岩体天然应力与洞室围岩的应力分布

第五章岩体天然应力与洞室围岩的应力分布

Chapter5EarthstressandstressdistributionofTunnelSurroundingRock学习内容→

垂直应力与水平地应力的特征，自重应力与海姆假说，岩体天然应力与地下、地面工程的关系和影响，应力解除法、恢复法、破裂法。学习对象→

岩石应力场、垂直应力、水平地应力、海姆假说以及岩体应力测量。学习目的→

理解和掌握有关概念，特别是掌握应力解除法、恢复法、破裂法。掌握垂直应力与水平地应力的特征，自重应力与海姆假说等。学习提示

LearningHints§5.1概述5.1.1概念

天然应力

指在天然状态下,岩体内部存在的应力，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力（构成：自重应力+构造应力+…）。

由于人类活动（工程开挖，修建建筑物）影响一定范围的天然应力，这种岩体被挠动后的应力称为“重分布应力”或“二次应力”

地下洞室二次应力＝天然应力+开挖附加应力。

二次应力§5.1概述5.1.1概念§5嗽.殖1概述5.接1.数1概恭念5殃.胸1厅.耻1概仙念天呢然借应殿力裤的关表要示§5.馅1概述§5举.掉1概述5.虚1.辅2形成背因素影响死岩体怎天然续应力早大小首和分码布规速律的独因素债很多邻，主叹要有铜岩体炮自重隶（自貌重应葬力）滴、地志质构漏造运蕉动（鼠构造澡应力和）等菜；此找外，波成岩浑过程祝中的洁物理注化学风变化是、地维形地夕貌、懒地温佛梯度贼岩体名特性斗的等四均对嗓岩体朋天然峡应力莲有不臣同程郊度的捕影响插。§5.浸1概迁述5.捡1.求3研究给岩体初天然淡应力江的意淹义2狗.坝基掀：二姨次应春力场滨＝地柱应力+开枪挖扮效裕应+建商筑殿物捏附质加闭应胶力祸场边拜坡涝开电挖满：坡研面茧回僵弹只变获形→坡体猛二次酿应力裹＝地姻应力+开挖嫁效应←释放退荷载稳定纲性评愤价：忽刚体墓质量赔消失墓基于觉应力爽的强培度分悼析3.地下玩洞室疾：地挡应力矩，围板岩稳为定分缝析（商围岩任的变掘形、搏稳定敬）的只基本锈荷载偷（力胡源）.二锅次永应累力分＝报初纲始播地母应管力+开挖孕效应爪附加钥应力颗场§5大.龙1概述5.甲1.追3研素究炮岩胳体灯天算然稍应汽力仆的宝意蠢义地应启力与颂地下拴洞室握的关假系纵哪轴梁线京与σ1近分于剩平玻行况（裳二疗滩真尾寨水绩洞质崩块塌迹；替甘汉肃并金源川众隧骂洞饼）水蒙平溪应默力昼与碰垂送直晶应奏力内比旨值蝇与无体夹形年关剂系σz＞σh：束高送度舒大垫跨签度皮小(自扑重闻应睛力可为爹主)，烂近趴似离椭圆圆敲形刘；σh＞σz：传高始度欠小升跨简度再大(构律造雾应该力努为理主)，话近伪似勿椭冬圆熔形抖；§5户.距1概雨述5棋.民1虑.争3研究篮岩体全天然蚀应力黑的意疮义地奶应如力糖对丸工着程亏的浸影环响我国污二滩海（玄臭武岩朴），州美国森大古得星（践花岗抖岩）炕坝基钱开挖→像巷剥笔洋娇葱转头贝一池样疾，杆剥痒了破一平层满又茎一光层轿。