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普氏理论和太沙基理论

普氏理论和太沙基理论
普氏理论和太沙基理论

氏理论

1. 普氏理论的基本假定 普氏理论在自然平衡拱理论的基础上,作了如下的假设:

(1) 岩体由于节理的切割,经开挖后形成松散岩体,但仍具有一定的粘结力;

(2) 硐室开挖后,硐顶岩体将形成一自然平衡拱。在硐室的侧壁处,沿与侧壁夹角为45-2

φ?的方向产生两个滑动面,其计算简图如图1所示。而作用在硐顶的围岩压力仅是自然平衡拱内的岩体自重。

图1 普氏围岩压力计算模型

(3) 采用坚固系数f 来表征岩体的强度。其物理意为:

但在实际应用中,普氏采用了一个经验计算公式,可方便地求得f 值。即 式中 Rc ——单轴抗压强度(MPa )。

f —— 一个量纲为1的经验系数,在实际应用中,还得同时考虑岩体

的完整性和地下水的影响。

(4) 形成的自然平衡拱的硐顶岩体只能承受压应力不能承受拉应力。

2. 普氏理论的计算公式

(1) 自然平衡拱拱轴线方程的确定

为了求得硐顶的围岩压力,首先必须确定自然平衡拱拱轴线方程的表达式,然后求出硐顶到拱轴线的距离,以计算平衡拱内岩体的自重。先假设拱周线是一条二次曲线,如图2所示。在拱轴线上任取一点M (x,y ),根据拱轴线不能承受拉力的条件,则所有外力对M 点的弯矩应为零。即 2

02

qx Ty -= (a )

式中 q ——拱轴线上部岩体的自重所产生的均布荷载;

T ——平衡拱拱顶截面的水平推力;

x ,y ——分别为M 点的x ,y 轴坐标。

上述方程中有两个未知数,还需建立一个方程才能求得其解。由静力平衡方程可知,上述方程中的水平推力T 与作用在拱脚的水平推

图2 自然平衡拱计算简图

力T '数值相等,方向相反。即

T=T '

由于拱脚很容易产生水平位移而改变整个拱的内力分布,因此普氏认为拱脚的水平推力T '必须满足下列要求

T '≤qa 1f (b )

即作用在拱脚处的水平推力必须小于或者等于垂直反力所产生的最大摩擦力,以便保持拱脚的稳定。此外,普氏为了安全,又将水平推力降低一半后,令T= qa 1f/2,代入(a )式可得拱轴线方程为

显然,拱轴线方程是一条抛物线。根据此式可求得拱轴线上任意一点的高度。

当侧壁稳定时,x=a ,y=b ,可得

当侧壁不稳定时,x=a 1,y=b 1时,可得

式中 b 、b 1——拱的矢高,即自然平衡拱的最大高度;

a —— 侧壁稳定时平衡拱的跨度;

a 1——自然平衡拱的最大跨度,如图1所示。可按下式计算

根据上式,可以很方便地求出自然平衡拱内的最大围岩压力值。

(2) 围岩压力的计算

普氏认为:作用在深埋松散岩体硐室顶部的围岩压力仅为拱内岩体的自重。但是,在工程中通常为了方便,将硐顶的最大围岩压力作为均布荷载,不计硐轴线的变化而引起的围岩压力变化。据此,硐顶最大围岩压力可按下式计算 普氏围岩压力理论中的侧向压力可按下式计算

普氏理论在应用中注意首先必须保证硐室有足够的埋深,岩体开挖后能够形成一个自然平衡拱,这是计算的关键;其次是坚固性系数f 值的确定,在实际应用中,除了按公式计算外,还必须根据施工现场、地下水的渗漏情况、岩体的完整性等,给予适当的修正,使坚固系数更全面地反映岩体的力学性能。 2. 普氏理论评述

普氏理论是建立在两种假定基础上的,其一是假定硐室围岩为无内聚力的散体,另一是假定硐室上方围岩中能够形成稳定的普氏压力拱。正是因为这两种假定,才使得围岩压力的计算大为简化。但是,普氏理论仍然存在以下问题:

(1)普氏理论将岩体看作为散体,而绝大多数岩体的实际情况并非如此。只是某些断裂破碎带或强风化带中的岩体才免强满足这种假定条件;

