《地下结构稳定问题》PPT课件
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岩石力学 第六章 地下空间开挖围岩稳定性分析
行支护达到人工稳定； 支护和破裂岩体本应是相互影响、共同作用的，但 现在还做不到完全用共同作用理论为指导来解决支 护设计问题； 古典地压学说：1907年，普氏学说——俄罗斯学者； 1942年，太沙基学说——美国学者； 在60年代，共同作用理论提出以后的30多年，弹塑 性力学的研究方法在岩石力学研究中一直占据主导 的地位，古典地压学说则被冷落一旁；
r , r p0
解析表达式
R02 1 2 p0 r r
净水压力下围岩应力分布
2019/1/20
《岩石力学》
7
讨论
开巷（孔）后，应力重新分布，也即次生应力场；
, 均为主应力，径向与切向平面为主平面； r
应力大小与弹性常数 周边
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c cot
《岩石力学》
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塑性区半径
( p0 c cot )(1 sin ) R p R0 P c cot 1
1sin 2 sin
讨论
R p与 R0 成正比，与 p0 成正变，与 c 、
塑性区应力与原岩应力
900 , 2700 处， p0 (3 1) ; 0 0 p0 (3 ) ; 在巷道的侧边，即 0 , 180 处，
在巷道的顶、底板，即
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《岩石力学》
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应力集中系数与 , 的关系
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《岩石力学》
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巷道周边位移
o
开挖后（周边）
u (1 ) p 0 R0 E
《岩石力学》
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地下洞室围岩稳定性问题
岩爆 有关岩爆的基本概念 在地下开挖或开采过程中突然地以爆炸的形式表现出来爆。围岩的破坏有时会这就是所谓的岩当岩爆发生时，岩石或煤等突然从围岩中被抛出或弹出，抛出的岩体大小不等，大者可达几十吨，小者长仅几厘米。大型岩爆通常伴有剧烈的气浪和巨响．甚至还伴有周围岩体的振动。岩爆对于地下采掘或地下工程建筑常能造成很大的危害．大者能破坏支护、堵塞坑道，造成重大的伤亡事故。小者也能威胁工人的安全。因此，研究这类破坏的发生、发展与防治，对于地下开挖工作的安全与经济有着重要意义。
围岩应力重分布的主要特征是：
1
径向应力随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁处变为零。
2
切向应力在一些部位愈接近自由表面切向应力愈大，并于洞壁达最高值，即产生所谓压应力集中，在另一些部分，愈接近自由表面切向应力愈低，有时甚至于洞壁附近出现够应力，即产生所谓拉应力集中。这样，地下洞宝的开挖就将于围岩内引起强烈的主应力分异现象，使围岩内的应力差愈接近自由表面愈增大，至洞室周边达最大值。
(c) final bench excavation
(b) 9th bench excavation
(a) arch portion excavation
01
岩爆的类型和特点
05
断层错动引起的岩爆
03
围岩表部岩石突然破裂引起的岩爆
02
按发生的部位及所释放的能量类型,岩爆有不同的类型
04
矿柱或大范围围岩突然破坏引起的岩爆四川纳竹天池煤矿就曾多次发生这类岩爆，最大的一次将20余吨煤抛出20多m远
岩爆的产生条件与发生机制 本质上，岩爆乃是洞室围岩的一种伴有突然释放大量潜能的剧烈的脆性破坏。从产生条件方面来看，高储能体的存在及其应力接近于岩体强度是产生岩爆的内在条件，而某些因素的触发效应则是岩爆产生的外因。
沉井结构课件
《沉井结构》PPT课件
1999年竣工通车的江阴长江大桥北锚超大沉井，其平面长69 m、宽51 m， 面积足有10个篮球场大，下沉深达58 m，下沉过程长达20个月。
江阴长江大桥北锚超大沉井
《沉井结构》PPT课件
江阴长江大桥
《沉井结构》PPT课件
9.1.2 沉井设计一般要求
沉井平面尺寸与形状力求简单对称，可使受力合理，施工 方便；长短边之比越小越好，有利于保证下沉时的稳定性。
hi—不同土层的相应厚度(m)。
《沉井结构》PPT课件
刃脚、内隔墙或底梁阻力Rv按下式计算：
Rv Ar fu
式中 Ar—刃脚、内隔墙或底梁的计算支承面积(m2)，刃脚 斜面按水平投影面积的一半计，其他全算；
fu—沉井底部地基土的极限承载力(kPa)，可按表9.2 取值。
《沉井结构》PPT课件
下沉系数近似等于1.0，说明这个井的设计是比较经济的。 万一在下沉过程中发生困难，可采用施工上的一些措施， 如压重、多挖土或事先用泥浆套等。
实际上沉井的沉降系数在整个下沉过程中，不会是常数， 有时可能大于1.0，有时接近于1.0，有时会等于1.0。如开 始下沉时必大于1.0，在沉到设计标高时应近于1.0。
《沉井结构》PPT课件
②探测管：在平面尺寸较大，且不排水下沉较深的沉井中 可设置探测管。一般采用直径200~500 mm的钢管或在井 壁中预留管道。作用是探测刃脚和内隔墙底面下的泥面标 高，清基射水或破坏沉井正面土层以利下沉；沉井水下封 底后，可用作刃脚和内隔墙下封面混凝土的质量检查孔。
③气管：当采用空气幕下沉沉井时，可沿井壁外缘埋设内 径25 mm的硬塑料管作为气管。当下沉困难时，可向井壁 四周的气管中压入高压空气，此高压空气沿井壁上的喷气 孔喷出，并沿井壁外表面上升溢出地面，从而在井壁周围 形成空气幕，从而达到减小下沉阻力的目的。
1999年竣工通车的江阴长江大桥北锚超大沉井，其平面长69 m、宽51 m， 面积足有10个篮球场大，下沉深达58 m，下沉过程长达20个月。
江阴长江大桥北锚超大沉井
《沉井结构》PPT课件
江阴长江大桥
《沉井结构》PPT课件
9.1.2 沉井设计一般要求
沉井平面尺寸与形状力求简单对称，可使受力合理，施工 方便；长短边之比越小越好，有利于保证下沉时的稳定性。
hi—不同土层的相应厚度(m)。
《沉井结构》PPT课件
刃脚、内隔墙或底梁阻力Rv按下式计算：
Rv Ar fu
式中 Ar—刃脚、内隔墙或底梁的计算支承面积(m2)，刃脚 斜面按水平投影面积的一半计，其他全算；
fu—沉井底部地基土的极限承载力(kPa)，可按表9.2 取值。
《沉井结构》PPT课件
下沉系数近似等于1.0，说明这个井的设计是比较经济的。 万一在下沉过程中发生困难，可采用施工上的一些措施， 如压重、多挖土或事先用泥浆套等。
实际上沉井的沉降系数在整个下沉过程中，不会是常数， 有时可能大于1.0，有时接近于1.0，有时会等于1.0。如开 始下沉时必大于1.0，在沉到设计标高时应近于1.0。
《沉井结构》PPT课件
②探测管：在平面尺寸较大，且不排水下沉较深的沉井中 可设置探测管。一般采用直径200~500 mm的钢管或在井 壁中预留管道。作用是探测刃脚和内隔墙底面下的泥面标 高，清基射水或破坏沉井正面土层以利下沉；沉井水下封 底后，可用作刃脚和内隔墙下封面混凝土的质量检查孔。
③气管：当采用空气幕下沉沉井时，可沿井壁外缘埋设内 径25 mm的硬塑料管作为气管。当下沉困难时，可向井壁 四周的气管中压入高压空气，此高压空气沿井壁上的喷气 孔喷出，并沿井壁外表面上升溢出地面，从而在井壁周围 形成空气幕，从而达到减小下沉阻力的目的。
《附建式地下结构》课件
优点分析
节省地面空间
增强建筑稳定性
附建式地下结构可以充分利用地下空间， 减少地面建筑的数量和规模，从而降低对 地面土地资源的占用。
地下结构能够承受更大的土压力和侧向压 力，因此更加稳定，能够提高建筑的抗灾 能力。
改善环境质量
节能环保