处李理徐方眼法臭：鸽迅评速胁浇陪注羽砼崭，裙高嫌压隆固爪结去灌即浆岩仔爆逼：辟在研高坦地苹应孙力筛区→洞室冲开挖→弹性雁能释盘放伙大誉的岩点块坠逆落，弃小岩叔块弹捧射（太香平驿秤水电附站）§5猪.蹦2岩态体猜中股的夫地捕应谈力启分后布5限.信2头.恶1自重舍应力讨与海尝姆假抹说分吐析朵世论界株主里要滩地康区恳大窄量姐的产地容应主力浑实宇测须资转料念表洁明颗，幻玉在错深沫度扇为2只5～2千7业0将0尾m深度泊范围忍内，迫垂直盖地应闹力σv基觉本速等加于樱上辰覆锯岩后层伴重切量扛即σv=γ部H。岩查体扛中蛋水雀平趁应感力短的膏分转布篇和夏变晓化肺规灿律谎，暖是狡一库个槽比爱较敌复撕杂港的但问惹题范，辩根贡据曲已得有管的房诚实躬测饺资炉料叛来搏看照，磨岩窑体险中葡的暂水陶平叙应睡力寇，窑主胀要纷受荡所鞋研远究谋地慨区狡现沙代皇构蜘造型应签力毙场雁的舰控见制色，赞同督时罪，材还开受桨到尿岩防体占自道重伟、价侵寄蚀誉所恭导苍致就的湿天狂然膨卸扶荷碰的陶作腿用旱，味现横代穿断碰裂踢运糠动合的病应英力粮释错放睬和乒应宋力牌调浙整及作理用个，明以芒及淡岩开体蒜的宽力塔学瞒特果性巴等膛因永素防的螺影臂响袖。5死.范2娃.叔1自次重馒应盐力链与垮海泛姆锄假垂说对于捕没有肥经受画构造臭作用阶、产靠状较反为平冷缓的扰岩层著，它仪们的利应力吐状态丈十分掠接近碍于由劝弹性库理论报所确强定的油应力匹状态谢。在饥深度z处：§5.刘2岩体饮中的评地应仔力分逮布铅燥直冈应霞力津：水平伞应力艰：自衣重拼应窗力静寸止锤侧户压聪力佳系旗数当K0＝1膨(即μ桂=跃0托.辱5降)，医出宾现临水茎平曲向闷应蜘力近与蕉垂饼直扰向昏应衔力戴相息等烂，写此耽为享所洞谓尖的萄静滑水烟压亿力畜的决情贪况扰。5.付2.映1自重阀应力婶与海玻姆假老说§5耀.位2岩体况中的颜地应慌力分天布海硬姆隐假妖说海姆钢假说狂：在总岩体宜深处驴的初若始垂洽直应惕力与症其上弟覆岩拍体的艳重量菊成正尘比，巩而水卸平应运力大派致与闲垂直阻应力抚相等睁。§5演.勾2岩体趴中的严地应沟力分芳布5.耗2.嚼1地应察力分吓布规超律三参向串不演等柴压酿的芒空榜间柏地润应盗力浅场络，楚其埋大穷小外和亲方垃向研随党时脸间忍和超空撑间忌变砍化;垂直惊与水颈平应秃力的国关系垂直鹊应力凯σz，主间要受琴上覆沿岩体鹊自重虎形成。水洒平应骄力藏σx5宰.角2刷.袖1地武应席力器分仁布比规露律水平应力街σx岩卡体杜中党的志水返平寸应蔑力宵，桑主含要驻受格所曲研抽究决地嗽区傻现张代谷构猪造心应讽力带场晓的厦控梳制年，戚同险时辰，碗还匙受右到口岩症体唇自侮重价、酸侵俊蚀柳所书导英致体的汗天渔然隐卸摇荷焰的拥作驱用跨，更现配代曾断锦裂朝运魔动贯的捕应编力抛释司放赵和闸应象力饺调毕整域作辱用降，象以斧及琴岩条体蹲的蓄力访学宗特斤性歉等识因酬素材的魄影鞭响削。§5.绩2岩牙体羞中锡的举地掩应膝力牢分密布水平消岩层5.悠2.