围岩压力的确定

关于围岩压力的确定第1页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三Contents概述1围岩压力的确定2第2页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三围岩压力的确定§1.概述第3页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述1.岩体初始应力状态：自重应力构造应力地下水压力温度应力原岩毛洞稳定洞室开挖支护第4页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述2.围岩压力引起地下开挖空间周围的岩体和支护结构变形或破坏的作用力。狭义理解：围岩压力是指围岩作用在支护结构上的力。围岩压力地层对洞室的作用力广义：包括有、无支护时的压力狭义：仅指对支护的压力第5页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述3.围岩压力按作用力发生形态分为：⑴松散压力⑵形变压力⑶膨胀压力⑷冲击压力第6页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述3.围岩压力按作用力发生形态分为：⑴松散压力常通过下列三种情况发生：①在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩石；②在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧片帮冒落；③在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿弱面发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。第7页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述3.围岩压力按作用力发生形态分为：⑵形变压力是指由于围岩变形受到与之密贴的支护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。形变压力除与围岩应力状态有关外，还与支护时间和支护刚度有关。⑶膨胀压力：

是指由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力。它与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起的。

第8页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述3.围岩压力按作用力发生形态分为：⑷冲击压力：

是指围岩中积累了大量的弹性变性能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量突然释放所产生的压力。冲击压力是岩体能量的积累与释放问题，所以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩体，在高地应力作用下，易于积累大量的弹性变形能，一旦遇到适宜条件，就会突然猛烈的大量释放。第9页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述4.影响围岩压力的因素：（一）地质因素1.岩体初始应力状态2.岩石力学性质3.岩体结构面4.地下水等（二）工程因素1.施工方法2.支护设置时间3.支护本身刚度4.隧道断面形状等第10页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述5.围岩松散压力的产生

开挖隧道所引起的围岩松动和破坏的范围有大有小，对于一般裂隙岩体中的深埋隧道，其波及范围仅局限在隧道周围一定深度，作用在支护结构上的围岩松散压力远远小于其上覆岩层自重所造成的压力，这可用围岩的“成拱作用”来解释。通过一个在水平成层的围岩中开挖隧道的例子，来说明隧道开挖后围岩又变形到坍塌成拱的整个变化过程。第11页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述自然拱第12页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述5.围岩松散压力的产生⑴隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中，顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹，可视为变形阶段；⑵顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结构面切割等原因，逐渐转变为松动，可视为松动阶段；⑶顶板岩体视其强度的不同而逐步坍塌，可视为坍塌阶段；⑷顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面形成一近似的拱形，可视为成拱阶段。第13页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述(a)变形阶段(b)松动阶段(c)塌落阶段(d)成拱阶段第14页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述6.自然拱的范围的大小除受上述的围岩地质条件、支护结构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态外，还取决于以下诸因素：⑴隧道的形状和尺寸（拱的范围）：隧道拱圈越平坦，跨度越大，则自然拱越高，围岩松散压力也越大；⑵隧道的埋深（成拱的必要条件）：实践证明，只有当隧道埋深超过某一临界值时，才有可能形成自然拱。习惯上称这种隧道为深埋隧道，否则为浅埋隧道。由于浅埋隧道不能形成自然拱，所以，它的围岩压力的大小与埋置深度直接相关。⑶施工因素（对围岩的扰动程度）：如爆破所产生的震动，常常是引起塌方的重要原因之一，造成围岩压力过大，又如分部开挖多次扰动围岩，也会引起围岩失稳，加大自然拱范围。第15页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述第16页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述第17页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§1概述地层负温度第18页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三围岩压力的确定§2.围岩压力的确定第19页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定1.围岩压力的确定围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：●直接量测法●经验法或工程类比法●理论估算法第20页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定1.围岩压力的确定围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：●直接量测法：是一种切合实际的方法，对隧道工程而言，也是研究发展的方向；但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍常用。●经验法或工程类比法：是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的方法。是目前使用较多的方法。●理论估算法：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多，企图建立一种完善的和适合各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的。第21页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定2.深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法)（1）深埋、浅埋的判别

隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法不同，应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。HP=（2~2.5）hq(式1）HP——深浅埋隧道分界深度（m）；hq——荷载等效高度（m），按式2计算hq=q/γ(式2)q——用公式①计算出的深埋隧道垂直压力（kN/m2）；γ——围岩容重（kN/m3）；在矿山法施工的条件下，IV～VI级围岩取HP=2.5hq；I～III级围岩取HP=2.0hq。第22页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定2.深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法)（1）深埋、浅埋的判别深埋隧道围岩松散压力值是以施工坍方平均高度(等效荷载高度值)为根据，为了形成此高度值，隧道上覆岩体就有一定的厚度。根据经验，这个深度通常为2～2.5倍的坍方平均高度值。第23页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定3.围岩压力计算方法（一）统计法—我国《隧规》所推荐的方法：式中：γ—围岩容重；

hq—坍落拱高度；

s—围岩级别；

w—宽度影响系数，由w=1+i（B-5）计算：

B—坑道宽度，当B＜5m时，取i=0.2，当B＞5m时，取i=0.1。公式①第24页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定围岩级别Ⅰ、ⅡⅢⅣⅤⅥ水平均布压力0＜0.15q(0.15～0.3)q(0.3～0.5)q(0.5～1.0)q表1围岩水平均布压力围岩水平均布压力见表1第25页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定公式适用条件：●适用条件①H/B<1.7，式中H为隧道高度；②隧道开挖跨度小于15m。；③不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道；④采用钻爆法施工的隧道。第26页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定据统计，围岩垂直松动压力的分布可概括为4种，如图：围岩竖向松动压力的分布图形经验公式仅针对图中第一种情况。第27页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定第28页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定（二）普式理论散粒体理论：岩体被节理、裂隙所切割，视为散粒体。普氏系数f(岩体坚固性系数):岩体坚固性系数f的概念：f—是一个以岩体强度为主的指标，兼顾抗钻性、抗爆性、地下水等性质。第29页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定（二）普式理论前述自然拱概念最早由普氏提出：

自然拱的两种形态第30页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定①坚硬岩体:②松散破碎岩体：式中bt为隧道净跨度的一半；Ht为隧道净高度。一般来说，普氏理论比较适用于松散、破碎的围岩中。第31页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定（三）泰沙基理论理论：散粒体理论。◆假定：破裂面为折线—OAB◆方法：研究微分条带dh的平衡。第32页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定◆步骤：1.ΣV=0，建立微分方程2.边界条件：3.解微分方程，得：4.讨论：⑴当埋深h达到一定程度时，σv

为恒值：⑵取侧压力系数k=1，则有：第33页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定4.浅埋隧道围岩松动压力的确定方法1）当埋深（H）小于或等于等效荷载高度hq

时（1）垂直压力q=γH式中：q——垂直均布压力（kN/m2）；

γ——隧道上覆围岩容重（kN/m3）；H——隧道埋深，即隧道拱部至地面的垂直距离（m）。第34页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定4.浅埋隧道围岩松动压力的确定方法（2）侧向压力第35页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定4.浅埋隧道围岩松动压力的确定方法2）当埋深（H）大于hq

而小于Hp时；采用松散介质极限平衡理论进行分析，即：围岩松动压力=滑动岩体重量－滑面上的阻力。浅埋隧道荷载分布示意图第36页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定第37页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定第38页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定5.围岩压力的现场确定实测围岩压力的方法很多，可归纳为两类：◆直接量测◆间接量测●直接量测：主要采用压力盒、压力传感器等，压力盒按工作原理分为机械作用式、电测式和液压式等，目前使用较多的是钢弦式压力盒。第39页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定第40页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定第41页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三§2.围岩压力的确定第42页，讲稿共47页，