岩体力学方法讲义课件

设 力值。
计
确定 的途径有：
原
① 由现场实测的塑性区半径r求（按重力平衡
理
条件求） ；
与
② 根据坑道周边的允许位移值求 ；
方
③ 实地量测形变压力作为 ；
法
④ 根据围岩特征曲线求 。
假定P的作用方向为水平方向
⒈ 喷砼提供的支护抗力值
地
喷砼抗力是指沿剪切面喷层所提供的平均分配
下 在剪切区高度b上的抗剪力。
与
方
法
地 ⒊ 锚杆提供的支护抗力值
下 锚杆的受力破坏有两种情况：
结
⑴ 锚杆体本身的强度不足而被拉断。此时锚杆 提供的平均径向支护抗力 为：
构
设
计
式中 F 锚杆的断面积
原
锚杆的抗拉强度
理
锚杆纵向及横向间距 ⑵ 锚杆的粘结破坏，即砂浆锚杆与锚杆孔壁之
与 间粘结力不足而破坏。此时锚杆提供的平均径向支
方 护抗力 为：
地 下 结 构 设 计 原 理 与 方 法
地 下 结
第五章 岩体力学方法 主要对锚喷支护进行设计 计算模型：地层—结构模式，即结构处于无限 或半无限介质中，支护结构镶嵌在围岩空洞上（相
构 当于加劲环）所组成的复合模式。此模式中，支护
设 结构与围岩相互作用，组成一个共同承载体系，其
计 中围岩为主要的承载结构。
原
将衬砌结构，回填层及围岩视为一个在外荷载
理 作用下互相制约的受力变形体系—地层-结构模式-
与 整体分析模式。
方
荷载-结构模式将支护结构与围岩“分割”开
法 来，即把围岩视为产生荷载，而支护结构（衬
砌）则承受围岩产生的荷载，这是不尽合理的，
例如，在无支护坑道中，坑道围岩本身就是承
地 载结构，其工作状态接近于半无限或无限介质中的
地 下
§5.1 数值法
有限单元法，取6～10倍洞径范围进行分析。 可简化为平面应变问题，各向同性的均质弹性
结 体。
构
单元类型：三角形、四变形、回填的弹簧单
设 元、毛感的梁单元、防水层的节理单元、衬砌
计 梁单元各种体单元。
原
理
与
方
法
地 下
§5.2 剪切滑移破坏法
60年代初，奥地利的拉布塞维奇教授，首先 提出了剪切滑移破坏理论，指出锚喷柔性支护破坏
法 式中，S为锚杆拉拔力，由锚杆拉拔试验求得
对于 的取值，在围岩好时取第一种情况，
地 否则取第二种情况。
下
由于在范围内的锚杆才能对剪切滑移体产生抗
结 力，则：
构
设
计
为集中力，现化成为剪切区高度上b/2的分布
原 力，则：
理
与 方 将代入上式有：
法或
⒋ 围岩本身提供的支护抗力值
地
剪切滑移体滑动时，围岩在滑面上的抗滑力，
结 形态主要是剪切破坏而不是挠曲破坏，且在剪切破
构 坏前没有出现挠曲开裂。
设
一、剪切滑移体的形成
计
当垂直荷载大于侧向荷载时形成暂时稳定的垂
原 直椭圆形洞室，反之则形成水平椭圆形洞室。
理
剪切滑移体一定位于塑性范围内。
与
剪切滑移面与最大主应力轨迹线承45°-
方 （ 是围岩的内摩擦角），计为：
法
地
设在剪切滑移线上任取一点i，该点处的半径为r， 与垂直轴的夹角为 ，当 增加一个 时，r
地 =30°，
, a=2.9m， =0.2m，
下 =30°，钢拱支撑为H150×150 型钢，截面积
结 =40.14 ， =9100 剪切角 =45°,l=2.12m
构 （粘结式锚杆），纵向间距e=1.0m，横向间距
设 t=1.139m。
计 解：⑴ 求剪切角
=45°-15°=30°
原