(2)在普氏理论中,引进了岩体的坚固系数f 的概念。由tan c

f φσ=+可知,f

为正应力σ的函数,而并非岩体的特性参数,此外也无法通过实验来确定f 值;

(3)据普氏理论,硐室顶部中央围岩压力最大,但是许多工程的实际顶压根本不是这样的,其最大顶压常常偏离拱顶。这种现象是普氏理论难以解释的;

(4)普氏理论表明,硐室围岩压力只与其跨度有关,而与断面形式、上覆岩层厚度,以及施工的方法、程度和进度等均无关。这些均与事实不完全相符。

以上问题的出现均是由于普氏理论提出的假定条件与实际不符造成的。因此,

使用普氏理论时必须注意计算对象是否与公式中的假定条件相符,也即围岩是否可以看作没有内聚力的散体、硐室顶部围岩中是否能够形成压力拱、围岩是否出现明显偏压现象及岩体的坚固系数f选择是否合适等。总之,如果工程实际情况与普氏理论中提出的假定条件吻合,则可以获得较为满意的计算结果。

如上所述,普氏理论的基本前提条件是确定硐室顶部之上的岩体(围岩)能够自然形成压力拱,这就要求硐室顶部之上的岩体具有相当稳定性及足够厚度,以便承受岩体自重力及作用于其上的其他外荷载。因此说,能否形成压力拱,就成为采用普氏理论计算围岩压力的关键所在。以下情况.由于不能形成压力拱,所以不可以采用普氏理论计算围岩压力:

(1)岩体的坚固系数f<,硐室埋深H不到压力拱高b1的2~倍,或者小于

压力拱跨度2a

1的倍,即H<2b

1

~,H<5a

1

。这里所说的硐室埋深是指由硐顶衬砌

顶部至地表面(当基岩直接出露时)或松散堆积物(例如土层)接触面的竖直距离;

(2)采用明挖法施工的地下硐室;

(3)坚固系数f<0的软土体,例如淤泥、淤泥质土、粉砂土、粉质粘土、轻亚粘土及饱和软粘土等,由于不能形成压力拱,所以也不便引用普氏理论计算硐室周围的土压力。

太沙基理论

在太沙基理论中,假定岩体为散体,但是具有一定的内聚力。这种理论适用于一般的土体压力计算。由于岩体中总有一定的原生及次生各种结构面,加之开挖硐室施工的影响,所以其围岩不可能为完整而连续的整体,因此采用太沙基理论计算围岩压力(松动围岩压力)收效也较好。

太沙基理论是从应力传递原理出发推导竖向围岩压力的。如图1所示,支护结构受到上覆地压作用时,支护结构发生挠曲变形,随之引起地块地移动。当围

的角度倾斜,到硐顶后以适岩的内摩擦角为φ时,滑移面从隧道底面以45°?φ

2

当的曲线AE和BI到达地表面。

图1 浅埋隧道松弛地压

但实际上推算AE和BI曲线是不容易的,即使推算出来,以后的计算也变得很复杂,故近似地假定为AD、BC两条垂直线。此时,设从地表面到拱顶的滑动地,其值等于:

块的宽度为2a

1

)](1)

2a1=2[a+h tan(45°+φ

2

式中 a——硐室半宽;

H——开挖高度。

假定硐室顶壁衬砌顶部AB两端出现一直延伸到地表面的竖向破裂面AD及BC。在ABCD所圈出的散体中,切取厚度为dz的薄层单元为分析对象。该薄层单元受力情况如图1所示,共受以下五种力的作用:

(1)单元体自重

G=∫2a1γdz(2)(2)作用于单元体上表面的竖直向下的上覆岩体压力

P=2a1δv(3)(3)作用于单元体下表面的竖直向上的下伏岩体托力

T=∫2a1(δv+dδv)(4)(4)作用于单元体侧面的竖直向上的侧向围岩摩擦力

F=∫τf dz(5)

(5)作用于单元体侧面的水平方向的侧向围岩压力

S=∫k0δv dz(6)——开挖半宽;

式中 a

1

γ——岩体容重;

——竖向初始地应力;

σ

v

k

——侧压力系数;

dz——薄层单元体厚度;

——岩体抗剪强度;

τ

f

初始水平地应力为

σh=k0σv(7)则岩体抗剪强度为

τf=σh tanφ+c=k0σv tanφ+c(库伦准则)(8)式中 c——岩体内聚力;

