岩石地下工程课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,岩石力学,*,岩石力学与工程,ROCK MECHANICS AND ENGINEERING,地下工程,q,2024/11/18,1,岩石力学,岩石力学与工程地下工程q2023/9/261岩石力学,本节主要内容,1,相关基本概念,2,深埋,圆形,洞室,弹性,围岩二次应力状态,3,深埋,椭圆,洞室,弹性,围岩二次应力状态,4,深埋,矩形,洞室,弹性,围岩二次应力状态,2024/11/18,2,岩石力学,本节主要内容2023/9/262岩石力学,5,岩体地下工程,5.1,岩体二次应力状态的基本概念,围岩,：,由于人工开挖使岩体的应力状态发生了变化，应力状态被改变了的岩体叫围岩。,二次应力状态：,开挖后，无支护时，调整后的应力状态（原始应力，又称一次应力状态）。,求二次应力状态,时，要给出的,基本条件：,原始应力 本构关系 岩体性质参数,2024/11/18,3,岩石力学,5 岩体地下工程 5.1 岩体二次应力状态的基本概念202,二次应力状态主要特征状态,二次应力为弹性分布（岩体坚硬，原岩应力小，不要支护）。,二次应力为弹塑分布,围岩分两部：弹性区、塑性区,结构面的处理方法,大结构面单独处理；小密集结构面用包容方法处理。,2024/11/18,4,岩石力学,二次应力状态主要特征状态2023/9/264岩石力学,地下工程稳定,稳定定义,：地下工程工作期限内，安全和所需最小断面得以保证，称为稳定。,稳定条件,：,地下工程岩体或支护体中危险点的应力和位移；,岩体或支护材料的强度极限和位移极限。,2024/11/18,5,岩石力学,地下工程稳定,地下工程稳定性可分为,两类,自稳,：不需要支护围岩自身能保持长期稳定,人工稳定,：,需要支护才能保持围岩稳定,2024/11/18,6,岩石力学,地下工程稳定性可分为两类自稳：不需要支护围岩自身能保持长期稳,稳定性问题的力学本质,自稳,不自稳,围岩内危险点的应力和位移,计算围岩压力,支护中危险点的应力或位移,大于支护极限,小于支护极限,人工稳定,改革支护,2024/11/18,7,岩石力学,稳定性问题的力学本质自稳不自稳围岩内危险点的应力和位移计算围,深埋地下工程,地下工程,自身影响达不到地表的，称为,深埋,。反之,浅埋,（2）当,埋深,等于或大于,巷道半径,R,0,或其宽、高之半的20倍以上时，,巷道影响范围（35,R,0,）以内的岩体自重可以忽略不计；原岩水平应力可以简化为均匀分布，通常误差不大（10以下）；,P,0,深埋地下工程的特点,为：,（1）可视为,无限体中的孔洞问题,，孔洞各方向无穷远处，仍为原岩应力；,2024/11/18,8,岩石力学,深埋地下工程地下工程自身影响达不到地表的，称为深埋。反之浅埋,（3）,深埋的水平巷道长度较大时，可作为,平面应变问题,处理。其它类型巷道，或作为空间问题,。,解析方法,数值方法,试验方法,地下工程稳定性分析途径,本章主要内容,弹性,弹-塑性,松散,围岩应力、支护上的压力,2024/11/18,9,岩石力学,（3）深埋的水平巷道长度较大时，可作为平面应变问题处理。其它,深埋地下工程力学模型,2024/11/18,10,岩石力学,深埋地下工程力学模型2023/9/2610岩石力学,5.2,深埋,圆形,洞室,弹性,围岩二次应力状态,一、侧压力系数,（1）计算模型,2024/11/18,11,岩石力学,5.2 深埋圆形洞室弹性围岩二次应力状态 一、侧压力系数（,（2）应力和位移,（,5,9）,平面应力时,2024/11/18,12,岩石力学,（2）应力和位移（59）平面应力时2023/9/2612岩,（,5,10）,平面应变时,2024/11/18,13,岩石力学,（510）平面应变时2023/9/2613岩石力学,圆形洞室二次应力分布,2024/11/18,14,岩石力学,圆形洞室二次应力分布2023/9/2614岩石力学,（3）洞室的径向位移,（平面应变时）,轴对称、切向位移：,V,=0,径向位移：,开挖前,，岩体产生的位移（,r,a,=0,）由上式得：,（,512,）,由于开挖引起的位移,2024/11/18,15,岩石力学,（3）洞室的径向位移（平面应变时）轴对称、切向位移：V=0,（4）洞周的应变,开挖前,，岩体已完成应变,开挖引起的应变,：,可见 ，说明 时，,岩体的体积不发生变化的特点。