第七章2有压隧洞最小覆盖层厚度.docx
- 文档编号:15265360
- 上传时间:2023-07-03
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:187.94KB
第七章2有压隧洞最小覆盖层厚度.docx
《第七章2有压隧洞最小覆盖层厚度.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第七章2有压隧洞最小覆盖层厚度.docx(17页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
第七章2有压隧洞最小覆盖层厚度
五、有压隧洞最小覆盖层厚度
从上面的应力分析中,在围岩内的附加应力
b2
r2Pb
r
有衬砌时b2(br)
2pb
r
其中Pb由上面的四种情况来确定。
2
a
r~~2p
r
无衬砌时2(br)
a
亍P
r
则围岩应力为:
,这时围岩应力
式中为拉应力,所以围岩稳定主要应考虑切向应力的大小对于天然岩体应力poPvPh,考虑圆形洞室,
2
r(1琴)P0
r
2
(1与)Po
r
当有内水压力后,围岩产生附加应力r和
()a
rPo(PoP)T
(7-24)
r
2
/、a
Po(PoP)二
r
0时,为拉应力,
大于岩体抗拉强度[R],围岩不稳定。
若岩体不能承受拉应力,则只要为负,围岩就不稳定。
由于为负值,要保证为正,则必须很大,就要求应有一定的Po值,而PoH,所以要维持有压隧洞围岩的稳定,就必须使洞室顶部有足够的岩层厚度,才能有一个能维持稳定的Po值。
因此,对于有压隧洞,为保持围岩稳定,其上部岩层厚度为多大?
即当内水压力一定时,洞室顶部的覆盖层的最小厚度应多大,才能维持围岩稳定。
反过来,覆盖层一定,则围岩能承受多大的内水压力不致破坏,且有足够的安全系数,也就是围岩的承载力如何?
因此,分析围岩稳定中,确定最小覆盖层厚度是关键问题。
下面就介绍覆盖层厚度的确定方法。
(一)直接方法
假定:
(Th
//
(Te
岩体中只有自重应力场,洞室开挖结束一段时间后,围岩应力会出现松驰现象,即会逐渐降低。
但应力的降低也不会低于岩体原来的天然应力。
洞顶的切向应力就同自重应力场的侧向应力h相近。
h呈三角形分布。
则有h。
岩体不能出现拉应力,否则就是危险状态。
即要求0
面讨论h0
在任一深度,自重引起的侧向应力
y[h(ra)]
附加应力:
(无衬砌)
则在围岩内任
应满足
0,围岩才能稳定
a2
所以有
[h(ra)]r2P
2
hay-(ra)
r
若有衬砌,则在洞壁上的压力为Pb(rb)
p
则h2—
1At2APabP
显然,h2hi,即由于有衬砌,内水压力传到岩石的压力减小,则所需的最小覆盖层厚度就小。
为安全起见,可取安全系数Fs,使hFs-,
未考虑Rd
(二)叶格尔方法
上述方法很直观,但也过于粗略。
则在确定覆盖层厚度时,应当考虑到岩石的性质和强度,这样就可以采用不同的计算公式。
现将岩石分为三种类型进行考虑:
坚硬而无裂隙的岩石
有裂隙岩石塑性岩石
1.坚硬无裂隙的岩石条件:
岩体为弹性体,
则附加力为
2a—pr
2
a
亍Pr
地下深处任一点,自重引起的应力为
(Hr)
ko(Hr)
ko――岩石的静止侧压力系数
H――洞室深度
为使在(Hr)处不产生开裂,
则应使
H-r
oh
H
——qr
k
a
即(32Pko(Hr)
H/n,则
H
2
Pa
1)k°
(7-26)
叶格尔建议取n3,25Kn/m3,k°0.7
H30.77pa2(7-27)
P内水压力(mpa),a隧洞半径(m)
H/3以
叶格尔没有取ra,即没有考虑洞顶边缘的拉裂,而是考虑r
上至地表,岩石不开裂即可满足稳定,这也反映了岩石所具有的强度。
对于有衬砌,将公式中的P换成Pb,a换成b——衬砌外径。
饶題7・3设坚磽岩肓中有伍盤桐曲内水压力^p-2000kFa,滴半径a=3m,试朮录事按盖展岸匿.