⑵ 做楔体型滑动岩块的剪切滑动轨迹。
计
为喷砼的剪切角，取 =30°
原
b 为剪切区高度
理
为剪切滑移面的平均倾角，
，
与
, 为岩体内摩擦角
方
法
⒉ 钢支撑提供的支护抗力值
地
计算时可换算成相应的喷混泥土支护抗力，即：
下
结
式中 每米隧道钢材的当量面积
构
钢材的抗剪强度，一般取
设
（或 =15 ）
计
钢材的允许抗拉强度
原
钢材的剪切角，一般取 =45°
理
理
用公式
与
以 为变量取 由
之间的不同数值算
方
出对应的r值，则可做出滑动曲线。
法
⑶ 求剪切滑动区域宽度
=5.02m
⑷ 计算
地 下 ⑸ 计算钢拱架承载力 结 构 ⑹ 计算锚杆对围岩的径向平均压应力 设 计 ⑺ 计算岩石支撑环的承载力，光求 、 原 理 与 方 法
地 下 结 构 再求 、 设 计 原 理 与 方 法
下 孔洞。
结 “新奥法”的根本点就是充分调动围岩自身承受
构
荷
设 计
载的积极性，或者说充分利用围岩自身承受荷载的 能力。
支护结构与围岩的相互作用与下列因素有关：
原
①岩体的初始应力状态②岩体的特性
理
③支护结构的特性
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与
④支护结构与围岩的接触条件
方
⑤支护结构参与工作的时间
法
⑥施工技术
此模式的求解方法主要有数值法、剪切滑移破坏
方
法
地 下 结 构 由于 设 将 代入上式得： 计 上式中的径向主应力 值随剪切滑移面上的位置 原 而变化，难以确定，所以假定 等于各支护结构 理 所提供的径向支护抗力之和。 与 即： 方 式中： 喷砼层提供的径向支护抗力
法
钢支撑提供的径向支护抗力
地
下
结
锚杆提供的径向支护抗力
构
设
计
原
理
与
方
法
计算实例：已知某隧道的数据：岩石内摩擦角
下 的增量为 ，由于 和 值很小，近似求得：
结
构
设 积分：
得
计 故：
原
可见剪切滑移体为一对对数螺旋线组成，，其
理 曲线方程式为：
与
方
法
为阻止剪切滑移体向坑道内滑移，需修筑锚喷 支护以稳定坑道。
二、剪切滑移破坏法的计算
地
锚喷支护所提供的支护抗力必须与剪切滑移
下 体的滑移力相平衡，即总支护抗力：
结
构
为阻止剪切滑移体滑移所需要的最小支护抗
下 其水平方向的分力在剪切区高度b/2上的抗力 为：
结
构
式中 剪切滑移体长度，其值为
设
=
, 为加固带宽度
计 由剪切滑移体曲线方程有：
原 即：
理
与
方 两边取对数有： 法
取l为形成加固带时锚杆的有效长度，为锚杆
地 横向间距，有： 下
结
构
设 为剪切滑移面的平均倾角，取经验数据： 计 l 为形成加固带时锚杆的有效长度。 原 、 分别为沿滑移面的剪切应力和垂直于滑移面 理 的正应力，它们按摩尔包络线为直线时的假定求 与 出。
结
剪切滑移体向坑道方向移动时对喷层产生水平
构 推力，此时，如喷层强度不足，则在剪切滑移体的
设 上下边缘处（应力集中区）形成两个剪切滑移面。
计 当处于受力极限平衡时，其水平推力与两个剪切面
原 上的水平抗剪分力相平衡，
理
与
即：
方 法而
地故 下
结 式中 构
设
为喷砼层的厚度 为喷砼抗剪强度，取 （ 为抗压强度）
⑻ 计算锚杆的承载力
地 下 结 构 ⑼ 计算初期支护结构对围岩的总承载力 设 计 原 理 与 方 法