第五章隧道结构体系设计 原理与方法 第一节概述 隧道的结构体系是由围岩和支护结构共同组成的。其 中围岩是主要的承载元素,支护结构是辅助性的,但通常也 是必不可少的,在某些情况下,支护结构主要起承载作用 这就是按现代岩石力学原则设计支护结构的基本出发点
第五章 隧道结构体系设计 原理与方法 第一节 概 述 隧道的结构体系是由围岩和支护结构共同组成的。其 中围岩是主要的承载元素，支护结构是辅助性的，但通常也 是必不可少的，在某些情况下，支护结构主要起承载作用。 这就是按现代岩石力学原则设计支护结构的基本出发点
隧道开挖前岩体处于初始应力状态,谓之一次应力 状态;开挖隧道后引起了围岩应力的重分布,同时围岩 将产生向隧道内的位移,形成了新的应力场,称之为围 岩的二次应力状态,这种状态受到开挖方式(爆破、非爆 破)和方法(全断面开挖、分部开挖等)的强烈影响。如果 隧道围岩不能保持长期稳定,就必须设置支护结构,从 隧道内部对围岩施加约束,控制围岩变形,改善围岩的 应力状态,促使其稳定,这就是三次应力状态。显然这 种状态与支护结构类型、方法以及施设时间等有关。 次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结 构,这样,这个力学过程才告结束
隧道开挖前岩体处于初始应力状态，谓之一次应力 状态；开挖隧道后引起了围岩应力的重分布，同时围岩 将产生向隧道内的位移，形成了新的应力场，称之为围 岩的二次应力状态，这种状态受到开挖方式(爆破、非爆 破)和方法(全断面开挖、分部开挖等)的强烈影响。如果 隧道围岩不能保持长期稳定，就必须设置支护结构，从 隧道内部对围岩施加约束，控制围岩变形，改善围岩的 应力状态，促使其稳定，这就是三次应力状态。显然这 种状态与支护结构类型、方法以及施设时间等有关。三 次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结 构，这样，这个力学过程才告结束
要进行支护结构设计,就必须充分认识和了解以下五方面的 问题: 围岩的初始应力状态,或称一次应力状态G},这部分内 容已在第四章中作了介绍; 开挖隧道后围岩的二次应力状态GP和位移场 ■判断围岩二次应力状态和位移场是否符合稳定性条件即围 岩稳定性准则。一般可表示为: /({}2,R1) ({x}2,R2) Oo 式中的R1、R2是根据围岩的物理力学特性所确定的某些特 定指标
要进行支护结构设计，就必须充分认识和了解以下五方面的 问题： ▪ 围岩的初始应力状态，或称一次应力状态 , 这部分内 容已在第四章中作了介绍； ▪ 开挖隧道后围岩的二次应力状态 和位移场 ； ▪ 判断围岩二次应力状态和位移场是否符合稳定性条件即围 岩稳定性准则。一般可表示为： (5-1) 式中的 、 是根据围岩的物理力学特性所确定的某些特 定指标。 0 2 2 u ( ) ( ) = = , 0 , 0 2 2 1 2 F u R f R 、 R1 R2
设置支护结构后围岩的应力状态,亦称围岩的三次应 力状态G和位移场以及支护结构的内力M和位移{)} 判断支护结构安全度的准则,一般可写成 f(MK1)=0 F2({}K2)=0 式中的K,、K是支护结构材料的物理力学参数
▪ 设置支护结构后围岩的应力状态，亦称围岩的三次应 力状态 和位移场 ，以及支护结构的内力 和位移 。 ▪ 判断支护结构安全度的准则，一般可写成： (5-2) 式中的 、 是支护结构材料的物理力学参数。 3 3 u M ( ) ( ) = = , 0 , 0 2 2 1 1 F K f M K K1 K2
第二节围岩的二次应力场和位移场 隧道开挖后的弹性二次应力状态及位移状态 计算围岩的二次应力场和位移场,首先推算隧道开挖 前围岩的初始应力状态G,以及与之相适应的位移场{x°。 隧道开挖后,因其周边上的径向应力on和剪应力都为零, 故可向具有初始应力的围岩,在隧道周边上反方向施加与 初始应力相等的释放应力。用弹性力学方法计算带有孔洞 的无限平面在释放应力作用下的应力厢位移}。而真实 的围岩二次应力场及位移场为: }={oy+{} }2={ 模拟隧道开挖所经历的力学过程可以用图5-1表示
第二节 围岩的二次应力场和位移场 一、隧道开挖后的弹性二次应力状态及位移状态 计算围岩的二次应力场和位移场，首先推算隧道开挖 前围岩的初始应力状态 ，以及与之相适应的位移场 。 隧道开挖后，因其周边上的径向应力 和剪应力 都为零， 故可向具有初始应力的围岩，在隧道周边上反方向施加与 初始应力相等的释放应力。用弹性力学方法计算带有孔洞 的无限平面在释放应力作用下的应力 和位移 。而真实 的围岩二次应力场及位移场为： 0 0 0 u n 1 1 u = = + 2 1 2 0 1 u u 模拟隧道开挖所经历的力学过程可以用图5-1表示