解a零值代入上式,最小K蓝摆障度为’
11=
77p£lr=^0\77X2()b0X3v=»24H1,
2.裂隙岩石
叶格尔假定:
在具有径向裂隙的岩石中,附加应力
a
—Pr
在地下深度的Hr处,自重引起的应力为
v(Hr)
ko(Hr)
若不造成开裂,必须满足
aPko(Hr)
同样,令r
则
叶格尔取n3,
(7-28)
25KN/m3,k°0.7,有
Hj0.257pa(7-29)
(7-29)式确定的H比(7-27)的大。
即有裂隙岩体的覆盖层厚度应大于坚硬完整岩体的H。
例题"4在何腫设岩石为有裂琏的■试求隧洞的最小覆盖恳厚;^
解H-~.257^26-.39in
3.冋塑性岩石的覆盂底厚度比坚礎而完薇岩石中所需的为大.
塑性岩石一般为粘土岩类等软岩,在压力作用下,会产生塑性变形在内水压力作用下,当超过岩石的一.
弹性极限时,在围岩内侧将产生塑性变形,形成一个半径为d的塑性区,在塑性区外侧仍为弹性区。
假定:
在弹性区内存在一个不受或很少受内水压力影响的区域,其半径为R,则有rrR0。
R
塑性区
在弹性阶段,围岩的附加应力
可由(7-1)式给出:
Ci
C2
~2r
C2
2r
当p较大时,产生塑性变形。
在塑性区以外仍为弹性区。
弹性区,
设在弹、塑性交界面处的压力是Pd,
即rrdpd,
由(7-1)式,考虑边界条件,
d2(R2
1)pd
d2(R2
Rdr
(dr
R)(7-31)
1)Pd
对于塑性区岩石,由塑性平衡条件:
3cctg1sin1
cctg1sin
N3cctg(N1)
N3cctg
2sin
1sin
1sin小cos
132c-
当忽略
1sin1sin
值,0时,|
2c(7-32)
该式即为特雷斯卡强度准则(适用于软岩)
由此得简化的塑性平衡条件
2c(7-33)
在弹塑性区域的边界上,应力需相等,则将
(7-31)
d2(R2
R2d2(7?
1)Pd
d2(R2
R2d2(7?
取r=d
代入(7-33)得:
1)Pd
Pd
(R2d2)c
R2
(7-34)
所以由(7-31),弹性区内的附加应力
1)
在塑性区内,应力应满足平衡方程
drr
并且也满足塑性条件(7-33)式,则有
2c
dr
r
2clnrc1
边界条件rrdPd,
有2clndCi
R2
d2
R2
c1
2cInd
R2d2
R2
d2
c2c
R2
d2
c2c
R2
2c
lnd
r
d
2cIn
r
(ard)
(3-37)
该式即为塑性区内的附加应力。
上式中有一个未知量d,如果d为已知,则可计算塑性区和弹性区的附加应力。
再考虑边界条件
Pa(内水压力),
由(3-37)式
由该式可确定出d值,但无法直接给出d的表达式。
虽然不能直求d值,但我们的目的是确定覆盖层的厚度H
根据前面的假设,内水压力仅影响rR的区域,
在rR的区域无内水压力影响。
所以覆盖层厚度应不小于R
因此,RH
从(3-38)式,
Pa
d2
R2C
2cIn—a
知d与pa和C及R有关,
取塑性区的扩展的深度作为稳定的控制条件,
即取dR/n,当dH/n时,围岩稳定
由(3-38)式
Pa
na
1pa
—(a1
2c
(3-39)
nae
丄(卫同样,如果取n3,H3ae2c
以上为叶格尔给出的三种岩石的最小覆盖层厚度的公式
坚硬完整岩石:
裂隙岩石:
塑性岩石:
(n1)Ko
n2pa3
(n1)Ko
nae2吃1
对于有衬砌情况,由于在衬砌外边缘
(rb)的压力为Pb,
即围岩内侧的压力为Pb,这时:
Pb
t2
AP
a
bP
则用Pb代替上式中Pa,b代替a,所以PbP,有衬砌的Hi小于无衬砌的H
在工程设计中,如果按Pb设计H,就要保证衬砌不漏水。
否则内水压力传到洞壁岩石表面的压力并未降低到Pb,
在漏水部位岩石表面的压力达到Pa,这时,按Pb设计的H就不可能维
大于按有衬砌
持围岩稳定。
因为在pa作用,于岩石表面的切向拉应力确定的H2所引起的侧向应力h1,将出现拉裂。
所以衬砌段之间要做好止水。
的H可能会偏大,因为没考虑岩体的抗拉强度[Rt]
r-
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第七 隧洞 最小 覆盖层 厚度