地下结构能够减少对周围环境的干扰，减 轻噪音、灰尘等污染，提高环境质量。
适用于对环境质量要求高的场所
对于对环境质量要求高的场所，如医院、学校等公共设施，附建式地下结构能够减少对周 围环境的干扰，提高环境质量。
05
附建式地下结构的工程实 例
商业建筑中的附建式地下结构
总结词
功能多样、空间灵活
大型商场
附建式地下结构常用于大型商场，提供停车、仓 储和商业活动空间。
综合体建筑
逆作法
总结词
逆作法是一种先施工地下结构，再逐层回填 土方的施工方法。
详细描述
逆作法施工时，先进行地下结构的施工，然 后逐层向上回填土方。这种方法可以有效减 少支护结构的变形和沉降，提高施工安全性 。逆作法适用于深基坑和高水位地区，能够 减小对周围环境的压力。
施工过程中的问题与解决方案
总结词
地下工程施工过程中可能会遇到各种问题， 如土体稳定性、渗漏、沉降等。
详细描述
在构造附建式地下结构时，需要满足防水、抗浮、抗震等要求，以确保结构的安全性和稳定性。同时，细节设计 需考虑施工可行性，合理安排施工顺序和工艺，确保施工质量和进度。
03
附建式地下结构的施工方 法
明挖法
总结词
明挖法是一种常用的地下结构施工方法 ，其特点是施工简单、速度快、成本低 。
VS
详细描述
住宅小区
在住宅小区中，附建式地下结构可 以作为车库、储藏室、娱乐设施等 使用，提高小区整体环境品质。
2024版《工程地质》PPT课件
0102工程地质是研究工程建设与地质环境相互作用及其影响规律的学科。
为工程建设提供地质依据，预测和防治工程地质问题，保障工程建设的顺利进行。
定义任务工程地质定义与任务研究区域地质构造、地壳稳定性及地震活动对工程的影响。
地质构造与地壳稳定性研究地下水的分布、运动规律及其对工程的影响。
水文地质条件研究岩土体的物理力学性质、分类及工程特性。
岩土体性质与分类研究滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象的成因、发育规律及防治措施。
不良地质现象工程地质研究内容为土木工程建设提供地质依据，确保工程建设的安全性和经济性。
与土木工程关系为水利工程建设提供水文地质资料，预测水库渗漏、溃坝等工程地质问题。
与水利工程关系为交通线路选线、桥隧位置选择等提供地质依据，保障交通工程建设的顺利进行。
与交通工程关系预测和评估工程建设对环境的影响，提出相应的防治措施。
与环境工程关系工程地质与相关领域关系01岩浆岩由岩浆冷凝形成，包括深成岩、浅成岩和喷出岩，具有结晶质结构和块状构造。
02沉积岩由风化产物、生物遗骸和火山物质等在地表或水下沉积形成，具有层理构造和化石。
03变质岩由已形成的岩石在高温高压下发生变质作用形成，具有片理构造和变质矿物。
残积土由岩石风化后残留在原地的碎屑物质组成，结构松散，力学性质较差。
坡积土由山坡上的碎屑物质在重力作用下堆积形成，具有分选性和层理构造。
洪积土由洪水携带的碎屑物质堆积形成，具有分选性和交错层理。
冲积土由河流携带的碎屑物质堆积形成，具有层理构造和较好的力学性质。
01020304表示岩石和土体的质量和体积之间的关系，影响工程建设的荷载计算。
密度与重度描述岩石和土体中孔隙的发育程度和连通性，影响工程建设的排水设计和地基稳定性。
孔隙性与渗透性表示岩石和土体在压力作用下体积减小的性质，影响工程建设的沉降计算和地基稳定性。
压缩性与变形性描述岩石和土体抵抗剪切和压缩破坏的能力，影响工程建设的边坡稳定性和地基承载力。
抗剪强度与抗压强度岩石与土体物理力学性质03岩层在地质作用下形成的波状弯曲现象，分为背斜和向斜两种基本形态。
地下建筑结构(4)
【例题3-1】 一单跨闭合的钢筋混凝土框架通道，置于弹性 地基上，几何尺寸如图3-29(a)所元 捞梁承受均布荷载2tm2， 材料的弹性模量E＝14×105t／m2，泊桑比μ＝0.167，地基的 形变模量E0＝5000t／m2，泊桑比μ0＝0.3， 设为平面变形问 题，绘制框架的弯矩图。
i
底板荷载
直线分布，底板上的荷载为结构整体自 重、顶板传下的荷载与特载之和，即:
qb qu
P q
L
bt
侧墙荷载
侧墙上的荷载包括有水平向土压力，水 压力和特载。
e ( i hi ) tan (45 ) 2 i
2
ew wh
qh ( i hi ) tan (45 ) wh qht 2 i
框架的顶底板厚度都比内隔墙大得多，中隔 墙的刚度相对较小，将中隔墙一般视为只承 受轴力的二力杆，
图4－8 纵梁和柱计算简图
浅埋地下建筑中的闭合框架，如地铁 通道、过江隧道、人防通道等，通常多平 面变形问题，计算时沿纵向取一单位宽作 为计算单元，对地基也截取相同的单位宽 并把它看作一个弹性半无限平面。 在静荷裁作用下的地下闭合框架， 可将地基梁作弹性半无限平面，按这个假 定计算框架结概通常称为弹性地基上的框 架。 框架的内力分析可采用如图所示的 计算简图，与一般平面框架的区别即在于 底板承受末勿的地基弹性反力而使内力分 析变为复杂。
顶板荷载：
(1). 上部覆土重力 i qw whw (2). 水压力： (3). 顶板自重： qg d (4). 特载 qut 顶板总荷载为三者与特载之和：
qs i hi
qu qs qw qg qut
工程地质讲稿-第9章：地下洞室围岩稳定性
，进而影响围岩稳定性。
地下水作用
地下水压力、渗透性等对围岩 稳定性产生影响，特别是在软
弱岩体中更为显著。
围岩稳定性评价方法
工程地质分析法
通过对地质勘察资料进行综合 分析，评估围岩的稳定性和可
能发生的不良地质现象。
数值分析法
利用数值计算方法模拟围岩应 力分布、变形和破坏过程，为 工程设计和施工提供依据。
谢谢观看
重要性
围岩稳定性是地下洞室工程设计 和施工中的关键问题，直接关系 到工程的安全性、经济性和可行 性。
围岩稳定性影响因素
01
02
03
04
地质条件
包括岩体的物理性质、岩层结 构、节理裂隙发育程度和地下
水状况等。
洞室设计
洞室的跨度、形状、埋深、支 护方式等设计因素岩的扰动程度和 支护结构的及时性有直接影响
控制地下水压力
设置排水系统
在洞室周边设置排水系统，以降 低地下水压力和防止涌水。
采取止水措施
在洞室周边采取止水措施，如注 浆、粘土填塞等，以防止地下水
渗入。
合理选择施工方法
根据地下水压力情况，选择合适 的施工方法，如逆作法、分部开 挖法等，以减少对围岩稳定性的
影响。
监测与预警系统
设置监测点
在洞室周边设置监测点，对围岩位移、变形、应 力等情况进行实时监测。
工程地质讲稿-第9章地下洞室围岩 稳定性
目录
• 地下洞室围岩稳定性概述 • 地下洞室围岩应力分析 • 地下洞室围岩破坏模式与机理 • 提高地下洞室围岩稳定性措施 • 地下洞室围岩稳定性工程实例
01
地下洞室围岩稳定性概 述
定义与重要性
定义
地下洞室围岩稳定性是指围岩在 一定时间内保持其自身结构完整 性和稳定性的能力。
地下水作用
地下水压力、渗透性等对围岩 稳定性产生影响，特别是在软
弱岩体中更为显著。
围岩稳定性评价方法
工程地质分析法
通过对地质勘察资料进行综合 分析，评估围岩的稳定性和可
能发生的不良地质现象。
数值分析法
利用数值计算方法模拟围岩应 力分布、变形和破坏过程，为 工程设计和施工提供依据。
谢谢观看
重要性
围岩稳定性是地下洞室工程设计 和施工中的关键问题，直接关系 到工程的安全性、经济性和可行 性。
围岩稳定性影响因素
01
02
03
04
地质条件
包括岩体的物理性质、岩层结 构、节理裂隙发育程度和地下
水状况等。
洞室设计
洞室的跨度、形状、埋深、支 护方式等设计因素岩的扰动程度和 支护结构的及时性有直接影响
控制地下水压力
设置排水系统
在洞室周边设置排水系统，以降 低地下水压力和防止涌水。
采取止水措施
在洞室周边采取止水措施，如注 浆、粘土填塞等，以防止地下水
渗入。
合理选择施工方法
根据地下水压力情况，选择合适 的施工方法，如逆作法、分部开 挖法等，以减少对围岩稳定性的
影响。
监测与预警系统
设置监测点
在洞室周边设置监测点，对围岩位移、变形、应 力等情况进行实时监测。
工程地质讲稿-第9章地下洞室围岩 稳定性
目录
• 地下洞室围岩稳定性概述 • 地下洞室围岩应力分析 • 地下洞室围岩破坏模式与机理 • 提高地下洞室围岩稳定性措施 • 地下洞室围岩稳定性工程实例
