坑道支护后的围岩应力状态及位移状态 隧道开挖后,围岩应力状态出现两种情况 种是开挖后的二次应力状态仍然是弹性的,隧道围岩除 因爆破、地质状态、施工方法等原因可能引起稍许松弛掉块外, 是稳定的,在这种情况下,坑道是稳定的,原则上无需支护,即 使支护也是防护性的,支护方法一般可采用喷浆或者喷射混凝士; 另一种是开挖后隧道围岩产生一定范围的塑性区,此时应采 用承载型的支护结构,以维护坑道的稳定。 坑道支护后,相当于在坑道周边施加了一个阻止隧道围岩变 形的支护阻力(抗力),从而也改变了围岩的二次应力状态。支护 阻力的大小和方向对围岩的应力状态有着很大的影响
二、坑道支护后的围岩应力状态及位移状态 隧道开挖后，围岩应力状态出现两种情况： 一种是开挖后的二次应力状态仍然是弹性的，隧道围岩除 因爆破、地质状态、施工方法等原因可能引起稍许松弛掉块外， 是稳定的，在这种情况下，坑道是稳定的，原则上无需支护，即 使支护也是防护性的，支护方法一般可采用喷浆或者喷射混凝土； 另一种是开挖后隧道围岩产生一定范围的塑性区，此时应采 用承载型的支护结构，以维护坑道的稳定。 坑道支护后，相当于在坑道周边施加了一个阻止隧道围岩变 形的支护阻力(抗力)，从而也改变了围岩的二次应力状态。支护 阻力的大小和方向对围岩的应力状态有着很大的影响
三、围岩特性曲线(支护需求曲线) 支护阻力P与隧道洞壁位移a的关系曲线如图5-12所示 这条曲线形象的表达 了支护结构与隧道围 max 岩之间的相互作用: 在极限位移范围内, 弹塑性分界 围岩允许的位移大了 所需的支护阻力就小 而应力重分布所引起 a, ln 的后果大部分由围岩 a. max 所承担;围岩允许的 形变压力 松散压力 位移小了,所需的支 护阻力就大,围岩的 图5-12围岩特性曲线 承载能力就得不到充 分的发挥
三、围岩特性曲线(支护需求曲线) 支护阻力 Pa 与隧道洞壁位移 ua 的关系曲线如图5-12所示。 形变压力 松散压力 a 弹塑性分界 P Pa,max ulim ua Pa,min ua,max 图5-12 围岩特性曲线 这条曲线形象的表达 了支护结构与隧道围 岩之间的相互作用： 在极限位移范围内， 围岩允许的位移大了， 所需的支护阻力就小， 而应力重分布所引起 的后果大部分由围岩 所承担；围岩允许的 位移小了，所需的支 护阻力就大，围岩的 承载能力就得不到充 分的发挥
四、支护特性曲线(支护补给曲线) 以圆形隧道为研究对象,并假定围岩给支护结构的反力也是径 向匀布的。因此,这还是一个轴对称问题。相对于围岩的力学 特性而言,混凝土或钢支护结构的力学特性可以认为是线弹性 的,也就是说作用在支护结构上的径向均布压力P是和它的径 向位移u2-40成线性关系,即 P=K 式中的K定义为支护结构的刚度。 锚喷联合支护 喷混凝土支护 对于几种支护结构型式,其支 锚杆支护 护特性曲线如图5-13所示。 图5-13支护特性曲线
四、支护特性曲线(支护补给曲线) 以圆形隧道为研究对象，并假定围岩给支护结构的反力也是径 向匀布的。因此，这还是一个轴对称问题。相对于围岩的力学 特性而言，混凝土或钢支护结构的力学特性可以认为是线弹性 的，也就是说作用在支护结构上的径向均布压力 是和它的径 向位移 成线性关系，即 式中的 定义为支护结构的刚度 。 Pa ua − u0 ( ) Pa = Ks ua − u0 Ks Pa ua 锚喷联合支护 喷混凝土支护 锚杆支护 图5-13 支护特性曲线 对于几种支护结构型式，其支 护特性曲线如图5-13所示
五、围岩与支护结构准静力平衡状态的建立(三次 应力场) 如果支护结构有足够的强度和刚度,则围岩的支护需求曲线 和支护结构的支护补给曲线会相交一点,而达到平衡,这个 交点都应在础m或lm之前。随着时间的推移,地下水位逐渐 恢复,围岩物性指标恶化,锚杆锈蚀等等,这个平衡状态还 将调整。 图5-14说明: 1.不同刚度的支护结构与围 岩达成平衡时的P和a是 弹塑性分界 不同的。 2.同样刚度的支护结构,由 于架设的时间不同,最后达图514围岩和支护结构的相互作用 成平衡的状态也是不同的
五、围岩与支护结构准静力平衡状态的建立(三次 应力场) 如果支护结构有足够的强度和刚度，则围岩的支护需求曲线 和支护结构的支护补给曲线会相交一点，而达到平衡，这个 交点都应在 或 之前。随着时间的推移，地下水位逐渐 恢复，围岩物性指标恶化，锚杆锈蚀等等，这个平衡状态还 将调整。 ulim max u a 弹塑性分界 P ua 图5-14说明： 1. 不同刚度的支护结构与围 岩达成平衡时的 和 是 不同的。 2. 同样刚度的支护结构，由 于架设的时间不同，最后达 成平衡的状态也是不同的。 Pa a u 图5-14 围岩和支护结构的相互作用
第四节支护结构的设计原则 支护结构的基本作用在于:与围岩一起组成一个有足够 安全度的隧道结构体系,能承受可能出现的各种荷载;保持 隧道断面的使用净空;防止围岩质量的进一步恶化;提供空 气流通的光滑表面。因此,任何一种类型的支护结构都应具 有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性。 支护结构的基本要求 必须能与围岩大面积地牢固接触,即保证支护结构与围岩 作为一个整体进行工作
第四节 支护结构的设计原则 支护结构的基本作用在于：与围岩一起组成一个有足够 安全度的隧道结构体系，能承受可能出现的各种荷载；保持 隧道断面的使用净空；防止围岩质量的进一步恶化；提供空 气流通的光滑表面。因此，任何一种类型的支护结构都应具 有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性。 一、支护结构的基本要求 1. 必须能与围岩大面积地牢固接触，即保证支护结构与围岩 作为一个整体进行工作