φ——岩体内摩擦角。

将式(8)带入式(5)得

F=∫(k0σv tanφ+c)dz(9)薄层单元体在竖向的平衡条件为

∑F

=P+G?T?2F=0 (10)

v

将式(2)、式(3)、式(4)及式(9)代入式(10)得

2a1δv+∫2a1γdz?∫2a1(δv+dδv)?2∫(k0σv tanφ+c)dz=0(11)

整理式(11)得

dσv dz +(k 0tan φa 1)σv =γ?c

a 1 (12) 由式(12)解得 σv =a 1γ?c

k 0tan φ(1+Ae ?k 0tan φa 1z ) (13)

边界条件:当z=0时, σv =p 0(地表面荷载)。将该边界条件代入式(13)得

A =

k 0p 0tan φa 1γ?c ?1 (14) 将(14)代入式(13)得:

σv =a 1γ?c

k 0tan φ(1?e ?k 0tan φa 1z )+p 0e ?k 0tan φa 1z (15)

式中 z ——薄层单元体埋深。

将z=H 代入式(15)时,可以得到硐室顶部的竖向围岩压力q 为:

q =

a 1γ?c k 0tan φ(1?e ?k 0H tan φa 1)+p 0e ?k 0H tan φa 1 (16) 设n =H a 1

为相对埋深系数,代入式(16)得: q =a 1γ?c

k 0tan φ(1?e ?k 0n tan φ)+p 0e ?k 0n tan φ (17)

式(17)对于深埋硐室及浅埋硐室均适用。将n →∞代人式(17),可以得到埋深很大的硐室顶部竖向围岩压力q 为:

q =a 1γ?c

k 0tan φ (18)

由式(18)可以看出,对于埋深很大的深埋硐室来说,地表面的荷载P 0对硐室顶部竖向围岩压力q 已不产生影响。

太沙基根据实验结果得出,k 0=~。如果取k 0=,并以f 代tan φ,由式(18)

得:

q =a 1γ?c

k 0tan φ=a 1γf =γh 1 (h 1=a

1f ) (19) 这和普氏理论中的垂直应力计算公式完全一致。

作用在侧壁的围岩压力假设为一梯形,而梯形上、下部的围岩压力可按下式计算:

e1=q tan2(45°?φ2 )

e2=e1+γh tan2(45°?φ

2

)(20)

上述公式中,a1=a+h tan(45°?φ

2

)。

下面举例说明n对q的影响。当k

0=1、p

=0时,式(17)为:

q=a1γ?c

tanφ

(1?e?n tanφ)

假设为Ⅴ级围岩,γ=17kN/m3,φ=20°,c=,a

1

=15m,则

q=563.1868(1?e?0.364n)

从上图可看出,当n=14时,函数曲线已接近水平,q值变化很小。

从另一个方面说明,对于Ⅴ级围岩,双线铁路隧道,荷载影响超过200m,这是普氏理论所无法解释的,所以,这时候应用普氏理论要慎重。

太沙基理论

太沙基理论 在太沙基理论中,假定岩体为散体,但是具有一定的内聚力。这种理论适用于一般的土体压力计算。由于岩体中总有一定的原生及次生各种结构面,加之开挖硐室施工的影响,所以其围岩不可能为完整而连续的整体,因此采用太沙基理论计算围岩压力(松动围岩压力)收效也较好。 太沙基理论是从应力传递原理出发推导竖向围岩压力的。如图1所示,支护结构受到上覆地压作用时,支护结构发生挠曲变形,随之引起地块地移动。当围岩的内摩擦角为时,滑移面从隧道底面以的角度倾斜,到硐顶后以适当的曲线AE和BI到达地表面。 图1 浅埋隧道松弛地压

但实际上推算AE和BI曲线是不容易的,即使推算出来,以后的计算也变得很复杂,故近似地假定为AD、BC两条垂直线。此时,设从地表面到拱顶的滑动地块的宽度为2a1,其值等于: (1)式中 a——硐室半宽; H——开挖高度。 假定硐室顶壁衬砌顶部AB两端出现一直延伸到地表面的竖向破裂面AD及BC。在ABCD所圈出的散体中,切取厚度为dz的薄层单元为分析对象。该薄层单元受力情况如图1所示,共受以下五种力的作用: (1)单元体自重 (2)(2)作用于单元体上表面的竖直向下的上覆岩体压力 (3)(3)作用于单元体下表面的竖直向上的下伏岩体托力 (4)(4)作用于单元体侧面的竖直向上的侧向围岩摩擦力 (5)(5)作用于单元体侧面的水平方向的侧向围岩压力 (6)式中 a1——开挖半宽; γ——岩体容重;