01
地下洞室围岩稳定性概 述
定义与重要性
定义
地下洞室围岩稳定性是指围岩在 一定时间内保持其自身结构完整 性和稳定性的能力。
《地下建筑结构》课件
地下停车场通常位于建筑物地下层，空间利 用率高，可有效缓解城市停车难问题。由于 停车场的车辆荷载较大，结构设计需充分考 虑承载力和稳定性。同时，停车场环境湿度 大，对结构材料的耐久性和防潮性能要求较 高。
地下水库的工程实例
总结词
地质条件复杂、防渗性能要求高、环境保护 意识强
详细描述
地下水库通常位于地质条件复杂的地区，结 构设计需充分考虑地质勘察和地基处理。由 于水库蓄水后对防渗性能要求极高，结构设 计需采用可靠的防渗措施。此外，地下水库 的建设应充分考虑环境保护，避免对周边生
在地下建筑结构设计中，应注重环保和节 能，采用绿色建材和节能技术，降低能耗 和环境负荷。
地下建筑结构形式与选型
结构形式
根据地下建筑的使用功能、地质 条件和施工方法等因素，选择合 适的结构形式，如框架结构、拱 形结构、板墙结构等。
结构材料
根据地下建筑的结构形式和使用 环境，选择合适的建筑材料，如 混凝土、钢材等，并考虑材料的 强度、耐久性和经济性等因素。
地铁车站通常位于城市中心区域，地质条 件复杂，需要充分考虑地质勘察和地基处 理。同时，地铁车站作为公共交通枢纽， 对安全性要求极高，结构设计需满足抗震 、抗爆等要求。此外，地铁车站通常为大 跨度结构，以满足大量人流的集散需求。
大型商业综合体的地下结构设计实例
总结词
多功能性、人流量大、空间需求多样
详细描述
地下建筑的类型与用途
总结词
地下建筑的类型多样，包括地下交通设施、地下公共设施、地下居住设施等，用途广泛。
详细描述
地下建筑的类型非常多样，常见的有地铁、隧道、地下室等。这些不同类型的地下建筑用途广泛，例如地铁用于 城市交通，地下室可用于储藏或居住，隧道可用于交通或输水等。此外，还有一些特殊的地下建筑结构，如地下 核电站、地下水库等。
地下水库的工程实例
总结词
地质条件复杂、防渗性能要求高、环境保护 意识强
详细描述
地下水库通常位于地质条件复杂的地区，结 构设计需充分考虑地质勘察和地基处理。由 于水库蓄水后对防渗性能要求极高，结构设 计需采用可靠的防渗措施。此外，地下水库 的建设应充分考虑环境保护，避免对周边生
在地下建筑结构设计中，应注重环保和节 能，采用绿色建材和节能技术，降低能耗 和环境负荷。
地下建筑结构形式与选型
结构形式
根据地下建筑的使用功能、地质 条件和施工方法等因素，选择合 适的结构形式，如框架结构、拱 形结构、板墙结构等。
结构材料
根据地下建筑的结构形式和使用 环境，选择合适的建筑材料，如 混凝土、钢材等，并考虑材料的 强度、耐久性和经济性等因素。
地铁车站通常位于城市中心区域，地质条 件复杂，需要充分考虑地质勘察和地基处 理。同时，地铁车站作为公共交通枢纽， 对安全性要求极高，结构设计需满足抗震 、抗爆等要求。此外，地铁车站通常为大 跨度结构，以满足大量人流的集散需求。
大型商业综合体的地下结构设计实例
总结词
多功能性、人流量大、空间需求多样
详细描述
地下建筑的类型与用途
总结词
地下建筑的类型多样，包括地下交通设施、地下公共设施、地下居住设施等，用途广泛。
详细描述
地下建筑的类型非常多样，常见的有地铁、隧道、地下室等。这些不同类型的地下建筑用途广泛，例如地铁用于 城市交通，地下室可用于储藏或居住，隧道可用于交通或输水等。此外，还有一些特殊的地下建筑结构，如地下 核电站、地下水库等。
土力学课件PPT课件
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(三)其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物
(Q”)、 湖泊沉积物(Q‘)、 冰川沉积物(Q”)及风积物(Q”‘)等，它们是分别由海洋， 湖泊、冰川及风等的地质作用形成的．
第16页/共139页
1-3 土 的 组 成
一 土的固体颗粒 · 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、 矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性 质的重要因素。
第13页/共139页
(二)冲积物(Q) 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖 的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地 带形成的沉积物。
第14页/共139页
1平原河谷冲积物 平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元 (图1—7)。
2．山区河谷冲积层 在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地(图1-8)。
形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离
子(如Na’、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因为水分
子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)，
它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列
(图1—13)。
双电子层
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第23页/共139页
(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。 2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它 的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0℃，有 溶解能力。 自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水 和毛细水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水， 它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮 力作用。
三 地质年代的概念 地质年代--地壳发展历史与地壳运动，沉积环境 及生物演化相对应的时代段落。 相对地质年代--根据古生物的演化和岩层形成的 顺序，所划分的地质年代。 在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地 质相对年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、 中生代和新生代)，每代又分为若干纪，每纪又细分为 若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地 层（参见表1-6） 在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩 风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用(剥蚀、 搬运、沉积)形成尚未胶结硬化的沉积物(层)，通称
(三)其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物
(Q”)、 湖泊沉积物(Q‘)、 冰川沉积物(Q”)及风积物(Q”‘)等，它们是分别由海洋， 湖泊、冰川及风等的地质作用形成的．
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1-3 土 的 组 成
