围岩压力计算方法(PPT37页)

围岩压力的概念
（2）自然拱的范围
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：
围岩压力的概念
隧道的形状和尺寸：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； 隧道的埋深：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。 施工因素：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。
第四节 围岩压力
1、围岩压力的概念 2、围岩压力的确定
围岩压力的概念
1、围岩压力
隧道开挖后，因围岩变形或松散等原因， 作用于洞室周边岩体或支护结构上的压力。 从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在 支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义 的围岩压力。
围岩压力的概念
1、围岩压力的分类（按作用力发生形态） ⑴ 松散压力：是指由于开挖而松动或坍塌的岩体 以重力形式直接作用在支护结构的压力。 ⑵ 形变压力：是指由于围岩变形受到与之密贴的 支护的抑制，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。 ⑶ 膨胀压力：是指由于围岩吸水而膨胀崩解所引 起的压力。 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，
IV～VI级围岩取 Hp＝2.5hq
当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋，
H＜Hp时为浅埋
计算公式
1、埋深(H)小于或等于等效荷载高度hq时， 荷载视为均布竖向压力
围岩压力的概念
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。
应用该公式时，必须同时具备下列条件： （1）H/B<1.7 （2）不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。
一般规定
围岩竖向匀布压力q按下式计算： q = 0.45 ×2 s-1×γω (kNHale Waihona Puke Baidum2)
式中 ：S—围岩级别，如属II级，则S＝2；
γ— 围岩容重， (kN/m3)；
ω＝1+ i(B-5) — 宽度影响系数；
围岩压力的确定
1、确定的方法 2、一般规定
确定方法
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
确定方法
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。
围岩压力的概念
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。
围岩压力的概念
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。
围岩压力的概念
3、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。
围岩压力的概念
（1）阶段的划分
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； 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； 顶板岩体视其强度的不同而逐步坍塌，可视为坍 塌阶段； 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。
深埋和浅埋隧道的判定原则
深、浅埋隧道的判定原则
Hp＝（2～2.5）hq
式中:Hp—深浅埋隧道分界深度; hq—荷载等效高度，按下式计算：
hq＝q/γ q—深埋隧道竖向均布压力 kN／m2； γ — 围岩容重（kN／m3）。
深埋和浅埋隧道的判定原则
在矿山法施工的条件下
I一III级围岩取 Hp＝2hq
确定方法
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。
一般规定
1、Ⅰ－Ⅳ级围岩中的深埋隧道，围岩压力主要为 形变压力，其值可按释放荷载计算。 2、Ⅳ－Ⅵ级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷 载时，其垂直均布压力及水平均布压力可按下列 公式计算：
布压力
0.3)q
一般规定
3、浅埋隧道围岩压力的确定 （1）深埋和浅埋隧道的判定原则 （2）计算公式
深埋和浅埋隧道的判定原则
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。 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
B — 隧道宽度，（m）；
i —以B＝5m为基准，B每增减1m时的
围岩压力增减率。
当B<5m，取i ＝0.2；当B > 5m,取i ＝0.1。
一般规定
围岩的水平匀布压力e 的确定，按下表中的 经验公式计算
围岩 I、II III
IV
V
VI
级别
水平匀 0 <0.15q (0.15～ (0.3～0.5)q (0.5～1.0)q