩为连续介质，计算保持围岩变形稳定的需要提供的支护力，计算出来的围岩压力属于供的支护力，计算出来的围岩压力属于变形压力变形压力。 围岩具有弹性、塑性和粘性性质。围岩具有弹性、塑性和粘性性质。根据问题的复杂性和根据问题的复杂性和安全性要求，可以选用如下方法：安全性要求，可以选用如下方法： （1 1）解析法）解析法，可以将围岩考虑为弹性介质、弹塑性介，可以将围岩考虑为弹性介质、弹塑性介质，甚至可以考虑粘性性质。只适用于少数情况。质，甚至可以考虑粘性性质。只适用于少数情况。 （2 2）数值法）数值法，包括有限单元法和有限差分法，流形元，包括有限单元法和有限差分法，流形元等。由于目前数值计

14、算理论的发展，可以采用简单的线性弹等。由于目前数值计算理论的发展，可以采用简单的线性弹性模型，也可以考虑采用弹塑性模型，粘弹塑性模型等。性模型，也可以考虑采用弹塑性模型，粘弹塑性模型等。5 5 围岩压力围岩压力（2 2）用硐室周边位移表示围岩压力）用硐室周边位移表示围岩压力 围岩压力或叫支撑反力的位移表达公式如下围岩压力或叫支撑反力的位移表达公式如下：（5.2-1) 5.2-1) ctgcctgcGUctgcaaa)(sin1 (2)(sin0sin1sin0式中式中，G G为剪切模量：为剪切模量： )1 (2EG为洞壁径向位移，单位为洞壁径向位移，单位m m。 a为为围岩压力或支撑反力。围岩

15、压力或支撑反力。 aUsinsin100)(sin1 (2)(sinctgcctgcGctgcaUaa由上式变换，可得洞壁径向位移计算公式：由上式变换，可得洞壁径向位移计算公式： （5.2-25.2-2） 5.2.2 5.2.2 弹塑性分析弹塑性分析 （2 2）用硐室周边位移表示围岩压力）用硐室周边位移表示围岩压力 1 1）硐壁径向位移与支撑反力）硐壁径向位移与支撑反力成反比（成反比（曲线曲线），当支撑反力低），当支撑反力低到一定值，围岩破坏，坍塌岩体导到一定值，围岩破坏，坍塌岩体导致压力增大。致压力增大。 讨论：讨论： aaU 2 2）支护时机选择不同，则有支护时机选择不同，则有不同的结果：

16、选择的过早，围岩不同的结果：选择的过早，围岩压力很大，变形很快稳定；过晚，压力很大，变形很快稳定；过晚，且支护力不够，则变形会进一步且支护力不够，则变形会进一步发展到失稳；合适的支护时机，发展到失稳；合适的支护时机，变形会趋于稳定，且支护力也不变形会趋于稳定，且支护力也不大（曲线大（曲线）aaU稳定支护径向位移实测曲线硐壁径向位移实测曲线示意 3 3）上述分析上述分析为新奥法施工根据反馈信息选择支护时机及为新奥法施工根据反馈信息选择支护时机及支护力的主要思路。支护力的主要思路。5.3 5.3 松散围岩的围岩压力计算松散围岩的围岩压力计算 地下开挖对周围地层的力学作用强度随距离而衰减。深地下开挖

17、对周围地层的力学作用强度随距离而衰减。深埋隧道埋隧道上覆地层的变形上覆地层的变形松动松动坍塌过程坍塌过程会在地表以下某个会在地表以下某个相对稳定的范围终止，就好像坍塌范围的周边出现了一架能相对稳定的范围终止，就好像坍塌范围的周边出现了一架能够承受上覆岩层的够承受上覆岩层的“压力拱结构压力拱结构”。这种现象叫做。这种现象叫做地层的成地层的成拱作用拱作用。此时，。此时，拱下坍落的重量决定的顶部压力。拱下坍落的重量决定的顶部压力。5.3.15.3.1普氏理论普氏理论 此理论是由俄国学者此理论是由俄国学者普罗托季亚科诺夫普罗托季亚科诺夫提出的。提出的。 （一）基本假定（一）基本假定 （1 1）岩体为没

18、有粘聚力的松散体：）岩体为没有粘聚力的松散体：他认为岩体中的结构面他认为岩体中的结构面完全破坏了的岩体整体性，虽然岩体具有弱的粘聚力，但完全破坏了的岩体整体性，虽然岩体具有弱的粘聚力，但可以忽略；岩体抗拉、抗减、抗弯能力都极其微弱。可以忽略；岩体抗拉、抗减、抗弯能力都极其微弱。 （2 2）深埋硐室开挖深埋硐室开挖首先引起洞顶塌落首先引起洞顶塌落，但这种塌落是有一，但这种塌落是有一定限度的，并定限度的，并在洞顶形成一自然平衡拱在洞顶形成一自然平衡拱。5.3.15.3.1普氏理论普氏理论 （1 1）自然拱的切线方向只作）自然拱的切线方向只作用有压应力，固称为压力拱；用有压应力，固称为压力拱； （2

