两种岩石力学理论比较-地下空间围岩压力显现及位移例解

两种岩石力学理论比较——地下空间围岩压力显现及位移例解1两种岩石力学理论公式对同一问题的计算1.1地下空间及围岩条件水平巷道荒断面R0=190cm，埋深H=350m，γ=2.25，岩石单轴抗压强度б=32.9MPa，内聚力C=5.1MPa，内摩擦角φ=31.60，弹性模量E=1.47×105kg/cm2，泊松比μ=0.25。1.2按外塌陷角理论系统公式计算巷道有关数据б1=γH×350=2.25×350t/m2=78.75kg/cm2α=450-=450-=29.20бg=б1sinα=78.75×sin290=78.75×0.4848=38kg/cm2αs=arcsin=arcsin（52×0.5/78.75）=190бs=б1sinαs=78.75×sin190=78.75×0.33=26kg/cm2бx=бg-бs=38-26=12kg/cm2求地下空间围岩动载荷PP=бxSs=12×190×190×3.14=1360248kg根据公式σxSs=σgSg席求高峰压洪力辨点防r斤g璃=247骑cm损求压力平戴衡害点假r点n寿=269搜cm肠做地下空索间围岩动替压力分布瘦表：懂α锅r底б惯P狂19闭º炊190吐26活>0笑24柱º虫207坝32屯6.8×御10塑5嘴29蚂º轰247堵38客1.36碰×10裁6杜29咳º悉256威32始1.36贤×10职6尺29戚º场269屑26育1.36芒×10取6澡29贿º薪500睬4.4本1.36烟×10具6剂29永º嫌1000饿1.0宵1.36妥×10刷6侮29蚁º么1690桐0.3摘1.36位×10立6栋29疤º剩2190移0.2绩1.36穴×10辈6马29柔º穿3000盏0.1愚1.36脑×10营6态做地下空晃间围岩动发压力分布毙图：榨根据公颗式纷σ植p肯（望R伞n爱-R圆s延）料=毛σ免s奔（抖R判n闸-R密b件）讲求无支护前巷道半径士缩量豆（葬38+2奥6乞）奖/2叠×宗（木269当-19稼0隐）酸=26胀×最（伙269惕-R锣b璃）荐R扫b戴=172钞cm屈R怀δ英=R旷s浊-宜R死b择=190怕-172枪=18c倦m民允许巷道副围岩位渠移倍0c廉m纲，校3c际m塑，峰4c辱m泻，纱5cm值求巷道支央护强度爽σ漠p腊（覆R盗n稀-R符s芽）追=听（殃σ悼z怖+伸σ栏s辉）熔（脾R祝n捆-R酿b华）牵σ棕z剧=秩32钉×支（脏269-谈19符0脸）迈/恰（掩269-辱19脏0池）泻-26勿=6休kg/c牢m骨2坏σ盟z惯=筹6号，烈4.忠8蛛，兼4.夹5富，耀4.1乱1.李3榴按卡斯特肢纳公式计胖算巷道有厚关数据押求塑性区针半径吵R志p游=R目0梯[浊]洒=190须×肚[支]介0.45租4祝=190次×1.3锣2嫩0.45选4妻=190性×1.1烛34=2断15cm遭计算塑性道区切向应羞力亭б惰θ毛=Cco杠s杜φ零[汪]汉雅（筒4敢）眉=52弦×0.8忌536×绩[层-1]雨=44.足38透×2.2计=98k垦g/cm淡2甩计算塑性策区径向应省力鼠б裁r布=Cco侦s宏φ弦[升-1]相=52沿×0.8目536×份[酬-1]乓=44.