华北水利水电学院：《岩石力学》课程教学课件（PPT讲稿）第七章 有压隧洞围岩应力与稳定性

第7章 有压隧洞围岩应力与稳定性 岩石力学课程组 华北水利水电学院

有压隧洞围岩应力与稳定性 岩石力学课程组 华北水利水电学院 第7章

学习指导 ·本章主要介绍了有压隧洞稳定性分析。重 点介绍了围岩内附加应力的计算、有压隧 洞围岩和衬砌的应力计算

学习指导 • 本章主要介绍了有压隧洞稳定性分析。重 点介绍了围岩内附加应力的计算、有压隧 洞围岩和衬砌的应力计算

71概述 ·在水利、水电建设中经常遇到一些洞室工程问题,其中最常遇到的 作为引水建筑物 的是水工隧洞。水工隧洞可 无压隧洞及有压 隧洞两大类。无压隧洞的断面大部分做成马蹄形 状,有压隧 洞则多做成圆形。无压隧洞衬砌所承受的荷载主要是山岩压力、外水 压力。有压隧洞除了承受这些压 特别重要的是承受内水压 这种内水压力有时是很大的,不仅衬砌受到压力, 也要承受部分 肉水压力。围岩受到这种压力之后必然要引起一些力学现象和变形、 稳定等问题。 有压隧洞围岩应力的变化过程是比较复杂的:起初,由于地下开挖, 引起了围岩应力的重新分布,以后,隧洞充水,内水压力又使围岩 应力,这个应力是附加应力,附加应力迭加到重分布应力上去 就使围岩总的应力发生改变;以后,因检修或其它原因可能隧洞内的 水被放空 力又没有 下的 巾应力再度产生。因此,有压隧洞围岩 分意 后再充水, 不断变化的

7.1 概述 • 在水利、水电建设中经常遇到一些洞室工程问题，其中最常遇到的 作为引水建筑物之一的是水工隧洞。水工隧洞可分为无压隧洞及有压 隧洞两大类。无压隧洞的断面大部分做成马蹄形或其它形状，有压隧 洞则多做成圆形。无压隧洞衬砌所承受的荷载主要是山岩压力、外水 压力。有压隧洞除了承受这些压力之外，特别重要的是承受内水压力。 这种内水压力有时是很大的，不仅衬砌受到压力，围岩也要承受部分 内水压力。围岩受到这种压力之后必然要引起一些力学现象和变形、 稳定等问题。 • 有压隧洞围岩应力的变化过程是比较复杂的：起初，由于地下开挖， 引起了围岩应力的重新分布，以后，隧洞充水，内水压力又使围岩产 生一个应力，这个应力是附加应力，附加应力迭加到重分布应力上去， 就使围岩总的应力发生改变；以后，因检修或其它原因可能隧洞内的 水被放空，附加应力又没有了，剩下的只是重分布应力；以后再充水， 附加应力再度产生。因此，有压隧洞围岩的应力是不断变化的

72围岩内的附加应力 厚壁圆筒理论 1+ 2 +b b2+(1-2∠ E

7.2 围岩内的附加应力 • 厚壁圆筒理论 ( ) ( ) ( ) ( )       − + − − − + − + = a pb r t b t r p r t r b E u 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2   

72围岩内的附加应力 ·有压隧洞围岩的附加应力

7.2 围岩内的附加应力 • 有压隧洞围岩的附加应力 p r a r 2 2  = p r a 2 2   = −

73有压隧洞围岩和衬砌的应力计算 ·无裂隙围岩 (1)内压力分配法 2a2(m1+1)0m1-2)m2E2 pmE(m2+10m2-2)62-a2)+m2E2(m1+1)(m1-2)b2+a (2)抗力系数法 2N 2 1 -2

7.3 有压隧洞围岩和衬砌的应力计算 • 无裂隙围岩 (1)内压力分配法 (2)抗力系数法 ( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 m E m m b a m E m m b a a m m m E p pb + − − + + − + + −  = = ( ) ( ) ( ) ( )  ( )  p t N t N t r t r b r t r b r       − + − + − − − − − − = 1 1 2 1 2 1 1 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2    ( ) ( ) ( ) ( )  ( )  p t N t N t r t r b r t r b       − + − + − − + − − + = 1 1 2 1 2 1 1 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2    

73有压隧洞围岩和衬砌的应力计算 有裂隙混凝土衬砌 如果混凝土衬砌在半径方向有均匀的裂隙 那么,传到岩石上的压力可假定与衬砌内 半径成正比,与外半径成反比,即 在岩石表面处的应力是 C 75bP/

7.3 有压隧洞围岩和衬砌的应力计算 • 有裂隙混凝土衬砌 如果混凝土衬砌在半径方向有均匀的裂隙， 那么，传到岩石上的压力可假定与衬砌内 半径成正比，与外半径成反比，即 在岩石表面处的应力是 p b a pb = p b a  r = p b a   = −

73有压隧洞围岩和衬砌的应力计算 有裂隙围岩 a d ad d

7.3 有压隧洞围岩和衬砌的应力计算 • 有裂隙围岩       = − = = p r ad p r ad r d d a p r 2 2 2 2   