文档介绍：§ 8 隧洞的结构荷载一、荷载及荷载组合前言目的: 核算在设计规定的荷载组合条件下衬砌的强度,使之满足规范要求。计算方法: ★一类: 1、将围岩与衬砌分开,按文克尔假定考虑围岩的弹性抗力,衬砌上承受各项有关荷载,然后按超静定结构解算衬砌内力。缺点: 与实际情况不太吻合。 2、采用衬砌常微分方程边值问题数值解法。★二类:有限元法将围岩与衬砌视为整体,其准确性取决于计算模型和原始参数 E、φ、C等。岩体性态复杂多变,上两者难以准确确定。一、荷载及荷载组合作用在水工隧洞衬砌上的荷载有:山岩压力、内水压力、外水压力、衬砌自重及灌浆压力,温度荷载、地震力等。其中内水压力、自重比较明确,而其余的力只能在一些简化和假定的前提下进行近似计算。一、荷载及荷载组合(一)围岩压力(山岩压力) 隧洞开挖后围岩变形或塌落作用在支护上的压力。影响山岩压力大小的因素:围岩的地质条件和力学特征(强度和变形性能节理,裂隙的分布和发育情况);初始应力,地下水,隧洞的走向, 埋深和几何形状;开挖方法;衬护时间,衬护形式。影响因素很多且错综复杂,难精确计算。一、荷载及荷载组合目前,确定围岩压力的方法: ★松散介质理论(塌落拱法) 此方法视岩体为具有一定的凝聚力的松散介质,在洞室开挖后,由于岩体失去平衡形成“塔落拱”,拱处的围岩仍保持平衡,拱内岩块重量就是作用再衬砌上的荷载——山岩压力。普氏用“坚固系数”(亦称拟摩擦系数),代替岩石颗粒间的真实摩擦系数: kf ???? c k tg f???式中, τ—岩石抗剪强度, φ—岩石内摩擦角, σ—正应力, c—粘结力一、荷载及荷载组合实际工程中: 100 cR kAf??R c—岩石单轴抗压强度 A—小于 1的修正系数近似计算为: 100 cR kAf??普氏观测试验资料,制成各种岩石分类表。最坚硬的岩石达 20 ;最差(松、软) 只有 。 kf kf kf一、荷载及荷载组合普氏推导出坍落拱的形状为抛物线,坍落拱高度 h按下式计算: 两侧无滑动面时: 两侧有滑动面时: kf Bh 2? hH A BB Ok o kf tgHB f Lh 2 ) 45 (2 2 2 ?????? A‘ B’ OD ChH A BB 垂直山岩压力 L 45 o–φ/2一、荷载及荷载组合①没有侧向山岩压力作用岩体中的隧洞 A)隧洞顶是平的,洞顶受到山岩压力的压强量 q: B)曲线形洞顶: (认为铅直山岩压力可以减少 30% )B h ?????r rhrq kf B2岩石容重。 kf Br rh q ???一、荷载及荷载组合②侧向山岩压力计算 e1 、 e2 为水平山岩压力强度。 A)在洞顶面处: B)在洞底面处: hH qBL?? 2 2 145 ?????? o tghe垂直压强系数???? 2 2 245 ??????? o tg Hhe一、荷载及荷载组合 2> f k为简化计算,在设计中多采用 e 1、e 2的平均值, 即 e= (e 1 +e 2) /2作为均匀侧向水平山岩压力。对于中等坚硬以上的岩石,即 , 可以不考虑水平山岩压力。普氏理论提出仅与岩石的强度有关,而并未考虑到山岩压力有关的其它因素,因而理论上比较粗糙,实践也证明是很不准确的。 kf