19、 2）压力拱）压力拱以上岩体的重量以上岩体的重量（压力）通过压力拱传递到拱（压力）通过压力拱传递到拱脚及附近岩体中。脚及附近岩体中。 这可能会导致边墙破坏。固这可能会导致边墙破坏。固稳定的压力拱应是考虑边墙可稳定的压力拱应是考虑边墙可能失稳范围后的最终压力拱。能失稳范围后的最终压力拱。 （3 3）作用在衬砌上的压力就）作用在衬砌上的压力就是压力拱与衬砌之间的岩石的是压力拱与衬砌之间的岩石的重量，而与拱外岩体无关。重量，而与拱外岩体无关。 所以，问题的关键在于所以，问题的关键在于正确正确确定拱的形状。确定拱的形状。VHHa（二）受力分析（二）受力分析 RxRx245f5.3.1 5.3.1 普氏

20、理论普氏理论 当地质条件对称时，压力拱的受力和形状也必然对称。当地质条件对称时，压力拱的受力和形状也必然对称。 将将压力拱（线）压力拱（线）作为研究对象，按作为研究对象，按对称问题对称问题进行研究。进行研究。 取取一半拱线一半拱线分析，上端点受到分析，上端点受到轴向力轴向力RxRx，下端点受水平和下端点受水平和垂向力作用（垂向力作用（T T，N N）。 拱线受垂直和水平应力作用，一般拱线受垂直和水平应力作用，一般将水平应力计入拱座水将水平应力计入拱座水平推力平推力T T 中中。 忽略应力随着高度的变化。忽略应力随着高度的变化。 （二）受力分析（二）受力分析当压力拱处于极限平衡状态时，在拱座处，

21、满足下式：当压力拱处于极限平衡状态时，在拱座处，满足下式：由（由（3 3）、（）、（5 5）式：）式：上式中上式中，h h 为普氏拱的高度，也可以成为荷载等效高度；为普氏拱的高度，也可以成为荷载等效高度；b b为拱跨一半；为拱跨一半； f f 为普氏系数，或者称为岩石的坚固性系数，为普氏系数，或者称为岩石的坚固性系数，其物理意义可以理解为增大了的摩擦系数。其物理意义可以理解为增大了的摩擦系数。fNT（5.3- 55.3- 5） fNRx从安全角度，从安全角度，普氏普氏将上式改为：将上式改为：fNRx21（5.3-65.3-6） 由（由（2 2）、（）、（4 4）、（）、（6 6）式得：）式得：

22、 fbh （5.3-75.3-7） （三）拱形及拱高（三）拱形及拱高普普氏氏系系数数表表普氏系数普氏系数的确定一般有三种方法：的确定一般有三种方法： 一般岩体一般岩体：tgf/c砂土及其他松散材料砂土及其他松散材料tgf 完整坚硬岩石完整坚硬岩石(R(Rc c(MPa)(MPa)10/cRf 洞顶的垂向压力为洞顶的垂向压力为: : 式中，式中，b b为半拱跨，其与半洞跨的关系如下：为半拱跨，其与半洞跨的关系如下：（5.3-85.3-8） fbhpV)tg(Habf245（四）洞顶垂直围岩压力（四）洞顶垂直围岩压力 如果硐壁不稳，硐壁两如果硐壁不稳，硐壁两侧产生向洞内变形，从而导侧产生向洞内变形

23、，从而导致测向围岩压力。致测向围岩压力。 侧向围岩压力可根据朗侧向围岩压力可根据朗肯主动土压力理论计算。肯主动土压力理论计算。 洞顶垂向压力可以作为洞顶垂向压力可以作为超载计入对侧压的影响。超载计入对侧压的影响。（五）侧向围岩压力（五）侧向围岩压力 （五）侧向围岩压力（五）侧向围岩压力 硐壁侧向围岩压力计算公式如下（梯形分布）。硐壁侧向围岩压力计算公式如下（梯形分布）。h hb b2a2a1ap2apP Pa a245f（5.3-95.3-9） )245()(22fatgHhpHppPaaa221)245(21fatghp 需要求出合力作需要求出合力作用点的位置。用点的位置。 引起底部围岩压力

