地下结构工程第四章新奥法与锚喷支护.ppt

（2）新奥法中支护与围岩共同作用的力学原理 支护结构的设计原理是围岩和柔性支护共同变形、破坏的弹塑性理论。 ①围岩为均质、各向同性的连续弹塑性体，岩体在塑性变形、剪切破坏后仍有残余强度；②隧道初始应力场为自重应力场，侧压力系数1；③隧道断面形状为圆形；④在一定的埋深条件下，将隧道看作无限体中的孔洞问题。 “莫尔-库伦”准则作为“塑性判据” 围岩的弹塑性状态 1—弹塑性状态应力分布曲线；2—弹性状态应力分布曲线 弹性区中任一点的应力为 ——弹性区中任一点的径向应力； ——弹性区中任一点的切向应力； r——弹性区中任一点到隧道中心的径向距离。 P0－－原岩应力 塑性区中任一点的应力公式为 塑性区中靠近隧道内缘的应力，因满足塑性条件而相对减小，成为“应力降低区”，而最大的应力发生在围岩中塑性区与弹性区的交界面上。 在弹性区与塑性区的交界面上（r=R处） 令两式分别相等，整理后可得： 支护力pi越小，则围岩中出现的塑性区半径 R越大； 围岩中出现的塑性区半径R越大，则围岩对支护的形变压力pa（与支护力pi相平衡）越小。 岩体的原岩应力p0越大，则塑性半径R就越大。 p0反映围岩强度性质的两个指标，即粘聚力c和内摩擦角越小，岩体强度越低，则塑性半径R就越大。 新奥法柔性支护理论的出发点，是设计、施工中采取支护措施时要积极利用的，以便使支护受到尽可能小的形变压力。 必须同时具备下列条件： （1）H/B1.7，H为隧道开挖高度，B为隧道开挖宽度。 （2）不产生膨胀力的围岩及偏压不显著的隧道； （3）采用钻爆法施工的隧道。 2）浅埋隧道围岩压力的确定 按荷载等效高度的判定式为： 在新奥法施工的条件下，Ⅰ~Ⅲ类围岩取 ，Ⅳ~Ⅵ类围岩 。 （1）埋深H小于或等于荷载等效高度hq 围岩压力完全由上覆岩（土）柱的重力产生，视为均布时，垂直压力和水平压力为： （2）埋深H大于hq、小于Hp 在这种情况下，隧道上覆土体下滑时要考虑滑面阻力的影响，否则计算出的压力值过大。 本讲要点 理解新奥法和喷锚支护的实质与联系； 掌握深埋和浅埋隧道围岩压力的计算。 （2）埋深H大于hq、小于Hp EFHG岩（土）体下沉，带动两侧三棱土体（如图中FDB及ECA）下沉受到阻力T， 整个土体ABDC下沉时，又要受到未扰动岩（土）体的阻力F； AC或BD表示假定的破裂面 与水平成 角； T未知 三棱体ECA中，受到三个力：T F W运用正弦定理： 极限状态下可以求得破裂面的夹角 总垂直压力 ： 简化为： 竖向均布荷载和水平侧压力 4.3 锚喷支护结构 4.3.1 锚喷支护的设计步骤 5个步骤进行： （1）调查地质和水文地质情况，分析围岩的稳定条件； （2）用工程类比方法选择支护类型及设计参数，对锚喷支护进行受力分析和结构计算，并提出施工注意事项； （3）支护施工中，严密监测地质情况的变化，及时修改设计参数，变更施工工序； （4）支护完成后，分析隧道的稳定状况，对其长期稳定性作出评价。必要时，可对支护变形和应力进行量测，包括施工阶段的监测； （5）总结经验，改进设计与施工。掌握岩体变形、坍塌的规律之后，在恰当的时间，采用适当的办法进行支护。 4.3.2 锚喷支护的受力分析和结构计算 影响因素比较复杂,多种计算方法,尚处于半经验半理论阶段 . 锚杆支护结构； 喷射混凝土支护； 1）锚杆支护结构 ①全长粘结型锚杆：普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆锚杆、树脂卷锚杆和水泥卷锚杆； ②端头锚固型锚杆；机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水泥卷锚固锚杆； ③摩擦型锚杆 ；缝管锚杆、楔管锚杆、水胀锚杆； ④预应力锚杆； ⑤自钻式锚杆。 （1）锚杆的设计计算 ①锚杆的轴向拉力标准值、设计值 ②锚杆钢筋截面面积 锚杆抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69， 临时性锚杆取0.92； ③锚杆锚固体与地层的锚固长度 ④锚杆钢筋与锚固砂浆之间的锚固长度 ——钢筋与锚固砂浆之间的粘结强度设计值（kPa），应由试验确定，当缺乏试验资料时可按表4-9取值； ——钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永久性锚杆取0.60，对临时性锚杆取0.72。 锚杆支护可以根据不同围岩的岩层产状和稳定状况灵活进行。 其作用原理主要有联结作用、组合作用和整体加固作用。 （2）锚杆的联结作用 用锚杆将它们联合起来，并将锚杆尽可能深入到稳定的岩层中，考虑锚杆承担全部不稳定岩块的重量。 ①锚杆承载力计算 《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2002）规定： 用锚杆加固局部不稳定块体时，锚杆抗力应满足