婚38胜×0=0种计算弹性卵区切向径毛向应力篮б厕θ怕=P展0攻+配（籍Cco驻s取φ迹+P宅0核si皮n在φ滩）殖б否r丛=P己0护-党（绍Cco胳s击φ德+P摊0寨si挑n吨φ亿）缎做地下空颠间围岩应挽力分布表满：蹦φ佩r衬б锈θ哄б折r滑P侄0痛31.6焦º佛190叼98超0垒31.6抛º召207禾126芬9骨31.6榆º另215姜142伤14统31.6休º语247驳79.4孩78.岭31.6迫º巧256猎79.4座78.1骨31.6厨º巩269级79.3后78.2裂31.6愁º恨500掠78.9懒78.5疾8啦31.6巷º枪1000觉78.8辟78.7霸1丧31.6胡º普1690早78.8轻78.7厨3烟31.6址º摆2190仿78.7弱6相78.7舒4骑78.7胡5荡做地下空燃间围岩应域力分布图盏：爪计算巷道搂围岩位移更量炼G=宜=1.4犯7铜×10贸5促/[品2未（袖1+0.矩2烧5译）揉]离[5]追=588慌00初U散0艳=戚（效P萌0戒+Cco迅s束φ侵）颜R蹈2理p怒=蚁×[1汗/冻（盖5880秩0×19横0贺）必]棉（英78.7完5+52势×cos筑31.6全0违）敞×215犬×215肠=2.3谷4牵×10改-8刘×123猪×215抽×215垫=0.1锐3cm钳计算巷道班支护力健P眉1泳=嗓（新p创0误+Cco级s唤φ疑）俊（偷1-si削n米φ没）市-Cco悲s个φ期P鸽1悉=蜂（丈78.7煎5+44察.3招8彩）纠×0.4分76园×尖（伤）律7.16敲-44.药38说=58.掉46盈×含（驾）窄7.16药-44.表38旱将塘R烧p嫂=19半0恋，燥19江3偿，勤19根4泪，千19问5孕分别代入飘上式得绞P式1挣=1舒4拌，党8日，络6饰，混4扒。讽4微分析两种题解题结果积4.舒1凭两种题解污结果探卡斯特纳俭公式围岩哪塑性区与漠弹性区分肾界踢点胖R词p熄=21府5泥，切向应睬力朋14健2灰，径向应获力仓б至r仰=1咏4误。围岩塑朽性匆区商25c胸m些。径向应捆力远小于烫岩石黏结部力，围岩狡没有变形匆的可能，炕与计算围反岩位移结鉴果相一致戒。外塌陷萄角理论系画统围岩塑焰性区与弹兄性区分界腔点顷r产n笛=26车9诱，动压力待б或s滋=2冬6盛（始动压抚力、岩体宰黏结力）道，围岩塑背性国区粮79c许m腔，巷道围猛岩内毒缩朝18c塘m虹。两种计消算在巷道降围岩显现蝶压力、塑的性区范围脖、围岩移柳动束量辛3何个方面差赔距极大；攀有羡2滩个方面大云体一没致络—鸣—殖在尚r=21饶90c扣m伪处采动压阁力基本消岸失，岩体建回复到原党始应力状被态；对巷僚道施倦加仪4kg/像cm焦2庄支护力，史可以控制粘巷道围岩拣变记形概5c权m安。歇4.穗2伴外塌陷角赴理论系统尺参数选取聋有依据、班计算过程妹简明合理屈、结果准炭确。炼本例题基笑础数据来配源于权威顶部门的测般试报告。掩外塌陷角却理论系统辰外塌陷饱角负α兄和始动压芬力蒸角两α奏s乖的转换结稳果有文献欠和测试依捎据。计算团过程从公析式和图表盈可以看出当：动载荷赢计算有依粉据；地下良空间围岩崇内边有始地动压感力绍б岗s于（岩石黏主结凳力盒C发的折算力注）；由于评空间切割施产生的动朗载轮荷厘P晓主要分布嚷在放r=19典0梦—阁26斩9哲的压力集鹿中区；（熄无支护）书动压力重挠新分布，桌围岩变财形猛18cm蠢消耗掉压借力集中区因的动载荷态，地下空哲间围岩动盛压翻力朵б哪从样r=26怒9婶处逐渐减棵少，凳从宴r=21瞧9饿0哥以远回复腐到原始应剩力状态。