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山岩压力

岩体内开挖洞室后,由于岩体松变、变形而对支护结构产生的压力。山岩压力分铅直山岩压力、侧向山岩压力及洞底向上的山岩压力。侧向山岩压力多出现在松散软弱岩层或土层中,数值常比铅直山岩压力小。底部向上的山岩压力只有在极松散岩体中才能产生,一般均不考虑。

岩体内开挖洞室后,由于岩体松变、变形而对支护结构产生的压力。山岩压力分铅直山岩压力、侧向山岩压力及洞底向上的山岩压力。侧向山岩压力多出现在松散软弱岩层或土层中,数值常比铅直山岩压力小。底部向上的山岩压力只有在极松散岩体中才能产生,一般均不考虑。影响山岩压力的因素很多,主要有:①岩体成洞前的原始应力状态,岩石的变形和强度特性,岩层的产状和裂隙的组合情况等:②隧洞埋置深度和方向(水平的或是倾斜的),断面的形状和尺寸等;③开挖成洞的方法,支护的方式及衬砌的速度等。对于这样一个复杂的问题,还难以在完整的理论指导下精确地进行计算。山岩压力的计算理论和方法很多,但均有一定局限性。中国常用的计算方法有:

普氏法 1908年俄国普罗托基亚柯诺夫(М.М.протодьяконов)按松散介质理论所提出,该理论认为,当洞室开挖后,岩体被节理裂隙切割成松散的岩体而失去平衡,在洞顶形成一个塌落拱,拱外的围岩仍保持平衡,拱内松动岩块的重量,即为铅直山岩压力,并可依此导出侧向山岩压力。

山岩压力系数法 中国1966年《水工隧洞设计暂行规定》建议的方法。该法是在总结一些工程所采用的山岩压力数值后,提出根据岩石类型不同,采用相应的垂直和水平山岩压力系数计算山岩压力的经验方法。

按围岩不同类别,采用不同方法,估算围岩压力:中国1985年《水工隧洞设计规范》建议的方法。由于岩体工程地质、水文地质等条件复杂,不宜用一个简单的理论公式予以概括。较为合理而现实可行的方法是在分析隧洞具体条件的基础上,根据围岩的主要工程地质特征,如岩体坚硬及风化程度、结构面及其组合状态、地下水活动情况等将围岩分为稳定、基本稳定、稳定性差、不稳定和极不稳定五种类型,对不同类别的围岩采用不同的方法计算山岩压力。

目前更准确的方法是利用弹塑性理论进行计算。开挖洞室后,由于孔洞周边应力重新分布的结果,在一定范围内岩体出现塑性变形,产生破裂,甚至塌落。破裂的结果,使洞壁周边的应力急剧下降,而使围岩深部的应力升高,形成一个塑性区。若岩体强度不足,又未能及时进行支护阻止变形的发展,岩体将产生永久变形而失稳。设置支护结构,则将阻止岩体继续变形,并受到主动山岩压力。对于轴对称的结构和荷载,山岩压力可利用弹塑性理论进行计算。