摧1地饮应病力傲分但布单规想律水平应籍力乱σx岩肉体皂中刻的付水费平职应香力蜻，睁主状要蔬受件所赖研倒究幸地础区者现同代振构贪造叨应旋力转场况的盐控附制料，元同尼时姥，针还劲受蕉到碰岩宁体袋自寄重附、烂侵述蚀孩所搂导纸致哄的岩天俯然悦卸饱荷燃的涛作劝用吐，驻现缝代分断性裂暮运圾动度的男应斤力尝释策放年和艺应阅力扶调嚷整弯作钱用溉，女以债及杏岩尊体纹的驾力盟学慕特蕉性羞等利因仇素树的秋影尼响暖。§5.钉2岩周体泥中准的堂地臂应吊力视分访布河谷老（4个分牌区：栗应力茅松弛拒区，骗过渡胃区，黄平稳炕区，乱集中主区）岸哑坡义：σ1//坡岸驼，σ3⊥岸坡文谷武底：σ1水爸平船，σ1=硬σh＞σz（应迅力集头中）5.饿2.薯1地氏应某力酱分真布爸规净律§5.唱2岩体磁中的认地应快力分撕布5餐.谷2掘.草1地应撕力分哨布规循律水平应力寸σx岩逐体牛中术的托水绪平妹应仙力抗，盟主浙要贡受笨所铸研时究甚地领区淘现援代扁构搞造裁应需力课场段的龙控纵制惭，哲同捷时忠，刺还菠受府到劣岩跪体熟自则重康、沉侵稼蚀驱所匆导绵致丑的阵天忠然稀卸冈荷学的边作屑用昨，哄现虎代颜断展裂秆运逝动氏的荡应能力将释恒放亮和纹应帝力者调请整贩作响用恐，丸以贴及桂岩昼体绣的伐力造学尾特犁性修等笼因价素载的培影酬响壳。§5吧.誓2岩体妈中的笛地应仪力分趟布水平盘向地离质构记造+自重σ1/帅/主败要均构科造盛方衣向漠，伞且σ1＞逆＞σz若μ＝0腰.挨5闯k0=1监σh=惜σz静水锯压力回（海么姆假韵设）§5.拦3岩体串地应滚力的绸量测现场面岩体计应力统可以蜘在钻栏孔中说、露什头上甲和地脾下洞内室的励岩壁绒上测鲁定，野也可屠根据残在地狸下测摧定的蕉位移客进行问计算庄。目城前比常沈用愉方哲法蹲是钻孔落应力海解除钻法，应力咽恢复伐法和水彻压示致走裂惠法三宏种。§5赴.倒3岩默体江地值应胡力菠的洋量未测5.廉3.谈1现枪场甩量扰测应力北解除卖法孔径酱变形脆法基本推原理冠：（凑共同怎点）泳通过愧解除背岩体毙中应云力→量测列孔径摘（孔墓底、盲孔壁港）变器形（限应变衰）→利秃用贿弹执性雾理竞论→反垃求裤外玻部泪释剃放雾应亿力警（域地踢应依力蔑）孔材底惰应泼变朵法孔纱壁访应蛛变稀法5椅.道3纵.烛1现场说量测应力劳解除滤法①孔径哥应变匀法程庭序衡：a：营用1壳3艇0腔m检m钻浇头它钻械孔电至掩预旨定仁深翁度赢；b：用3怖6自m翅m小毕钻房诚头腰钻合孔h＝2帽6～3皱0卷c盐m，孔铅底磨侄平；c：安份装孔芒径变胃形仪跌；d：每安导装1盐3选0倒m痒m空侦心睬钻唇头腿套颈钻e：凝折养断呀岩似芯C卸A萌S早E扎1假定扫钻孔益方向/生/驻σ3§5每.劲3岩体诱地应讯力的你量测5石.乐3封.迫1现场疫量测应力后解除虎法①孔径顿应变兽法采用模三孔趴交汇夜方法上：每清个孔俱（与尘钻孔指轴线加垂直刃平面吨内）抵：交两个美正应键力，虽一个厦剪应贯力（父三个韵分量）娇三个己孔：3×讨3九按个崭方言程危联迹立撤求弓空某间谱主名应钉力真（6个独衣立未盒知量炭）CA犁SE阁2若钻谜孔方态向不毒平行霉于σ3§5.肌3岩绝体促地厌应界力悉的筋量怕测§5.捆3岩体限地应陷力的荐量测5.解3.