累4.改3授卡斯特纳劝公式计算画结果存在浩的问题赶地下空间什围岩位移熄量只有诵0.13醉c年m逗。是完全元不可能的尼。非在抽f=陪3饼的软弱岩树层不可能弦，技在悦f>徐8贩的巷道变勉形量也不锁会如此小掉。犬在逆R刻0势=19谁0车处的切向漠应力接近颂岩石黏结片力归的模2鄙倍，如果田视岩体黏钥结力为岩球石黏结力片的刮1/眨2斥，切向应羽力是岩体共黏结力仅的塌3.泳8铜倍，围岩闹是要迅速稀破坏变形扭的。竖切向应力春不会作功男这一点是骗正确的。国切向应力斑是会向径挨向应力转杆化的。不韵明白这一详点就是典获型的形而赔上学和教金条主义。轮渔民都知抢道利用南认北风使帆苹船向东西犬行驶，这廊就是将径优向力转化女为切向力抓。厨师抻丧面用的是甚拉力，擀耗面用的是振径向压力隙，都能做慎出面条来记。这个道撞理是小孩赞子也明白点的。如果舟把围岩变形成面团介，上б爱θ被=98k林g/cm攀2请的切向应共力挤出来脸的面条能部击穿人的舅脑袋。本壶例题岩石帜单轴抗压隐强凯度枕б奶=336蹈kg/c础m瑞2佳，岩体抗饼压强度小政于岩石抗照压强度，亭应该萝在隆б呈=6易7臭—示33kg鸦/cm命2混之间，在训塑性区桂有庙б拴θ弓=14拦2久—服98kg毫/cm葵2垃的切向应叮力，是一伯定要转化贼为径向应吓力使围岩轻移动的。自4.凡4老外塌陷角授理论系统仿的优越性矛首先是外劣塌陷角理雄论系统把索岩体原始型应力和地随下空间围装岩显现压舟力进行区也分。相同敌埋深的岩映体的原始鼓应力是相婆同的（忽誉略岩石容妈重的微小梨差别），批而岩石性由质的巨大拉差别，使蛾相同埋深六的地下空架间围岩压傻力显现有罗巨大差别装。外塌陷梳角理论系厨统将围岩盐显现压力柜划定在高忍峰压伸力律б讯g狭和始动压阿力毒б门s掌之间。这嘉种方法适咸用于所有劳条件。肚其次是外跳塌陷角理竟论系统克殖服了实验早室试验参崭数与地下包岩体力学宜性状的巨员大差异，矮大大提高较计算结果挺的精度。弓一般岩石缸力学教科情书认为岩册体强度是弯岩块强度倾的膏1/奋5婶—搞1/1斤0碎。用实验健室得来的第参数进行嫁地下岩体矩力学计算口，是氧用健1/星5订还绞是质1/1朱0度？还有，醒试验弹性乱模量和美泊松比如这些参数伪与岩石强耽度没有准别确顺序对敢应关系，谁用这些参持数进行地混下空间围捉岩压力计歼算，不易体得到正确匹的结果。渠外塌陷角兆理论系统怀只使用一烤个参匹数我α绵代替所有育岩石试验豆参数。因层为这个参荷数来自人痛和大自然夸合作实些验出—胡—杨岩体在自拍重力作用板下断裂，搅强度大的烘岩预体蚀α勿角小，强律度小的岩石体考α念角大。罩第三是建秤立岩体始诱动压力的傻概念。原沫始应力再该大，也不查一定压坏座地下空间破。当始动鼓压力（在炉这里应该得叫应力或进内聚力）微高于原始凶应力时，得地下空间慌不需要支号护。岩石材力学要研烧究的主要泊对象是高含于始动压召力的显现脚压力。桨第四是外趣塌陷角理问论系统运光用能量守久恒定律这嘴个物质运志动、能量挨转化的普觉遍真理来饮解释岩体猎运动现象搏，比其它买仅在力的检范围研究筛岩石力学信高了一个未层次。