一 土的固体颗粒 · 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、 矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性 质的重要因素。
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(二)冲积物(Q) 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖 的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地 带形成的沉积物。
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1平原河谷冲积物 平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元 (图1—7)。
2．山区河谷冲积层 在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地(图1-8)。
形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离
子(如Na’、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因为水分
子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)，
它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列
(图1—13)。
双电子层
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(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。 2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它 的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0℃，有 溶解能力。 自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水 和毛细水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水， 它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮 力作用。
三 地质年代的概念 地质年代--地壳发展历史与地壳运动，沉积环境 及生物演化相对应的时代段落。 相对地质年代--根据古生物的演化和岩层形成的 顺序，所划分的地质年代。 在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地 质相对年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、 中生代和新生代)，每代又分为若干纪，每纪又细分为 若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地 层（参见表1-6） 在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩 风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用(剥蚀、 搬运、沉积)形成尚未胶结硬化的沉积物(层)，通称
《采空区地面沉降》课件
采空区地面沉降对人民生命财产安全构成威胁，研究其规律和防治措施有助于提高灾害防范能力，保障人民生命财产安全。
保障人民生命财产安全
采空区地面沉降会导致土地资源丧失和生态环境破坏，研究其治理和修复技术有助于推动土地复垦和生态修复工作。
推动土地复垦和生态修复
矿山是我国重要的能源和资源基地，பைடு நூலகம்究采空区地面沉降有助于保障国家能源安全和战略资源储备。
服务国家能源战略
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEWERA
采空区地面沉降的形成机理
采空区的形成是由于地下资源的开采，如煤炭、金属矿石等，随着开采进度，地下形成空洞区域。
采空区的规模和形态取决于开采方式、资源分布和地质条件等因素。
随着采空区的形成，原有的地应力平衡被打破，易引发一系列的地质灾害和环境问题。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEWERA
采空区地面沉降的治理措施
总结词
通过向采空区充填废石、尾矿或其它材料，以支撑采空区的顶板，防止其塌落。
详细描述
该方法适用于采空区规模较小、深度较浅的情况。常用的充填材料有废石、尾矿等。充填法可以有效减少地面沉降，但成本较高，且对环境有一定影响。
通过向采空区及其周围的岩土体注入浆液，以加固岩土体、提高其承载能力，防止地面沉降。
注浆法适用于处理较深层的采空区。常用的浆液有单液浆和双液浆。注浆法具有施工方便、效果显著等优点，但成本较高，且对环境有一定影响。
详细描述
总结词
通过控制采空区的地下水水位，以减小采空区的压力，防止地面沉降。
总结词
地下水控制方法主要包括排水和注水。排水可以降低地下水水位，减小采空区的压力；注水可以增加地下水的水头，提高采空区的承载能力。地下水控制方法成本较低，但对环境有一定影响。
保障人民生命财产安全
采空区地面沉降会导致土地资源丧失和生态环境破坏，研究其治理和修复技术有助于推动土地复垦和生态修复工作。
推动土地复垦和生态修复
矿山是我国重要的能源和资源基地，பைடு நூலகம்究采空区地面沉降有助于保障国家能源安全和战略资源储备。
服务国家能源战略
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEWERA
采空区地面沉降的形成机理
采空区的形成是由于地下资源的开采，如煤炭、金属矿石等，随着开采进度，地下形成空洞区域。
采空区的规模和形态取决于开采方式、资源分布和地质条件等因素。
随着采空区的形成，原有的地应力平衡被打破，易引发一系列的地质灾害和环境问题。
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采空区地面沉降的治理措施
总结词
通过向采空区充填废石、尾矿或其它材料，以支撑采空区的顶板，防止其塌落。
详细描述
该方法适用于采空区规模较小、深度较浅的情况。常用的充填材料有废石、尾矿等。充填法可以有效减少地面沉降，但成本较高，且对环境有一定影响。
通过向采空区及其周围的岩土体注入浆液，以加固岩土体、提高其承载能力，防止地面沉降。
注浆法适用于处理较深层的采空区。常用的浆液有单液浆和双液浆。注浆法具有施工方便、效果显著等优点，但成本较高，且对环境有一定影响。
详细描述
总结词
通过控制采空区的地下水水位，以减小采空区的压力，防止地面沉降。
总结词
地下水控制方法主要包括排水和注水。排水可以降低地下水水位，减小采空区的压力；注水可以增加地下水的水头，提高采空区的承载能力。地下水控制方法成本较低，但对环境有一定影响。
关宝树_地下工程PPT_第二章
第三节
作用在隧道框架结构上的荷载
3.1 浅埋式地下结构荷载的确定方法 1. 地面荷载 一般浅埋地下工程通常要 考虑地面荷载。这类荷载由地 面建筑物、行驶车辆及其他公 共设施产生，它与地下结构距 地面距离（即埋深）相关，当 覆盖厚度超过8m时，其影响就 不大了。地面荷载通过覆土层 传递到地下结构。
2. 垂直土压力 作用在地下框架 结构顶面的垂直土压 力包括三个部分，地 面铺砌体重量，地下 水位以上土体和地下 水位以下土体重量， 如图2-2-8所示。
矩形闭合框架示意图