束1现场捞量测应胃力扶解施除截法②孔甲底胁应迫变闹法量杠测a、b面新内悦，祖在伯套蚊钻夺过英程捞中慕产粘生促的板应异变→孔底辩主应败变→主应弱力5歉.听3阔.子1现场猫量测应力迫解除宽法③孔壁剃应变逝法§5译.垄3岩熄体感地擦应拥力熔的湖量征测孔壁汪应变那法是旧只需筝在一蔽个钻半孔中锈通过映对孔兼壁应写变的棍量测宫，即档可确雾定岩搞体的冈六个获空间睁应力歇分量炼。（蔑套机钻→解卸除泡应获力→测买孔缎壁栏应寨变右（瓦初圣）→推算P释放挑应力南）5.腾3.童1现布场嗓量料测应早力丛解杀除博法③孔壁辜应变拖法§5.修3岩奏体须地茶应尚力威的烂量笛测设钻光孔前离岩体唱中有纽奉六个丧应力倍分量祥，若巴在弹毯性岩神体中预钻一饮半径疗为r0的圆爆形孔蠢则钻狭孔附斤近应叫力不孝再保收持原处来的淡状态哗。孔伪壁柴上德坐炉标拥为r0，θ，Z的任想意一碎点，霞孔壁录上的垦这些典应力亿可以絮通过购钻孔钻前岩还体中雅的六都个应花力分亡量表仆示如虾下：5.仅3.帆1现家场汇量莲测应敬力经解聚除望法③孔欧壁泥应亲变酬法§5腊.币3岩紧体麻地菊应仙力逃的坟量村测在一梁个测隔点三核个方虽向测视试应增变：切向(婚θ弄=背π明/独2垦)壁+轴向(θ盘=0栗)+4信50方向(θ=弊π/碍4)根据胁应变物换算青成应坦力。计算出的地应力5.君3.梁1现矿场夕量页测应季力失解绑除野法③孔堡壁答应鸟变巨法§5针.厨3岩体生地应航力的折量测采用铲孔壁帽应变你测试战法测扇定岩今体的耕三向纸应力霞的具衫体方叛法是顾用钻毕机钻国孔，转钻孔检需测前定应险力的厅深度钻孔梳底面附用金饿刚石跌钻头蓄磨平茫后再锄用小走的钻虏孔自走孔底竭面沿肌孔轴基方向拘继续黎钻一魂深度肚约为45布cm的小蓄钻孔滔。在小鹊钻孔递的中撒部孔策壁上暖选定躬三个傻测点埋并在生每个诊测点容上按区前述虏规定渴方向僚安置换三个踢应变并元件继。此糕时读命出各尖测点源的应部变计橡的初蓄读数泛，最定后睡再住选德用槐适湖当盆大暮小没的因钻都头辨在躺小垂钻社孔失外洗围柴进傲行刷套成钻梳并寸取羊出序岩挂芯弟。屑此畅时锅再云读趋出锦完蜘全咏解减除识了枯应单力席之窜后尤岩据芯饮中瓶孔喂壁失各肾应柄变孝元茂件视的姿读梳数明，偿然输后甲用教套姐取昼岩湿芯绘前品后场应铸变处元片件山读绝数雅之目差异，问按获公司式个计脸算浓岩虾体虎初裹始抢应迈力蚂。§5并.桌3岩体蒸地应汪力的舍量测5贷.高3瞒.始1现俯场终量柳测应位力延恢巷复董法在量谈测部叮位→磨平→贴应串力片→初始爷读数伟；开挖笑（沿腾与待镇测主恨应力罗垂直添方向丽开槽枝）→地应炼力释计放→应变梨增加棋；利锯用谢扁贤千援斤瞧顶原反漠向折加妄压腿（助应毅力烫恢润复愧）→使应止变读偶数恢洽复至躲初始坐读数盾地珠应力之＝反宇向油山压特点割：适绍合浅绸表部盘，当阅非主再应力突面（径存在τ影响栽）和途加载σ～ε与σ～ε卸载悦不同孔时，熄误差摸！！§5.留3岩畜体御地虫应青力毒的答量绞测5传.浮3屯.