从北公早式挨б湿p玉（名R坝n告-R两s望）娇=础（降σ鼻Z射+侍σ达s片）婚（扯R帆n凉-R菜b站）看沈，谈б肥p泉（交R斧n尝-R表s苗）是总能胆量动，围σ丸s迷是岩体自娘身抵抗力悬，底σ灾Z酒是支护力袖，酬σ碑Z扶和朗R杜b切是同时变校大同时变全小。人对臣地下空间港的支护强埋度和岩体异的扩张力鱼形成你进辱我退你退呼我进的等旋量关系。蹲第五是外徒塌陷角理止论系统具雁有兼容性奇。外塌陷暂角答α霞=90邪0芹—绞0勾0辜的变化能枪解释所有危堆积物、腥沉积物因飘自身重力辱产生的力挪学现象。栗弹性物体照包含在这命个范围之触内。因此醋，外塌陷主角理论系堵统与以往支弹性岩石耳力学取得丸的正确结亦果具有兼鞠容性。本财例题中：策外塌陷磁角潜α始=45脚0尽-恨φ猛/老2栋、始动压怀力干角览α巴s指=arc限sin伐[老（瘦c/双2拾）膜/尺б僵1六]绩与摩尔强缴度理论中愁的内摩擦音角漆φ挺和岩石内姓聚芳力切c民具有等量劫关系；将琴所有岩石英按门f简系数分酒为触1度5遮个等级，奇如果做试撕验，能得铲到天文数兄字般的各泰种参数，诱外塌陷刊角药α钱和始动压扯力汪角锹α虫s毫可绪与粗1申5论个等级岩躬石建立一唐一对应的鱼关系。店第六是外胜塌陷角理辛论系统一沫般不分析杜切向力和式径向力的父差别。这令既反映了已与常识的歉一致性，轨也体现了朝高层次的异哲学思想急。整个宇每宙中的力显只有一个商，即保持胀物质状态妥和改变物酿质状态的纹能力。各杯种不同表束现形式的纷力都是可五以互相转气化的。地蛋下空间围萌岩的切向续力和径向轨力都是原脑始应力的秀次生力，游实际上是助一个东西蕉。象一盆忘水，不同洗的人看有恶不同的影嫁子。人往议高处走，亮水往低处蝶流。地下替空间围岩闹的不平衡止力，不论尼是切向力逮还是径向北力，都要讲使岩体向孕空间中心成移动。担4.俘4旺包括卡斯霸特纳公式帜在内的其垂他弹性岩收石力学理祖论的缺陷根首先是现插有岩石力定学都是建梅立在弹性思理论基础迅之上来进屠行数理推动导。公式旋都能成立专，结果很溪难正确。偏所有材料搭都是要求寨在弹性极脖限内使用友，钢筋拉倍伸到一定锄的塑性变疼形状态以羞提高强度被是例外。老而研究岩梢体性状最幼主要的是计研究大量分塑性变形帮后的力学艺行为。如办果仅仅知谣道岩体在疤弹性范围寒内的力学紧行为，地拳下空间不驾需要支护似，岩石力衔学研究内兄容就去掉第一大半。盆其次是在寻岩石力学愁研究中存炊在概念不筒清楚的问押题。应力烫和压力的背界限不清刺楚。查辞渠海说：棒“馒物体受到做外力作用走时，内部辛产生的对胡抗的走力丧”载叫应力捕。外“范物体由于盘外因（受杜力、温度捕变化等）饼或内在缺溜陷而变形终时，在它蒙内部任一味截面单位浙面积上相莲互作用力希。同截面燃垂直的称呆为正应力锋，同截面以相切的力印，称为剪呼应力或切阶应力抢。济”赚这种两种辆定义讲得呼很准确，盏但是很麻旱烦。我认妥为，在岩慢石力学中讨，作功的俩力叫压力演（拉力）路，不作功置的力叫应钩力。应力挂是压力的萍源泉，但砌应力不转璃换成压力理，不会作搬功，我们控完全不用路理会它。谁很多岩石听力学理论贞讲得头头促是道，就墨是不能进哈行准确的坊工程计算骄，原因是崭把应力和床压力搅在拼一起，越挪搅越乱。国第三是岩萍石试验结粥果与岩体荡受力状态毕存在巨大层差距，是