,r,a,=0,代入（,5-10,）式得：,2024/11/18,16,岩石力学,（4）洞周的应变 开挖前，岩体已完成应变开挖引起的应变：,（5）洞壁的稳定性评,弹,塑,破碎,弹,塑,破,稳定条件,围岩可能出现的情况,塑,破碎,洞室周边，处于单向应力状态，最容易破坏。周边最大切应力：,2024/11/18,17,岩石力学,（5）洞壁的稳定性评 弹弹稳定条件围岩可能出现的情况塑破碎洞,二、时，二次应力状态,(1)计算模型,I,轴对称,II,反对称,2024/11/18,18,岩石力学,二、时，二次应力状态(1)计算模型I轴对称II反,（2）应力位移分析,I,II,加,二次应力埸,等于,(,5-15),2024/11/18,19,岩石力学,（2）应力位移分析 III加二次应力埸等于(5-15)20,(,5-16),有工程应用价值的位移是由于开挖引起的位移，可用 类似 方法 求出：,2024/11/18,20,岩石力学,(5-16)有工程应用价值的位移是由于开挖引起的位移，可用,（3）,洞室周边,应力,洞室周边，处于单向应力状态，最容易破坏 。代入(,5-15),得洞室周边应力：,可见洞室周边只有切向应力：,式中：,K-,围岩内的总应力集中系数,K,z,、K,x,-,分别为垂直和水平应力集中系数,洞室周边应力集中系数与侧压力系数有关见图(,5-5),2024/11/18,21,岩石力学,（3）洞室周边应力 洞室周边，处于单向应力状态，最容易,2024/11/18,22,岩石力学,2023/9/2622岩石力学,（3）,洞室周边位移,将,r=r,a,代入式(,5-16),，得由于开挖引起的洞室周边位移：,影响洞壁位移的因素很多，有岩体性质、初始应力、开挖半径、位移与径向夹角等。径向位移比切向位移稍大些，因此，,径向位移，对围岩稳定性起主导作用。,径向位移便于测量与控制!,2024/11/18,23,岩石力学,（3）洞室周边位移将r=ra代入式(5-16)，得由于开挖引,5.3,深埋,椭圆,洞室,弹性,围岩二次应力状态,图,5-6,椭圆洞室单向受力计算简图,(1)计算模型,2024/11/18,24,岩石力学,5.3 深埋椭圆洞室弹性围岩二次应力状态 图5-6 椭圆,(2)洞壁应力计算公式,（,5-20）,2024/11/18,25,岩石力学,(2)洞壁应力计算公式（5-20）2023/,选择,3个,关键点,（）代入（,5-20,）式,得，3个关键点，在不同侧压力系数下的应力，,见表,5-1,。,洞壁应力分布特点：,2024/11/18,26,岩石力学,选择3个关键点（）代入（5-20）式,2024/11/18,27,岩石力学,2023/9/2627岩石力学,(3)最佳轴比（谐洞）,最有利于巷道围岩稳定的巷道断面尺寸，可用它的高跨,比 表征（轴比），称为,最佳轴比或诣洞,。,最佳轴比应满足如下三个,条件,：,巷道周边应力 均匀分布；,巷道周边不出现拉应力；,最大应力值是各种截面中的最小值。,2024/11/18,28,岩石力学,(3)最佳轴比（谐洞）2023/9/2628岩石力学,对式（,5,20,）两边求导，并令其等于零，求应力分布极,值状态，即：,把,k=1/,代入式（,5,20,）得：,2024/11/18,29,岩石力学,对式（520）两边求导，并令其等于零，求应力分布极把 k,5.4,深埋,矩形,洞室,弹性,围岩的二次应力状态,孔边应力分布：,K,x,，,K,z,-,分别为水平、垂直方向的应力集中,系数表,5-2,。,2024/11/18,30,岩石力学,5.4 深埋矩形洞室弹性围岩的二次应力状态 2023/9/,2024/11/18,31,岩石力学,2023/9/2631岩石力学,当 时，矩形洞室周边均为压应力,当 时，洞室周边出现拉应力,矩形洞室周边角点应力远大于其它部位的应力,2024/11/18,32,岩石力学,当 时，矩形洞室周边均为压应力当,结束语,2024/11/18,33,岩石力学,结束语2023/9/2633岩石力学,