农1现场叼量测水携压旗破淘裂尼法水丑压顽破尾裂斥法聚是免二荷十披世规纪悼七畏十饺年愁代荣初趁期旬从徐石尿油财钻印井命探铸采敌用号新伙技衔术庸借训用拨而涝来刚的蜜测田定批深景部佳岩挪体叉应阀力舌的泳一茎种他方暖法容。浮它堆借演助雪于羡两挠个覆可祸膨艘胀逼的财橡题胶投塞魄，设在染需映要露测朗定晃应测力绍的陶深涂度放上斜封贼闭联隔饥离掏一勿段犁钻章孔诞，胜并片用最水沾压贷方找法优对宇被纠隔孤离诱段宗孔克壁仙施苗加倒压竭力茅，姐直饮至压孔扭壁及岩泛石阿受训拉渣破折裂涨，辛最率后恒根投据蛙破届裂先压率力世、律封故井拴压妻力拣以吹及必橡壁胶俩塞亮套挥上哗压惜痕笨的沉方砌位怀，汽确牙定狮岩汉体狐天征然察主洪应湾力掏的凡大阶小参和被方交位蛾。这肃种饥方暂法判最威早些是善由够美摔国极学价者8等程提盐出套的汉，H梳a愧i边m旋s振o爬n教迅授斥也专是徐该枪方冈法捷的拔理蔬论屑与歌实桥践伸的发有毕力盟倡糊导柔者尖。§5.或3岩律体妻地胞应全力沿的孙量拨测5意.轧3辱.口1现场蜻量测水跟压辟破舱裂搞法§5劳.绍3岩吼体彩地欢应堵力坊的俗量侍测5认.着3继.设1现场锈量测水纵压剥破迷裂量法1、基撤本原啄理对跑测膝试案段雪钻淹孔窄用帆特思制梅封仅隔仍器宿密黑封串起谢来父，邻然碑后愈对芽密浮封假段焦加盗高渡压炒水少直趣至超孔姥壁炊岩舱石播产贩生廉张竭裂她隙削。允根雾据春裂庆隙我的扇方叉向测及边泵碍压刚的象大钞小葵分拐析聚确诸定旦原因岩稳的榆应厕力胳状观态唱。水压致裂装置封隔器钻孔高压水2、益基川本嫁假蚀设（1）瓜一壁个封主程应隙力饼方梢向侦是汉垂楼直苏的其，势其胆大因小驾等丈于脸上贡覆拖岩地层拿的息自控重陵应奏力窝。锤而绸另矩外刺两或个瞒主敲应颠力示是芹水德平糕的判，厕且皱破服裂们方雪向涛垂跌直销于齿最枯小弯主割应靠力豪方粗向殃。呢即悼钻毕孔学方屑向稀为缺某秩一叛主愈应侧力狐方洽向另。买（2）死岩觉体尿是舞均找质吨、锯各前向皂同摘性跃的狮线棍弹骑性搞体栗。§5.乓3岩来体骂地躁应磁力轨的离量霉测5.滚3.朴1现场优量测水压县致裂发法§5.较3岩融体侨地品应杯力般的梅量妹测5戒.悼3召.刻1现抓场怪量壁测孔隙万水压沃力Ps关载闭旦压混力Pic搅2使敬裂册缝足重浸新恼张座开蒙的压力pi烫c林1孔垄壁咱岩订石义破雾裂术压商力（a）坝裂沫缝器沿铁轴宋向念产痛生摧和尽延惯伸（b）裂溜缝沿碧轴向尿产生浸向水受平方薄向延汽伸5.勿4.底1室内槐量测声沫发家射脚法(你A术c狭o赞u誓s贺t仪i缸c情E界m口i和s握s歌i图o阿n，简捉称A放E法)是疏以贞岩付石温试床件搬的虎声墓发圆射稿凯消赛(睁K个a谅i腰s围e淡r降)效遣应文对扮岩况石颜已确受劈燕过造的历最娱大土应沫力勾的稍记游忆料为骗基竭础丙，注用些钻墨孔早岩笔芯降制兰成觉试弊件轧，完由累实愈验呼测艺定索原毅地缸应馆力雀的汁方岛法夹。放其般特简点骡是劈燕不纵需晒在题野谦外炼作次业模，沸不酷破叠坏晕钻缘瑞孔感结呜构丹，浓仅商需艘钻奴孔今岩尤芯劫就零可伐进吉行更地遵应达力坝测络量庭。象可骂广压泛杜应垃用寺于指油问气崇田括开称采课、以地毁热罪能湾开摄发却、鸭矿家山宽、揉水源电嫩、叹核够废喇料彩处社理坏等葵工阳程咐中狗的睡深例部盗应乡丰力彩测话量评。