第二节 矩形闭合框架结构形式和尺寸 2.1 矩形闭合框架的设计 浅埋式地下结构特别是浅埋地铁隧道，一般都是采用钢 筋混凝土衬砌，因此这里进行矩形闭合框架的设计与一般地 下钢筋混凝土结构设计的原理和方法基本相同。 其主要设计内容： ① 结构的断面形式和尺寸的确定。 ② 荷载计算。 ③ 结构内力计算。 ④ 结构配筋计算。 隧道衬砌为箱形框架结构，计算时沿隧道延伸方向取１ m宽度为计算单元，做平面应变问题处理。 设计时首先应按照使用要求，计算出结构的内部净空尺 寸，然后根据结构构件的高宽比、荷载条件并参照已建类似 工程结构尺寸，假定断面上各构件的厚度，确定供计算用的 结构形状和尺寸。
由于d减小而不变则也减少即也就2基坑渗透稳定性验算流沙或管涌验算图2332表示由于在基坑内边沟排水出现水头差h产生由高处和低处的渗流经过板桩下端土层渗流向上到达坑底后汇于边沟进入集水井而泵抽走因此坑底下的土处于浸没于水中的状态其有效重度为浮容重当向上的渗流力或动水压力j达到能够抵消土粒的有效重度够抵消土粒的有效重度即时土粒就处于浮扬或翻腾状态要避免这种现象就应该满足即时土粒就处根据试验结果流沙现象首先发生在离坑壁大约等于板桩深度一半的范围内由于板桩是临时结构为简化计算可近似地取最短路程即紧贴板桩位置的线路来求得最大渗流力如果坑底以上土层为粗粒硬石层松散填土或多裂隙土等在坑壁一侧的水流经此层的水头很少可忽略不计则条件式简化为第六节深层搅拌桩支护结构61深层搅拌桩的支护结构的设计1
岩体力学教学课件 第五章 地下洞室围岩稳定性分析
地质勘查与监测措施
加强地质勘查
在施工前进行详细的地质勘查， 了解围岩的分布、性质和结构，
为设计提供依据。
施工监测
在施工过程中进行实时监测，及 时发现围岩变形、位移等异常情
况，采取相应措施。
长期监测
在洞室使用过程中进行长期监测 ，了解围岩稳定性的变化情况，
为维护和加固提供依据。
THANKS
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有限差分法
将连续的岩体离散成有限个差分网格，通过差分方程近似描述岩体的 运动规律，对围岩的稳定性进行计算和分析。
边界元法
基于边界积分方程的数值方法，适用于求解具有复杂边界条件的围岩 稳定性问题。
无单元法
不需对岩体进行离散，而是通过节点信息直接建立数学模型，对围岩 的稳定性进行计算和分析。
物理模拟方法
解析方法
01
02
03
04
极限平衡法
基于力的平衡原理，通过分析 岩体的滑移、倾倒等极限状态 ，对围岩的稳定性进行评估。
赤平投影法
利用赤平投影原理，对岩体的 节理、断层等结构面进行投影 分析，评估围岩的稳定性。
块体理论
将岩体离散成若干个块体，基 于块体的运动规律和相互作用 ，对围岩的稳定性进行分析。
关键块体分析法
支护设计
根据围岩稳定性评价结果，进行支护 设计，包括锚杆、钢筋网、喷射混凝 土等支护措施的选择和设计。
围岩稳定性监测与预警系统
位移监测 应力监测 声发射监测 预警系统
通过位移传感器对围岩的位移量进行实时监测，包括水平位移 和垂直位移。
通过应力传感器对围岩的应力状态进行监测，包括压应力、拉 应力和剪应力。
排水降压
降低地下水位，减少水压 力对围岩的影响，提高围 岩稳定性。
地下结构的计算理论
● 间接量测：利用量测隧道衬砌的 应变、变形来推算作用在其上的围岩 压力的方法，即间接量测法。如电阻 应变片、钢筋应变计、遥测应变计、 混凝土应变砖等
2.2 弹性地基梁理论
❖ 弹性地基梁，是指搁置在具有一定弹性地基上， 各点与地基紧密相贴的梁 。如铁路枕木、钢筋混 凝土条形基础梁，等等。
❖ 梁可以是平放的，也可以是竖放的。地基介质可 以是岩石、黏土等固体材料，也可以是水、油之 类的液体材料。
❖ 通过这种梁，将作用在它上面的荷载，分布到较 大面积的地基上，既使承载能力较低的地基，能 承受较大的荷载，又能使梁的变形减小，提高刚 度、降低内力。弹性地基梁是超静定梁，针对弹 性地基梁的计算理论称为弹性地基梁理论。
Underground Structure Engineering Chapter 2
❖目前许多通用化、商业大型软件如Ansys、 Flac3D、Sap、Adina等。这些软件不仅能提 供二维、三维技术，而且还能提供静力动力分 析、线性非线性分析、小应变大应变分析。
Underground Structure Engineering Chapter 2
计算网格
整个三维 模型尺寸 为 348m×37 0m×282 m，整个 模型由 581202个 单元和 99785个 节点组成， 计算网格 如图所示
（a)荷载-结构模型 (b) 地层-结构模型
Underground Structure Engineering Chapter 2
荷载－结构模型 岩体力学模型
P
p 收敛限制模型
u o
•
收敛限制模型的计算理论是收敛限制法。
其原理是按弹-塑-粘性理论等推导公式后，在以洞
周位移为横坐标、支护反力为纵坐标的坐标平面内
地下空间规划与设计ppt
Page 19
贮藏设施
充分发挥地下空间封闭性、热稳 定性的优势，保持仓储空间恒温、 恒湿，而且安全、节能。
Page 20
商业设施
•地下商业设施空间一 般包括商店（商场） 式购物空间、餐饮等 盈利性单元: ✓吸引投资； ✓弥补建设运营成本； ✓为换乘时提供休憩、 购物方便。
Page 21
其他设施
•Page 5
✓ 地下空间资源含义 ① 天然存在的资源总量：海洋以下7km；一
般表面以下33km，理论上可以开发利用。地球表 面积5.1×108km2，空间总量7.5×1018m3。
② 一定技术条件下可以合理开发利用的资源 总量；目前技术2km为宜。考虑留安全间距即洞 室尺寸的1-1.5倍岩体保留，则总量为 4.12×1017m3。（技术因素制约）
•Page
易封闭性——储存
• 由于地下空间为岩土介质所包围，所以地下空 间相对来说，比较容易封闭，对于良好的岩石 围岩介质，只要加以适当的开发可直接用于存 储各类物质甚至是液体物质。对土层介质加以 改造与加固，也可用于各类物质的储存，如对 天然形成的围岩介质空间进行必要的技术处理， 则可形成具有良好封闭性的人工空间。
①人类生存发展必不可少，可以开发利用。 ②分为一次性资源，多次循环利用的资源。 ③自然资源：天然形成（常见）。包括水资源、矿 产资源、森林资源、土地资源、天然气、石油、煤 炭等能源资源。 ④地下空间也是一种资源：新观念、新认识（随经 济、技术发展，逐步形成的观念）。 ⑤应科学规划、依法保护、安全有效合理开发利 用。
•防灾措施
•自然灾害
•人为灾害
•地震、台风、 洪水等
•二次灾害
•火 灾 、 战 争 、 放 射能、核辐射、化
地下结构抗浮设计ppt课件
工程于1994年春完成地下室主体结构，后因故延至1996年夏才做完外 防水。在尚未完成回填的情况下，有关单位为防止地下室进水，将其所 有的进出口和预留孔进行了严密封堵。1996年9月20日，强热带风暴侵袭 海口，潮位上涨，地下室顶板浸水深度约50cm。体积达3万立方米的地 下室在封闭后犹如一个空箱，在地下水浮力的作用下，21日凌晨上浮高 出地面5~6m。
后经事故分析，由于当时的地质勘探是在旱季进行，地下室水位 偏低，不能反映雨季的情况，致使结构设计中的上浮荷载取值偏小， 底板配筋不足，从而导致在地下水位及浮力突然增加后，底板开裂。
海口某商场地下室上浮事故
该商场为地上4层，地下2层的框架结构，筏板基础，基底面标高11.2m，地下室顶板面-0.5m，地下室全高10.7m。
深圳阳光花园地下室上浮事故
•
为全埋的单建式地下一层人防工程，长48.9m，
宽21.5m，结构设计抗浮方式主要为压重抗浮。该工
ห้องสมุดไป่ตู้
程所处地原为填海造地滩涂，常年地下水位较高。
• 该地下室于1999年4月18日开始开挖基坑并用井 点降水，8月13日地下室主体结构施工完毕，8月21日 基坑土方回填。
• 施工单位在未采取其它抗浮措施的情况下，于8月 23日停止降水，4天后南侧上浮6cm，数天后又回落 至3.5cm；后因大雨，地下结构整体上浮倾斜（南侧 上浮达68cm，北侧上浮13cm），并造成回填土塌陷， 外墙柔性防水层接脱落，严重影响结构的整体使功能。
• 水位增高后15min浮力稳定 • 粉质粘土（透水性差）
• 风干并分层压实后用水浸泡15天 • 孔隙率n=41.0%（1组） • 水位增高后30min浮力稳定
➢模型试验方法
• 结构模型自由上浮试验 （空模型试验和模型压重试验）