24、的有几种可能：引起底部围岩压力的有几种可能：硐底岩石的膨胀；硐室两硐底岩石的膨胀；硐室两侧岩石在较大压力作用下使其向洞内挤入侧岩石在较大压力作用下使其向洞内挤入。考虑第二种情况。考虑第二种情况。 底部围岩压力的计算模型：底部围岩压力的计算模型：ABAB线外侧，在上覆压力作用下，线外侧，在上覆压力作用下，形成水平向内的主动土压力；形成水平向内的主动土压力；硐底岩体以被动土压力方式对抗硐底岩体以被动土压力方式对抗上述主动土压力上述主动土压力，硐底阻抗岩体最大宽度为硐室跨度，硐底阻抗岩体最大宽度为硐室跨度2a2a。（六）底部围岩压力（六）底部围岩压力 显然，在主动土压力大于被动土压力范围段内，才会有

25、可显然，在主动土压力大于被动土压力范围段内，才会有可能导致底部围岩压力。能导致底部围岩压力。为此，为此，首先需要确定临界深度。首先需要确定临界深度。（令上两式相等）（令上两式相等）： 对于对于BFBF段，右侧为主动土压力，左侧为被动土压力，对于段，右侧为主动土压力，左侧为被动土压力，对于BFBF段上任一点段上任一点y y处，有：处，有： )245()(20fatgyHhp)245(2fbytgp（ 5.3-105.3-10）)245()245()245()(22200ffftgtgtgHhy 普氏理论虽然比较简单，使用比较方便，但存在以下问题普氏理论虽然比较简单，使用比较方便，但存在以下问题:

26、 : （1 1）将围岩视为无粘聚力的松散体，这与大多数岩体的实）将围岩视为无粘聚力的松散体，这与大多数岩体的实际情况不符；一般在断裂破碎带内才接近这种假设；际情况不符；一般在断裂破碎带内才接近这种假设； （2 2）岩石坚固性系数不是岩体本身的特性参数）岩石坚固性系数不是岩体本身的特性参数，也无法通，也无法通过试验直接确定；过试验直接确定； （3 3）普氏理论中，顶部围岩压力最大，这与许多实际工程）普氏理论中，顶部围岩压力最大，这与许多实际工程不符（最大顶压常常偏离洞顶）；不符（最大顶压常常偏离洞顶）； （4 4）按照普氏理论，围岩压力只与硐室跨度大小有关，而）按照普氏理论，围岩压力只与硐室跨度

27、大小有关，而与硐型、上覆岩层的厚度以及施工方法、程序等无关，这些都与硐型、上覆岩层的厚度以及施工方法、程序等无关，这些都与实际不完全相符。实际上，只适用于足够埋深以下。与实际不完全相符。实际上，只适用于足够埋深以下。 （5 5）不适用于围岩明显偏压情况。）不适用于围岩明显偏压情况。（七）对（七）对“普氏理论普氏理论”的讨论的讨论例题例题5.3-1某洞室建在普通的泥灰岩中。宽某洞室建在普通的泥灰岩中。宽2a=8m，高，高H =5m，试求围岩压力。试求围岩压力。解解. 根据围岩条件查普氏分类表，根据围岩条件查普氏分类表， f =2， = 24 KN/m3，f=65。 则普氏拱高度则普氏拱高度h0为

28、：为：f)tg(Hafbhf2450)(108. 52)26545(54mtg(1) (1) 求顶部围岩压力求顶部围岩压力)/(8 .980108. 5248201mKNhaPV顶部围岩压力方向：垂直向下，合力作用点在洞室拱顶中部。顶部围岩压力方向：垂直向下，合力作用点在洞室拱顶中部。)(6 .122108. 5240KPahpV例题例题5.3-15.3-1(2) (2) 求侧向围岩压力求侧向围岩压力)(03. 6)26545(tan60.122)245(tan221KPappfVa)(92.11)26545(tan)52460.122(2KPa)245(tan)(22fVaHpp侧向围岩压力

29、的合力为：侧向围岩压力的合力为：HppPaqaa22)/(87.445292.1103. 6mKN侧向围岩压力方向为水平指向洞内，其合力作用点计算如下：侧向围岩压力方向为水平指向洞内，其合力作用点计算如下： 以墙脚作为参考点（如图）：以墙脚作为参考点（如图）：6/)(2/121HHpPHHpyPaaaaa)6/)(2/(1121HHpPHHpPyaaaaa)(23. 2)6/55)03. 692.11(2/5503. 6(87.441m例题例题5.3-15.3-1(3) (3) 求底部围岩压力求底部围岩压力 首先求底部压力计算深度首先求底部压力计算深度y y0 0: :)245(tan)245

30、(tan)(20200ffyyHh)245(tan)245(tan)245(tan)(22200fffHhy)(024. 0297.20497. 0)26545(tan)26545(tan)26545(tan)5108. 5(222m由于由于y y0 000，远小于洞室跨度，故可以认为无底部压力。，远小于洞室跨度，故可以认为无底部压力。答：略。答：略。 在两潜在破裂面间在两潜在破裂面间Z Z深度深度处取一厚度处取一厚度dzdz的微元体，其的微元体，其受力如图所示，有受力如图所示，有垂向力平垂向力平衡方程：衡方程： 基本假定：基本假定： 岩土体岩土体为松散体为松散体。计算模型如图。计算模型如图所