岩较石茄同掏金管属校材宿料运一涌样常压静缩棉时挤具丙有繁声欢发侧射矮的堤凯讯塞渐效摄应适，泼在赔室妄内误对里岩真心堤试酸样勇进搅行睡压疫缩新试御验趴，临声居发注射赌活仪动倘最轨显给著即的遮地奶方彩（悼称荣为K偶a惑i搁s杏e兼r点）振所对陆应的咽外加陈压应梦力即膝为试喝验先绵前所骆受到手的最怎大正营应力伍。§5榜.艺3岩位体虚地矮应闷力乡丰的术量咏测5.仗4.蛮1室婶内我量团测§5.缓3岩体改地应廊力的岭量测声发稿射—课—岩肥石总受祖外寒荷考载挽作复用瓜，桌其脉内盟部筐储绑存唉的标应朋变蜓能耍因壳微护裂焦隙赴产租生陷和批发贯展扮而甘快肯速菜释垒放树，享从肠而旁产教生火弹升性漫波斩，达发雾出童声顺响津，插称砌为骂声抄发爱射矮。凯跑塞痕效守应——1据9起5也0年，披德国塑人J讯.馋K从a弯s吩i攀s秃e指r发夏现泼多席晶捆金欺属间的滚应屯力野从页其凑历闻史旷最甜高蓄点类水侵平寒释喉放箭后膝，快再酿重姥新曲加铲载胖，移当粘应象力地未健达嘱到慰先度前衬最注大赛应显力圈值尚时学，奏很恋少荷有乖声季发通射棕产晨生抢，何而圣当拾应如力际达选到只和参超未过搂历宇史完最衡高及水奶平耕后迎，阶则垫大刑量骄产和生他声造发除射摆，沃这餐一散现态象曾称鼻为牛凯怨塞赖效胞应哀。凯贺塞注点——从停很齐少积产汗生坟声泳发两射世到舍大玩量淘产饲生均声沙发支射护的始转害折笨点粥称朗为疲凯帖塞膛点砌，筝该猛点障对岂应垂的托应盆力节即盼为选材倍料稼先蠢前勾受淘到妨的缸最匹大雾应腾力释。5.萝4.散1室内眨量测§5.网3岩体隶地应师力的职量测岩石般也有昼声发牌射现刮象。凯照塞狠效先应察为析岩死石择应宵力陈测胆量蕉提蹦供虎了革途考经买。瞎即析从肾原婆岩来中今取顿样—贱—沿6个不肥同方年向制秤备试匙件（父每个熄方向估试件洒为15～25块）——加而压务测情试—搂—凯扁塞怒点—连—计构算肌地贸应完力存。§5.红4水由平呢洞挺室步围信岩罚的锯应量力貌计汇算工务程侍应裹用烛：关心度的洞由室的辩二次夹应力多（重誓分布妙应力令）＝睛初始娃应力+洞室潜的开董挖附佣加应档力。(洞年室游强默度象复内核→围腿岩川是黄否丸稳群定)在写前盼面因介织绍际了伤岩率体吓地因应艘力舒的婚形印成土与欺量帅测捕方智法裤。§5息.跌4水平尤洞室考围岩阁的应速力计念算5.黎4.国1圆假形型洞据室简化当拥洞慰室殊高束度掀远恐小显于欲洞跨室尊埋斯深伏时售，大应废力内沿捞高即度腰的务变斜化慈可航忽服略挥不摘计尽。骗一驰般腹认橡为陡埋锡深示大最于乒高镇度框三兼倍欲时吧可唯忽稍略左。5.然4.设1圆泪形味洞前室初始顶地应农力§5.午4水平吉洞室涨围岩妥的应扶力计烤算K0＝0、1/涂3、15.趁4.刻1圆形御洞室当路洞阵室矿埋赴深H＞30，近团似认窗为洞欣顶～熄洞底σz近似必相等晚，侧姐压为递均布下，对蜂于圆涉形洞帜室可赛简化笑“无斧限平窝板中月含圆闷孔+外部拌均布挠面力代”。点借用遮弹性俗理论仰：§5涌.械4水区平卡洞狡室宋围久岩上的罢应钟力观计脸算5.搜4.杨1圆肌