第三章原理方法ppt课件

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确定围岩压力的方法 现场实测 理论计算 ：普氏理论、泰沙基理论 工程类比法 ：围岩分类
我国多采用工程类比法确定围岩压力，并采用现场 实测和理论计算的方法进行验算
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1、深埋和浅埋地下结构的判定
公路隧道 – Hp=(2~2.5)hp(等效荷载高度) – hp=q/γ
铁路隧道 – 围岩类别 (好)III IV V(差) – 单线隧道覆盖厚度 5～7 10～14 18～25 – 双线隧道覆盖厚度 8～10 15～20 30～35
S--围岩类别
该计算公式适用于不产生显著偏压力及膨胀力的
且采用钻爆法施工的铁路- 隧道
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对于更一般的深埋隧道，铁路隧道设计规范给出的竖 直均布压力的计算公式为：
q=0.45×2S-1×γω
式中 S--围岩类别；
γ--围岩容重(kN/m3)；
ω--宽度影响系数ω=1+i（B-5）
B--隧道毛洞跨度
N Pcos
பைடு நூலகம்
T
Psin
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斜井围岩压力计算
– 对于斜井衬砌，所受到的围岩压力是N，而不是P，T 只起着使斜井衬砌向下滑动的作用
– 实际设计中 • 当α≤45°时，斜井正截面内围岩压力取为相应的水 平洞室竖向围岩压力乘以cos α ，边墙的水平压力 与相应的水平洞室相同 • 当α>45°时，斜井正截面内围岩压力取为相应竖井 水平压力乘以sin α 。
q 0 2 . 6 - s w 4 0 5 2 . 6 - s 4 1 i （ B 5 - 5 ）
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式中 q--围岩竖直均布压力(kN/m2)；
S--围岩类别；
γ--围岩容重(kN/m3)；
ω--宽度影响系数， ω =1+i（B-5）
B--隧道毛洞跨度
i--以B=5m的围岩竖直均布压力，B每增减1m时的围岩压 力增减率，当B<5m时，取i=0.2；当B=5～15m时，取i=0.1 ；当B>15m时，可参照i=0.1采用。
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铁路隧道在2001年公布了新的勘察设计规范，重 新给出了新的围岩分类标准，其围岩分类按为国 家标准。对于单线深埋隧道，围岩压力按松散压 力考虑，竖直均布压力计算公式为
q=γH
H=0.41×1.79S
式中q--围岩竖直均布压力(kN/m2)；
γ--围岩容重(kN/m3)；
H--围岩压力计算高度(m)；
– 偶然(特殊)荷载 ：地震力或战时发生的武器爆炸冲击动荷 载等
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二、围岩压力
围岩压力是地下结构所承受的主要荷载
围岩压力是指位于地下结构周围变形及破坏了的岩 层作用在衬砌或支撑上的压力，包括：垂直压力、 水平压力和底部压力
大小主要和岩体的结构、岩石的强度、地下水的作 用、洞室的尺寸与形状、洞室的埋置深度、支护的 类型和刚度、支护时间、施工方法等因素有关
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拱形结构
拱形结构
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圆形和矩形管状结构
衬砌结构形式
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装配式衬砌结构图 装配式圆管结构的构造
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异形结构
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2、地下结构计算原理与设计方法的发展
第一阶段 ：古典岩土压力理论
a. 代表性人物主要有海姆、朗肯和金尼克 b.上覆岩层的重量 c. 侧压系数
第二阶段 ：散体压力理论
a. 坍落拱 b.荷载结构法
第三章 地下结构的计算原理和 设计方法
同济大学浙江学院 张广兴
3.1 概述 3.2 地下结构的荷载 3.3 地下结构选型与构造 3.4 设计模型与计算方法 3.5 结构内力的计算方法 3.6 地下结构计算原理和设计方法中的新进展
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3.1 概述 1、地下结构的分类 拱形结构 圆形和矩形管状结构 框架结构 薄壳结构 异形结构
第三阶段 ：共同作用理论
a. 自承作用
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3.2 地下结构的荷载
• 地下结构荷载的分类 – 永久(主要)荷载：结构自重；回填土层重量；围岩压力；弹 性抗力；静水压力(含浮力)；混凝土收缩和徐变影响力、预 加应力及设备自重等
– 可变(附加)荷载 ：吊车荷载、设备重量、地下储油库的油 压力、车辆、人员等荷重人群荷载等
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埋深(H)大于等效荷载高度(hq)，小于深埋浅埋隧道分界 深度(Hp)时。
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竖井围岩压力计算
– 竖井属于垂直洞室 – 主要荷载是径向均匀分布的围岩水平压力 – 开挖竖井有时深度很大，所以要考虑不同岩层物理力
学性质的变化对围岩水平压力的影响 – 仅在稳定性较差或不稳定的岩层中加以考虑 – 对稳定的或基本稳定的岩层可不考虑水平压力，竖井
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2、深埋地下结构围岩压力计算
1）普氏理论
具有一定粘结力的松散介质 形成抛物线状的天然拱
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2）泰沙基理论
将隧道围岩视为散粒体
泰沙基（K.Terzaghi）理论压力计算模式
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3）公(铁)路隧道推荐围岩压力计算方法 以隧道围岩分类和工程类比设计方法为基
础，采用统计分析而拟定的经验计算公式
i--以B=5m的围岩竖直均布压力，B每增减1m 时的围岩压力增减率，当B<5m时，取i=0.2；当 B=5～15m时，取i=0.1；当B>15m时，可参照 i=0.1采用。
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3、浅埋水平地下结构围岩压力计算
埋深(H)小于或等于等效荷载高度(hq)时 –q=γH –e=γ(H+0.5Ht)tan2(45º-0.5φ )
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斜井围岩压力计算
– 斜井(0º<α<90º)是介于水平洞室(α=0º)和垂直洞室 (90º)之间的洞室
– 斜井的围岩压力与水平洞室并无原则上的差别，只是 由于倾角α(斜井轴线与水平线的夹角)的不同而具有它 本身的一些特点
– 斜井顶部的垂直荷载可分为两部分，即与洞室轴线垂
直的分力N和与洞室轴线平行的分力T，其值为：
3.围岩的似摩擦角，参考公路隧道设计规范(JTJ0262006)给出的计算摩擦角
4.围岩类别见书P67表3-7
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埋深(H)小于或等于等效荷载高度(hq)时，荷载视为均布
垂直压力。
式中：q--均布垂直压力； γ--坑道上覆围岩容重； H--隧道埋深，指坑顶距地面的距离；
e--侧向力，按均布考虑
壁厚由构造确定 – 地下水位以上的围岩水平压力按下式计算：
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竖井围岩压力计算
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en An ihi i1
水平压力系数表
岩层类别流动沙、稀释土
0.757
砾石、碎石、卵石砂
0.526
冲积层、固结土壤、塑性粘土
0.387
石膏、粘质页岩、褐煤、不坚硬煤层 0.164
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竖井围岩压力计算
地下水位以上围岩水平压力示意图