后经事故分析，由于当时的地质勘探是在旱季进行，地下室水位 偏低，不能反映雨季的情况，致使结构设计中的上浮荷载取值偏小， 底板配筋不足，从而导致在地下水位及浮力突然增加后，底板开裂。
海口某商场地下室上浮事故
该商场为地上4层，地下2层的框架结构，筏板基础，基底面标高11.2m，地下室顶板面-0.5m，地下室全高10.7m。
深圳阳光花园地下室上浮事故
•
为全埋的单建式地下一层人防工程，长48.9m，
宽21.5m，结构设计抗浮方式主要为压重抗浮。该工
ห้องสมุดไป่ตู้
程所处地原为填海造地滩涂，常年地下水位较高。
• 该地下室于1999年4月18日开始开挖基坑并用井 点降水，8月13日地下室主体结构施工完毕，8月21日 基坑土方回填。
• 施工单位在未采取其它抗浮措施的情况下，于8月 23日停止降水，4天后南侧上浮6cm，数天后又回落 至3.5cm；后因大雨，地下结构整体上浮倾斜（南侧 上浮达68cm，北侧上浮13cm），并造成回填土塌陷， 外墙柔性防水层接脱落，严重影响结构的整体使功能。
• 水位增高后15min浮力稳定 • 粉质粘土（透水性差）
• 风干并分层压实后用水浸泡15天 • 孔隙率n=41.0%（1组） • 水位增高后30min浮力稳定
➢模型试验方法
• 结构模型自由上浮试验 （空模型试验和模型压重试验）
2024版地下防水工程ppt课件
变形缝处理措施
嵌缝材料
选用合适的嵌缝材料，如沥青麻丝、聚氯乙 烯胶泥等，填塞变形缝。
密封材料
采用密封膏、聚硫密封胶等密封材料对变形 缝进行封闭处理。
止水带
在变形缝内设置止水带，阻止水分通过变形 缝渗透。
排水措施
在变形缝附近设置排水设施，及时将渗入的 水分排出。
穿墙管根处理措施
预留凹槽 在穿墙管根周围预留凹槽，方便嵌填 密封材料。
沥青类防水材料
01
具有良好的粘结性、塑性、抗水性、防腐性和耐久性，常用于
地下工程的防水层。
高分子合成材料
02
如聚氨酯、丙烯酸酯等，具有弹性好、耐老化、耐候性强等特
点，适用于各种复杂地形和气候条件下的防水工程。
水泥基渗透结晶型防水材料
03
通过混凝土内部的毛细管道，渗透至混凝土内部并结晶，堵塞
混凝土内部的毛细孔道，达到防水目的。
可操作性原则
治理方案应便于施工操作，减少施 工难度和周期。
04
治理材料选择与施工方法
01
02
03
防水材料选择
根据工程实际情况，选用 适宜的防水材料，如防水 卷材、防水涂料等。
堵漏材料选择
针对渗漏点，选用快速堵 漏材料，如水泥基渗透结 晶型防水材料等。
施工方法
根据治理方案和选用的材 料，确定具体的施工方法 和步骤。
地下防水工程ppt课件
目 录
• 地下防水工程概述 • 地下防水材料及技术 • 地下防水工程细部构造处理 • 地下防水工程渗漏治理方法 • 地下防水工程质量检测与验收标准 • 地下防水工程案例分析
01
地下防水工程概述
地下防水工程定义与重要性
定义
地下防水工程是指在地下建筑物、 构筑物、隧道等工程中，为防止地 下水、地表水等水分渗透而采取的 防水措施。
地下空间PPT课件
(2). Taylor法exit
• 边坡的临界
高度由下式
确定：例
题.doc
Hc
Ns
c
第6页/共96页
采用陈惠发（美，肯塔基州大学， 1980
(3)．条分法exit
K
抗滑力 滑动力
Si Ti
{Cili [(Wi Qi ) cos i U ili ] tan i} (Wi Qi ) sin i
第7页/共96页
2.3 基坑边坡失稳的防止措施
• （1）边坡修坡图2-3 • （2）设置边坡护面图2－4 • （3）边坡坡脚抗滑加固图2－5 • (设置抗滑桩，旋喷桩，分层注浆法，深层搅拌桩)。con
第8页/共96页
图2-3 边坡修坡
（a）坡顶卸土； （b）坡度减小； (c) 台阶放坡exit
第9页/共96页
第22基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等级破坏后果一级支护结构破坏土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重10二级支护结构破坏土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般00三级支护结构破坏土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重90第23结构方案及选择311结构类型支护结构类型及其适用范围稀疏排桩土质较好地下水位低或降水效果好连续排桩土质差地下水位高或降水效果差框架式排桩单排桩刚度不能满足变形要求排桩加挡板排桩桩距较大利用挡板传递土压并有一定防渗作用排桩加水泥搅拌桩以水泥搅拌桩互搭组成平面拱代替挡板传递土压力具有较好防涌效果排桩加水泥防地下水位较高的软土地区排桩或组合开挖深度较大排桩或组合排桩结构强度无法满足要求地下连续墙结构与地下室墙体合一防渗性强施工场地较小开挖深度大沉井结构软土地区重力式挡土墙结构具有一定施工空间软土地区第2432组合挡土壁第五级第2633单排与双排桩支护结构第五级第27第五级图34接头管接头的施工程序形成接头第28312支撑体系支撑体系是由支撑围檩立柱三部分组成
建筑基坑支护构造(节选)PPT课件
土压力计算
根据土的物理性质、基坑深度等因素，计算 土压力的大小和分布。
稳定性分析
通过分析支护结构的整体和局部稳定性，确 保结构在各种工况下的安全性。
承载力计算
根据支护结构的受力特点和地质条件，计算 结构的承载力。
变形计算
预测支护结构在施工和使用过程中的变形量， 确保满足相关规范要求。
04 建筑基坑支护施工方法
作用
确保施工安全，保护周围环境， 满足地下工程的空间需求。
支护结构的类型
横撑式支护
利用水平横撑Biblioteka 为主要 支撑结构，包括水平挡土板和竖向支柱。
重力式支护
利用墙体自重和被动土 压力来平衡土压力，适
用于较浅的基坑。
板式支护
采用预制混凝土板作为 支护结构，适用于较浅
的基坑。
喷锚式支护
利用喷射混凝土、锚杆 和钢筋网等材料形成支 护结构，适用于较深的
基坑。
支护结构选型的影响因素
01
02
03
04
地质条件
土壤的物理性质、承载能力、 地下水位等都会影响支护结构
的选型。
基坑深度
基坑深度越深，对支护结构的 要求越高。
周边环境
周边建筑、道路、管线等设施 对支护结构的要求较高。
施工条件
施工机械、工期、造价等因素 也会影响支护结构的选型。
02 常见建筑基坑支护构造
CHAPTER
钢板桩
总结词
钢板桩是一种常见的基坑支护结构， 具有较高的承载能力和抗弯刚度，适 用于较深基坑的支护。
详细描述
钢板桩采用热轧钢板制成，具有连续 的支撑体系，能够有效地防止土体变 形和位移。其施工速度快，对周围环 境影响较小，适用于各种地质条件。
根据土的物理性质、基坑深度等因素，计算 土压力的大小和分布。
稳定性分析
通过分析支护结构的整体和局部稳定性，确 保结构在各种工况下的安全性。
承载力计算
根据支护结构的受力特点和地质条件，计算 结构的承载力。
变形计算
预测支护结构在施工和使用过程中的变形量， 确保满足相关规范要求。
04 建筑基坑支护施工方法
作用
确保施工安全，保护周围环境， 满足地下工程的空间需求。
支护结构的类型
横撑式支护
利用水平横撑Biblioteka 为主要 支撑结构，包括水平挡土板和竖向支柱。
重力式支护
利用墙体自重和被动土 压力来平衡土压力，适
用于较浅的基坑。
板式支护
采用预制混凝土板作为 支护结构，适用于较浅
的基坑。
喷锚式支护
利用喷射混凝土、锚杆 和钢筋网等材料形成支 护结构，适用于较深的
基坑。
支护结构选型的影响因素
01
02
03
04
地质条件
土壤的物理性质、承载能力、 地下水位等都会影响支护结构
的选型。
基坑深度
基坑深度越深，对支护结构的 要求越高。
周边环境
周边建筑、道路、管线等设施 对支护结构的要求较高。
施工条件
施工机械、工期、造价等因素 也会影响支护结构的选型。
02 常见建筑基坑支护构造
CHAPTER
钢板桩
总结词
钢板桩是一种常见的基坑支护结构， 具有较高的承载能力和抗弯刚度，适 用于较深基坑的支护。
详细描述