σv——竖向初始地应力; k0——侧压力系数; dz——薄层单元体厚度; τf——岩体抗剪强度; 初始水平地应力为 (7)则岩体抗剪强度为 (库伦准则)(8)式中 c——岩体内聚力; ——岩体内摩擦角。 将式(8)带入式(5)得 (9)薄层单元体在竖向的平衡条件为 (10) 将式(2)、式(3)、式(4)及式(9)代入式(10)得 (11)整理式(11)得 (12) 由式(12)解得 (13)边界条件:当z=0时, =p0(地表面荷载)。将该边界条件代入式(13)得

普氏理论和太沙基理论

普氏理论 1.普氏理论的基本假定 普氏理论在自然平衡拱理论的基础上,作了如下的假设: (1)岩体由于节理的切割,经开挖后形成松散岩体,但仍具有一定的粘结力; (2)硐室开挖后,硐顶岩体将形成一自然平衡拱。在硐室的侧壁处,沿与侧壁夹角为 45 -2的方向产生两个滑动面,其计算简图如图1所示。而作用在硐顶的围岩压力仅是自然平衡拱内 的岩体自重。 Q 图1普氏围岩压力计算模型 (3)采用坚固系数f来表征岩体的强度。其物理意为: f 一c ta n 但在实际应用中,普氏采用了一个经验计算公式,可方便地求得f值。即 f & 10 式中Rc单轴抗压强度(MPa)。 f―― 一个量纲为1的经验系数,在实际应用中,还得同时考虑岩体的完整性和地下水的影响。 (4)形成的自然平衡拱的硐顶岩体只能承受压应力不能承受拉应力。 2.普氏理论的计算公式

(1)自然平衡拱拱轴线方程的确定 为了求得硐顶的围岩压力,首先必须确定自然平衡拱拱轴线方程的表达式,然后求出硐顶到拱轴线的距离,以计算平衡拱内岩体的自重。先假设拱周线是一条二次曲线,如图2所示。在拱轴线上任取一点M( x,y),根据拱轴线不能承受拉力的条件,则所有外力对M点的弯矩应为零。即 2 Ty坐0 2 式中q――拱轴线上部岩体的自重所产生的均布荷载; T――平衡拱拱顶截面的水平推力; x,y --- 分别为M点的x,y轴坐标 上述方程中有两个未知数,还需建立一个方程才能求得其解。由静力平衡方程可知,上述方程中的水平推力T与作用在拱脚的水平推 q 图2自然平衡拱计算简图力「数值相等,方向相反。即 T=T / 由于拱脚很容易产生水平位移而改变整个拱的内力分布,因此普氏认为拱脚的水平推力T,必须满足下列要求 T7 < q1f(b) 即作用在拱脚处的水平推力必须小于或者等于垂直反力所产生的最大摩擦力,以便保持拱脚的稳定。此外,普氏为了安全,又将水平推力降低一半后,令T= qa i f/2,代入 (a)式可得拱轴线方程为 y話 显然,拱轴线方程是一条抛物线。根据此式可求得拱轴线上任意一点的高度。当侧壁稳定时, x=a,y=b,可得 当侧壁不稳定时,x=a i, y=b i时,可得 (a)

泰沙基理论与公式

泰沙基理论与公式 太沙基理论是从应力传递原理出发推导竖向围岩压力的。如图1所示,支护结构受到上覆地压作用时,支护结构发生挠曲变形,随之引起地块地移动。当围岩的内摩擦角为时,滑移面从隧道底面以的角度倾斜,到硐顶后以适当的曲线AE和BI到达地表面。 但实际上推算AE和 BI曲线是不容易的,即 使推算出来,以后的计 算也变得很复杂,故近 似地假定为AD、BC两条 垂直线。此时,设从地 表面到拱顶的滑动地块 的宽度为2a1,其值等于: (1) 式中 a——硐室半宽; H——开挖高度。 假定硐室顶壁衬砌顶部AB两端出现一直延伸到地表面的竖向破裂面AD及BC。在ABCD所圈出的散体中,切取厚度为dz的薄层单元为分析对象。该薄层单元受力情况如图1所示,共受以下五种力的作用:

