水 o, fuo {o}={o}+{o 图5-1隧道开挖所经历的力学过程模拟 对于自重应力场中的深埋隧道,常常将它的围岩初始应力 场简化为常量场,也就是假定围岩的初始应力到处都是 样。并取其等于隧道中心点的自重应力,即 式中H为隧道中心点的埋深,以m计,4是围岩的侧压力 系数,无量纲
A B 0 0 (a) B A 0 x 0 {},{u} 0 0 n 1 1 {},{u} 1 1 2 {}={}+{} 2 0 1 {u}={u} 2 1 r 2 (b) (c) (d) z n 图5-1 隧道开挖所经历的力学过程模拟 对于自重应力场中的深埋隧道，常常将它的围岩初始应力 场简化为常量场，也就是假定围岩的初始应力到处都是一 样。并取其等于隧道中心点的自重应力，即 式中 为隧道中心点的埋深，以m计， 是围岩的侧压力 系数，无量纲。 = = x z z Hc Hc
根据弹性力学原理,这个 11111111m1 入H 问题的求解还可以简化为 不考虑体积力的形式,而 用在有孔无限平面(无重的) 无穷远边界上作用有垂直 均布荷载和水平荷载的形 +11+ 式来代替,如图5-2所示 图5-2力学模型 由此而引起的计算误差在洞周上是不大的,并随着隧道埋深 的增加而减少。当埋深超过10倍洞径时,其误差可以忽略不
根据弹性力学原理，这个 问题的求解还可以简化为 不考虑体积力的形式，而 用在有孔无限平面(无重的) 无穷远边界上作用有垂直 均布荷载和水平荷载的形 式来代替，如图5-2所示。 Z r0 r A X HC HC 图5-2 力学模型 由此而引起的计算误差在洞周上是不大的，并随着隧道埋深 的增加而减少。当埋深超过10倍洞径时，其误差可以忽略不 计
隧道开挖后形成塑性区的二次应力状态及位移状 态 塑性应力区域是由于多数围岩具有塑性这一性质而造成 的。塑性就是指围岩在应力超过一定值后产生塑性变形的性 质。此时,应力即使不增加,变形仍继续。当围岩内应力超 过围岩的抗压强度后,围岩发生塑性变形并迫使塑性变形的 围岩向隧道内滑移。塑性区的围岩因变得松弛,其物理力学 性质也发生变化 三、无支护坑道的稳定性及其破坏 坑道稳定性是指隧道围岩在开挖过程中,在不设任何 支护情况下所具有的稳定程度
二、隧道开挖后形成塑性区的二次应力状态及位移状 态 塑性应力区域是由于多数围岩具有塑性这一性质而造成 的。塑性就是指围岩在应力超过一定值后产生塑性变形的性 质。此时，应力即使不增加，变形仍继续。当围岩内应力超 过围岩的抗压强度后，围岩发生塑性变形并迫使塑性变形的 围岩向隧道内滑移。塑性区的围岩因变得松弛，其物理力学 性质也发生变化。 三、无支护坑道的稳定性及其破坏 坑道稳定性是指隧道围岩在开挖过程中，在不设任何 支护情况下所具有的稳定程度
无支护坑道围岩的失稳破坏有三种形式: 由于破碎岩体的自重作用,超过了它们脱离岩体的阻力而多 在顶部、较少在侧壁处造成局部崩塌; 由围岩应力重分布所造成的应力集中区域内的岩体强度破坏 而形成的崩塌。一般发生在脆性岩体中,且在多数情况下,岩 体破坏从坑道侧壁开始,同时岩体的破坏和位移也可能发生在 顶部和底部; 在塑性岩体中,稳定的丧失是由于塑性变形的结果,岩体产 生了过度的位移,但无明显的破坏迹象
无支护坑道围岩的失稳破坏有三种形式： ❖ 由于破碎岩体的自重作用，超过了它们脱离岩体的阻力而多 在顶部、较少在侧壁处造成局部崩塌； ❖ 由围岩应力重分布所造成的应力集中区域内的岩体强度破坏 而形成的崩塌。一般发生在脆性岩体中，且在多数情况下，岩 体破坏从坑道侧壁开始，同时岩体的破坏和位移也可能发生在 顶部和底部； ❖ 在塑性岩体中，稳定的丧失是由于塑性变形的结果，岩体产 生了过度的位移，但无明显的破坏迹象
第三节隧道围岩与支护结构的共同作用 收敛和约束的概念 开挖隧道时,由于临空面的形成,围岩开始向洞内产生 位移,这种位移我们称之为收敛。若岩体强度髙,整体性好 断面形状有利,岩体的变形到一定程度,就将自行停止,围 岩是稳定的。反之,岩体的变形将自由地发展下去,最终导 致隧道围岩整体失稳而破坏。在这种情况下,应在开挖后适 时地沿隧道周边设置支护结构,对岩体的移动产生阻力,形 成约束。相应地支护结构也将承受围岩所给予的反力,并产 生变形。如果支护结构有一定的强度和刚度,这种隧道围岩 和支护结构的相互作用会一直延续到支护所提供的阻力与围 岩应力之间达到平衡为止,从而形成一个力学上稳定的隧道 结构体系。这时的隧道围岩应力状态称为三次应力状态
第三节 隧道围岩与支护结构的共同作用 一、收敛和约束的概念 开挖隧道时，由于临空面的形成，围岩开始向洞内产生 位移，这种位移我们称之为收敛。若岩体强度高，整体性好、 断面形状有利，岩体的变形到一定程度，就将自行停止，围 岩是稳定的。反之，岩体的变形将自由地发展下去，最终导 致隧道围岩整体失稳而破坏。在这种情况下，应在开挖后适 时地沿隧道周边设置支护结构，对岩体的移动产生阻力，形 成约束。相应地支护结构也将承受围岩所给予的反力，并产 生变形。如果支护结构有一定的强度和刚度，这种隧道围岩 和支护结构的相互作用会一直延续到支护所提供的阻力与围 岩应力之间达到平衡为止，从而形成一个力学上稳定的隧道 结构体系。这时的隧道围岩应力状态称为三次应力状态