文档介绍：第五章岩石地下工程
综述
岩石地下工程是指地下岩石中开挖并临时或永久修建的各种工程,如地下井巷、隧道、硐室等。
岩石开挖后,周围的岩石将失去原有的平衡状态,其内部原有应力场将发生变化。
如果周围岩石新应力场中的应力没有超过岩石的承载能力,岩石就会自行平衡,否则,周围岩石将可能产生破坏,如出现破裂甚至冒落,或者断面产生很大的变形。
在这种情况下,就需要进行支护。
σθ
σr
σθ
σr
σr = 0
σθ= 2 P0
经应力重新分布形成的平衡应力,称为次生应力(secondary stresses)或诱发应力(induced stresses).
因此,实现岩石地下工程稳定的条件是:
σmas < S (5-1)
umax < U (5-2)
岩石地下工程有浅埋地下工程和深埋地下工程。浅埋地下工程影响范围可达地表,深埋地下工程一般不影响地表。
从原岩应力场变化到新的平衡应力场的过程,称为应力重新分布(redistribution of stress)。
式中:σmas 、umax——分别为围岩内(或支护后)的最危险应力
和位移
S、U ——围岩或支护所允许的最大应力和最大位移。
解析方法是指采用数学力学的计算取得解的方法。所以,要根据岩石的受力状态和本身的性质。
峰前区弹性与粘弹性力学分析
岩石在受力后,峰前区弹性与粘弹性力学分析分别适用于弹
性与粘弹性的本构模型。
轴对称圆形巷道围岩的弹性应力状态
岩石地下工程围岩应力解析法分析
当岩体处于弹性范围内,运用弹性力学方程。
当岩体处于塑性范围状态,则运用弹塑性力学进行研究。
:
ⅰ.围岩为均质、各向同性、线弹性、无蠕变性或粘性行为;
ⅱ.原岩应力为各向等压(静水压力)状态;
ⅲ.巷道断面为圆形,可采用平面应变问题的方法,取巷道的任
一截面作为其代表进行研究;
ⅳ.巷道埋藏深度Z大于20倍的巷道半径R0 ,如图5-1所示。

P
P
q
q
σθ
σθ
σr
σr
θ
r
由弹性平面问题的吉尔希解,可得:
当轴对称时,p = q 。即侧压系数λ=1时,则有
2P
P
P
P
P
当= r时,则
周边r = , σr =0, σθ=2P0;周边的切向应力为最大,
当σθ=2P0的值超过围岩的弹性极限时,围岩进入塑性。
如果把岩石看作为脆性材料,当σθ=2P0的值超过围岩的弹性极限,则围岩发生破坏。
定义应力集中系数K:
K = 开挖巷道后围岩的应力/开挖巷道前围岩的应力
= 次生应力/原岩应
轴对称圆巷周边的次生应力为2P0 , 所以,K =2。
,据此可得r≈5 。
工程中有时以10%作为影响边界。从而得到r≈3