隧道工程计算

2
围岩压力的计算 弹性变形
＝0.5 ＝0.75 ＝1 ＝0.25 ＝0
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2
围岩压力的计算 塑性变形
+
围岩单元体的受力状态
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1
2
3
4
形变压力
弹性变形压力 塑性变形压力 流变压力 影响因素： 原始应力、岩体力 学性质、支护结构 刚度及支护时间
松动Байду номын сангаас力
开挖而松动或塌 落的岩体直接作 用在支护结构上 自然平衡拱： 应力重分布-变形 -开裂-松动-塌落成拱
冲击压力
由于围岩膨胀崩 解引起的压力
膨胀压力
又称岩爆，它是 积聚了大量的弹 性变性能的围岩， 开挖突然释放出 来时所产生的压 力
成拱效应
开挖隧道所引起的围岩松
动和破坏范围有大有小，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 的围岩松动压力远远小于其上 覆岩层的自重力，这可用围岩 的“成拱效应”来解释。
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(1 ) cos 2 ]
t
y
2 (1 3a 4 )(1 ) cos 2 ]
[(1 a 2 )(1 )
＝
rt
y
2
(1 )
(1 2 2 3 4 ) sin 2
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1
隧道荷载的产生及分类 初始地应力
平均水平主应力与垂直应力的比值
3.水平应力普遍大于垂直应力
4.平均水平应力与垂直应力的比 值随深度增加而减小，但在不同 地区，变化的速度很不相同
澳大利亚 美国 加拿大 斯堪的纳维亚 南非 其他地区
世界各国平均水平主应力与垂直应力的比值随深度变化的规律图
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2
围岩压力的计算 弹性变形
＝0 1/3 ＝1/3
3
8/3
（ ）
（ ）
1/2
＝1/2 1/2
＝1
5/2
（ ）
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2
围岩压力的计算 弹性变形
0
0.58 3 2
（ ）
＝0
（ ）
＝1
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2
围岩压力的计算 松动压力
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1
隧道荷载的产生及分类 初始地应力
5.地应力的上述分布规律还会受到地形、 地表剥蚀、风化、岩体结构特性、岩体 力学性质、温度、地下水等因素的影响， 特别是地形和断层的扰动影响最大
SEE 图 例
应力释放区 应力扰动区 原岩应力区 高地应力区
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隧道工程计算
局技术中心
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隧道荷载的产生及分类 2 3 隧道围岩压力计算 隧道支护结构体系计算模型 实例讲解
主要 内容
4
5
模拟计算演示
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1
隧道荷载的产生及分类 隧道开挖后的应力状态
开挖 原始岩体 毛洞
支护 支护体系
时间 稳定洞室
初始应力 状态 （一次应 力状态）
开挖后应 力状态 （二次应 力状态）
支护体系 应力状态 （三次应 力状态）
终极应力 状态 （四次应 力状态）
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围岩压力的计算 计算方法
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2
围岩压力的计算 弹性变形
r
y
2 (1 4a 2 3a 4 )
[(1 a 2 )(1 )
1
隧道荷载的产生及分类 隧道开挖后的应力状态
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1
隧道荷载的产生及分类 隧道开挖后的应力状态
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1
隧道荷载的产生及分类 围岩压力
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围岩压力的计算 塑性变形
2 y ( 1) Rb 1 r0 a[ ] 1 Rb
1
弹、塑性区交界处的径向应力
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围岩压力的计算 塑性变形
400
300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
隧道荷载的产生及分类 初始地应力
1.地应力是一个具有相对稳定性 的非稳定应力场，它是时间和空 间的函数
澳大利亚 美国 加拿大 斯堪的纳维亚 南非 其他地区
2.实测垂直应力基本等于上覆岩 层的重量
世界各国垂直应力
随深度 的变化规律图
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隧道荷载的产生及分类 初始地应力
西伯利亚板块
太平洋板块
地应力是存在于 地层中的未受工程扰 动的天然应力,也称 岩体初始应力。构造 应力场和自重应力场 是现今地应力场的主 要组成部分。
印度板块 菲律宾板块
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圆形坑道周围弹塑性的应力分布
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围岩压力的计算 塑性变形
不同 值条件下坑道围岩塑性区的形状和范围
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围岩压力的计算 松动压力