钢板桩采用热轧钢板制成，具有连续 的支撑体系，能够有效地防止土体变 形和位移。其施工速度快，对周围环 境影响较小，适用于各种地质条件。
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4、地下结构稳定问题
精选PPT
1
包括五个方面的问题
4.1 地下洞室开挖引起围岩应力变化 4.2 影响地下结构稳定的主要因素 4.3 地下洞室结构失稳的主要型式 4.4 地下结构稳定分析的主要方法 4.5 地下洞室的支护
精选PPT
2
4.1 地下洞室开挖引起的围岩应力变 化
1、围岩
由人工开挖或自然作用形成的地下洞 室周围一定范围内的岩体，称为围岩， 它是天然材料的地下结构，而衬砌只能 称为人工构筑的人工材料的地下结构。
17
6、圆形洞室围岩中的松弛压力
除了洞周围岩的弹塑性变形产生对支护 的压力外，围岩松动圈内的岩石还会对 支护产生所谓松弛压力：
1、pi=(R-a) (太保守，极值）
2、科卡公式
p i Cc tC gc R a t g 1 2 s si i n na 3 s 1 isn i1 n 1 R a 3 1 s sin i 1 n
列出微小单元的微分方程：
rrd 2dsrin d2 r drrdrd0 sin dd
22
消去d和高阶无穷小量，得到：
（ - r) dr = r dr
即：dr/r = dr/( - r)
（A）
这就是塑性区内应力应满足的微分方程
精选PPT
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根据摩尔圆与强度包线相切的关系可 得出塑性区应力与强度的关系
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18
讨论：
松弛压力与弹模 E 和泊松 比无关 松弛压力与容重 呈正比
与地应力有无关系？
与C、有什么关系？
变形压力与松弛之和为支护所受到的压力。 变形压力随洞周位移增大而减小，若想使
位移趋于零，变形压力会趋于无穷大 松弛压力随洞周位移增大而增大，最大＝？
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时间因素的影响…岩体的流变
解出支护力pb的表达式：
精选PPT
16
2sin
pbpC
ct1g sina1sinC
R
ctg
上式就是著名的Kastner公式
还有两个重要的物理量就是隧洞周边及塑性区周边的 径向位移：
urRRsin2pG Cctg
1s in
uraasin2pG Cctg1spibnCpcC tgctgsin
精选PPT
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8
3、洞室断面的形状
对洞周应力分布的影响
平直的周边 容易出现拉 应力，因而 更容易发生 破坏
转角处容易形成很大剪应力，应尽量避
免出现尖角
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9
4、洞室断面的高跨比对应力的影响
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10
5、圆形洞室围岩塑性解
采用摩尔－库仑强度理论 其它条件同弹性解
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11
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20
4.2 影响地下结构工程稳定的 主要因素
1、地应力 2、岩体结构和材料特性 3、地下水的存在及其活动 4、工程因素 1、2、3是岩体内在因素，或天然因素； 4是外在因素 ，或人为因素
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21
1、岩体原始应力场
地应力是岩体中原已存在的应力。一般情况下， 地应力很大的地区，对洞室围岩稳定不利。无 论是选择洞室位置还是决定洞轴方位，均应仔 细考虑地应力。由于岩体构造复杂，变化大， 少数测点的地应力实测结果带有一定的局限性， 不一定能确切代表该区域的地应力状态，因此， 有人采用有限元回归分析方法来推求某一区域 的地应力场。以此作为洞室布置和围岩稳定分 析的依据。
OB sin , OB r
OA
2
OA Cctg
r
r
2
r
2
Cctg
r
r sin
2
整理后得：
2 r Cctg r1 ssin in 将(B)代入(A)，分离变量，两边积分,得到方
程的通解 lnr(Cc )tg12 ssi i n nln rC 1
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22
岩体应立场是影响地下结构稳定的 重要因素，应该指出的是，各个应 力分量的比值，比应力分量量值的 大小对稳定性起着更为关键的作用 和影响。
由于岩体可能具有的流变性质，实际工 程中围岩变形和松弛还与时间有关。围 岩流变性质不明显时，开挖后很快达到 新的平衡，变形稳定，不再增长。围岩 不好时，开挖后在一段时间内变形逐渐 增加，松弛压力逐渐增加，因此有一个 适时支护的问题。支护得太早，变位尚 未充分发展，形变压力会较大。支护得 太晚，松弛范围太大，松弛压力太大。
（C）
将r＝a处的边界条件r＝pb代入上式求出C1
C 1lnpb(Cc )tg 12 ssi i n nln a
将求出的C1代回C式，求出特解：
2s i n
r pbCctg a r 1si nCctg
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14
1 1 s sii n n pbC
2si n
ct r g 1 si nCc
所谓的“一定范围”是指洞室周围原 始应力场受到扰动的范围，这个范围的 直径一般为洞室最大线度的3～5倍。
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3
2、圆形隧洞围岩中的弹性应力分布
基本假定： 材料均匀、连续、无限体 力学性质为各向同性、线弹性 应力场为均匀分布（垂直为p、水平为q） 隧洞断面为圆形、长度为无限长(平面应
变问题) 施工过程为一次瞬时成洞
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4
根据弹性力学，洞周应力分布为：
r
1p
2
q1
a2 r2
1q
2
p14ar22
3a4 r4
cos2
r
12pq1
a2 r2
1q
2
p13ar44
cos2
r
1q
2
p12ar22
3a4 r4
sin2
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5
当p=q时，上式简化为：
r
p 1
a r
2 2
r
p 1
a r
2 2
r 0
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6
当pq，＝q/p，且r＝a时
r /ra 0,
/ra p12co2sq12co2s,or /ra p12co2sp12co2s
r /ra 0
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7
值对洞周应力分布影响很大
设＝0，代入上式，可得：
0＝p(1+2cos2)+p(1-2cos2) 在洞顶＝90º，洞底＝－90º cos2均等于－1，得： 0＝p(1－2)+p(1＋2)，得： 3＝1， ＝1/3 即 1/3时，洞顶和洞底出现拉应力
a
上述两式给出了塑性区中任一点的应力值。
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15
以下求塑性区的半径R，这要用到在此边界 上，应力表达式同时满足塑性及弹性关系：
r ＋ ＝ 2p …………… 弹性
2sin
r2p1bsCinctga r1sin2Cc …t…g塑性
整理后得：
1s i n
Ra p pb C Ccc ttg g •1si n 2si n