31、示：所示：垂直破裂面延伸至垂直破裂面延伸至地表，宽度等于硐跨。地表，宽度等于硐跨。bc)btg(dzdVV整理上式得：整理上式得：（5.3-145.3-14）c)dz()db(bbdzvvvvtan2222 5.3.2 5.3.2 太沙基理论太沙基理论 带入边界条件：带入边界条件：Z=0，V=p，得到积分常数，得到积分常数A： 解微分方程（解微分方程（14）式，）式，得：得：（5.3-15）Ae/btgbcZbtgV11cbptgA当当Z=H时时,洞顶围岩压力洞顶围岩压力q为：为：HbtgHbtgVpeetgcbq)1 (（5.3-16） 当当H足够大（足够大（5b以上），上式简化为：以上），

32、上式简化为：tgcbqV上式表明上式表明，当硐室埋深达到足够深时，洞顶围岩压力与深度无，当硐室埋深达到足够深时，洞顶围岩压力与深度无关，只是取决于岩土材料的物理力学性质及硐跨。关，只是取决于岩土材料的物理力学性质及硐跨。侧壁围岩压力和硐底围岩压力计算公式同前面一样。侧壁围岩压力和硐底围岩压力计算公式同前面一样。5.3.3 块体平衡理论计算围岩压力块体平衡理论计算围岩压力 一、概述一、概述 硐室围岩中存在由控制性结构面硐室围岩中存在由控制性结构面控制的局部块体，不适合采用前控制的局部块体，不适合采用前面的理论进行分析。这些块体不面的理论进行分析。这些块体不稳将导致围岩压力出现。稳将导致围岩压力出

33、现。（a）（b）（c）5.3.3 块体平衡理论计算围岩压力块体平衡理论计算围岩压力 一般采用块体理论计算围岩压力。分析步骤如下：一般采用块体理论计算围岩压力。分析步骤如下： （1 1）可动块体分析）可动块体分析：这是在工程地质调查的基础上，这是在工程地质调查的基础上，根据结构面组合及其与临空面的组合情况、结构面的性质根据结构面组合及其与临空面的组合情况、结构面的性质等确定出可能塌落滑动的分离体。可动块体可以是棱柱体、等确定出可能塌落滑动的分离体。可动块体可以是棱柱体、四面体、五面体、六面体等，甚至形状更为复杂。四面体、五面体、六面体等，甚至形状更为复杂。 （2 2）对可动块体进行受力分析）对可

34、动块体进行受力分析，包括可能受到的各包括可能受到的各种作用力，并进行荷载组合；种作用力，并进行荷载组合； （3 3）块体失稳方式判别及稳定性计算，）块体失稳方式判别及稳定性计算，判断各种荷判断各种荷载组合下块体的失稳方式，并计算块体稳定性；载组合下块体的失稳方式，并计算块体稳定性； （4 4）围岩压力计算：给定安全系数，计算稳定块体）围岩压力计算：给定安全系数，计算稳定块体需要提供的抗力，即围岩压力。一般与支护方式有关。需要提供的抗力，即围岩压力。一般与支护方式有关。 （a） 爆破、地震作用爆破、地震作用：震动作用的确切方向，目前还没有定：震动作用的确切方向，目前还没有定论。实际分析中，往往定

35、为临空方向、滑动方向或运动方向。论。实际分析中，往往定为临空方向、滑动方向或运动方向。 围岩应力，主要指切向应力。围岩应力，主要指切向应力。通过边界面作用于块体表通过边界面作用于块体表面。但是一般难以合理确定围岩应力。面。但是一般难以合理确定围岩应力。 阻滑面抗力。阻滑面抗力。阻滑面可决定块体滑动方向。阻滑面可决定块体滑动方向。 计算时，进行适当的计算时，进行适当的荷载组合荷载组合。（1）受力分析）受力分析 块体自重，块体自重，垂直向下；垂直向下； 锚固力，支撑力，锚固力，支撑力，来自于来自于锚杆、支架等。锚杆、支架等。 水的作用：包括结构面上水的作用：包括结构面上的水压力和临空面上的的水压力和临空面上的水压力。水压力。 以上合力决定了块体的运动方向。以上合力决定了块体的运动方向。二、可动块体进行受力分析及稳定性分析二、可动块体进行受力分析及稳定性分析（2）滑动方式分析）滑动方式分析 关键在于分析块体运动方向与接触面的关键在于分析块体运动方向与接触面的关系，并确定阻滑面个数。关系，并确定阻滑面个数。 直接塌落：块体运动方向不指向任一直接塌落：块体运动方向不指向任一结构面