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1
包括五个方面的问题
4.1 地下洞室开挖引起围岩应力变化 4.2 影响地下结构稳定的主要因素 4.3 地下洞室结构失稳的主要型式 4.4 地下结构稳定分析的主要方法 4.5 地下洞室的支护
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2
4.1 地下洞室开挖引起的围岩应力变 化
1、围岩
由人工开挖或自然作用形成的地下洞 室周围一定范围内的岩体，称为围岩， 它是天然材料的地下结构，而衬砌只能 称为人工构筑的人工材料的地下结构。
17
6、圆形洞室围岩中的松弛压力
除了洞周围岩的弹塑性变形产生对支护 的压力外，围岩松动圈内的岩石还会对 支护产生所谓松弛压力：
1、pi=(R-a) (太保守，极值）
2、科卡公式
p i Cc tC gc R a t g 1 2 s si i n na 3 s 1 isn i1 n 1 R a 3 1 s sin i 1 n
列出微小单元的微分方程：
rrd 2dsrin d2 r drrdrd0 sin dd
22
消去d和高阶无穷小量，得到：
（ - r) dr = r dr
即：dr/r = dr/( - r)
（A）
这就是塑性区内应力应满足的微分方程
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12
根据摩尔圆与强度包线相切的关系可 得出塑性区应力与强度的关系
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18
讨论：
松弛压力与弹模 E 和泊松 比无关 松弛压力与容重 呈正比
与地应力有无关系？
与C、有什么关系？
变形压力与松弛之和为支护所受到的压力。 变形压力随洞周位移增大而减小，若想使
位移趋于零，变形压力会趋于无穷大 松弛压力随洞周位移增大而增大，最大＝？
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时间因素的影响…岩体的流变
解出支护力pb的表达式：
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16
2sin
pbpC
ct1g sina1sinC
R
ctg
上式就是著名的Kastner公式
还有两个重要的物理量就是隧洞周边及塑性区周边的 径向位移：
urRRsin2pG Cctg
1s in
uraasin2pG Cctg1spibnCpcC tgctgsin
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8
3、洞室断面的形状
对洞周应力分布的影响
平直的周边 容易出现拉 应力，因而 更容易发生 破坏
转角处容易形成很大剪应力，应尽量避
免出现尖角
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9
4、洞室断面的高跨比对应力的影响
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10
5、圆形洞室围岩塑性解
采用摩尔－库仑强度理论 其它条件同弹性解
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11
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20
4.2 影响地下结构工程稳定的 主要因素
1、地应力 2、岩体结构和材料特性 3、地下水的存在及其活动 4、工程因素 1、2、3是岩体内在因素，或天然因素； 4是外在因素 ，或人为因素
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21
1、岩体原始应力场
地应力是岩体中原已存在的应力。一般情况下， 地应力很大的地区，对洞室围岩稳定不利。无 论是选择洞室位置还是决定洞轴方位，均应仔 细考虑地应力。由于岩体构造复杂，变化大， 少数测点的地应力实测结果带有一定的局限性， 不一定能确切代表该区域的地应力状态，因此， 有人采用有限元回归分析方法来推求某一区域 的地应力场。以此作为洞室布置和围岩稳定分 析的依据。
OB sin , OB r
OA
2
OA Cctg
r
r
2
r
2
Cctg
r
r sin
2
整理后得：
2 r Cctg r1 ssin in 将(B)代入(A)，分离变量，两边积分,得到方
程的通解 lnr(Cc )tg12 ssi i n nln rC 1
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22
岩体应立场是影响地下结构稳定的 重要因素，应该指出的是，各个应 力分量的比值，比应力分量量值的 大小对稳定性起着更为关键的作用 和影响。
由于岩体可能具有的流变性质，实际工 程中围岩变形和松弛还与时间有关。围 岩流变性质不明显时，开挖后很快达到 新的平衡，变形稳定，不再增长。围岩 不好时，开挖后在一段时间内变形逐渐 增加，松弛压力逐渐增加，因此有一个 适时支护的问题。支护得太早，变位尚 未充分发展，形变压力会较大。支护得 太晚，松弛范围太大，松弛压力太大。
（C）
将r＝a处的边界条件r＝pb代入上式求出C1
C 1lnpb(Cc )tg 12 ssi i n nln a
将求出的C1代回C式，求出特解：
2s i n
r pbCctg a r 1si nCctg
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1 1 s sii n n pbC
2si n
ct r g 1 si nCc
所谓的“一定范围”是指洞室周围原 始应力场受到扰动的范围，这个范围的 直径一般为洞室最大线度的3～5倍。
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2、圆形隧洞围岩中的弹性应力分布
基本假定： 材料均匀、连续、无限体 力学性质为各向同性、线弹性 应力场为均匀分布（垂直为p、水平为q） 隧洞断面为圆形、长度为无限长(平面应
变问题) 施工过程为一次瞬时成洞
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根据弹性力学，洞周应力分布为：
r
1p
2
q1
a2 r2
1q
2
p14ar22
3a4 r4
cos2
r
12pq1
a2 r2
1q
2
p13ar44
cos2
r
1q
2
p12ar22
3a4 r4
sin2
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当p=q时，上式简化为：
r
p 1
a r
2 2
r
p 1
a r
2 2
r 0
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当pq，＝q/p，且r＝a时
r /ra 0,
/ra p12co2sq12co2s,or /ra p12co2sp12co2s
r /ra 0
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值对洞周应力分布影响很大
设＝0，代入上式，可得：
0＝p(1+2cos2)+p(1-2cos2) 在洞顶＝90º，洞底＝－90º cos2均等于－1，得： 0＝p(1－2)+p(1＋2)，得： 3＝1， ＝1/3 即 1/3时，洞顶和洞底出现拉应力
a
上述两式给出了塑性区中任一点的应力值。
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以下求塑性区的半径R，这要用到在此边界 上，应力表达式同时满足塑性及弹性关系：
r ＋ ＝ 2p …………… 弹性
2sin
r2p1bsCinctga r1sin2Cc …t…g塑性
整理后得：
1s i n
Ra p pb C Ccc ttg g •1si n 2si n