(1)单元体自重 (2)(2)作用于单元体上表面的竖直向下的上覆岩体压力 (3)(3)作用于单元体下表面的竖直向上的下伏岩体托力 (4)(4)作用于单元体侧面的竖直向上的侧向围岩摩擦力 (5)(5)作用于单元体侧面的水平方向的侧向围岩压力 (6)式中 a1——开挖半宽; γ——岩体容重; σv——竖向初始地应力; k0——侧压力系数; dz——薄层单元体厚度; τf——岩体抗剪强度; 初始水平地应力为 (7)则岩体抗剪强度为 (8) 式中 c——岩体内聚力; ——岩体内摩擦角。

将式(8)带入式(5)得 (9)薄层单元体在竖向的平衡条件为 (10) 将式(2)、式(3)、式(4)及式(9)代入式(10)得 (11) 整理式(11)得 (12) 由式(12)解得 (13) 边界条件:当z=0时, =p0(地表面荷载)。将该边界条件代入式(13)得 (14) 将(14)代入式(13)得: (15) 式中 z——薄层单元体埋深。 将z=H代入式(15)时,可以得到硐室顶部的竖向围岩压力q为: (16) 设为相对埋深系数,代入式(16)得: (17) 式(17)对于深埋硐室及浅埋硐室均适用。将代人式(17),可以得到埋深很大的硐室顶部竖向围岩压力q为:

普氏理论

普氏理论 1. 普氏理论的基本假定 普氏理论在自然平衡拱理论的基础上,作了如下的假设: (1) 岩体由于节理的切割,经开挖后形成松散岩体,但仍具有一定的粘结力; (2) 硐室开挖后,硐顶岩体将形成一自然平衡拱。在硐室的侧壁处,沿与侧壁夹角为45-2φ ?的方向产生两个滑动面,其计算简图如图1所示。而作用在硐顶的围岩压力仅是自然平衡拱内的岩体自重。 1 e 2 图1 普氏围岩压力计算模型

(3) 采用坚固系数f 来表征岩体的强度。其物理意为: tan c f σφτσ==+ 但在实际应用中,普氏采用了一个经验计算公式,可方便地求得f 值。即 10 c R f = 式中 Rc ——单轴抗压强度(MPa )。 f —— 一个量纲为1的经验系数,在实际应用中,还得 同时考虑岩体的完整性和地下水的影响。 (4) 形成的自然平衡拱的硐顶岩体只能承受压应力不能承受拉应力。 2. 普氏理论的计算公式 (1) 自然平衡拱拱轴线方程的确定 为了求得硐顶的围岩压力,首先必须确定自然平衡拱拱轴线方程的表达式,然后求出硐顶到拱轴线的距离,以计算平衡拱内岩体的自重。先假设拱周线是一条二次曲线,如图2所示。在拱轴线上任取一点M (x,y ),根据拱轴线不能承受拉力的条件,则所有外力对M 点的弯矩应为零。即 2 02 qx Ty -= (a ) 式中 q ——拱轴线上部岩体的自重所产生的均布荷载; T ——平衡拱拱顶截面的水平推力; x ,y ——分别为M 点的x ,y 轴坐标。 上述方程中有两个未知数,还需建立一个方程才能求得其解。由

静力平衡方程可知,上述方程中的水平推力T 与作用在拱脚的水平推 x O T 图2 自然平衡拱计算简图 力T '数值相等,方向相反。即 T=T ' 由于拱脚很容易产生水平位移而改变整个拱的内力分布,因此普氏认为拱脚的水平推力T '必须满足下列要求 T '≤qa 1f (b ) 即作用在拱脚处的水平推力必须小于或者等于垂直反力所产生的最大摩擦力,以便保持拱脚的稳定。此外,普氏为了安全,又将水平推力降低一半后,令T= qa 1f/2,代入(a )式可得拱轴 线方程为 21x y a f 显然,拱轴线方程是一条抛物线。根据此式可求得拱轴线上任意一点的高度。

隧道工程-隧道围岩压力理论及隧道设计理论

《隧道工程》课程报告 题目:隧道支护结构设计理论概述年级:2013级工程力学 姓名:顾鑫 学号:130810040001 时间:2014年5月6日

隧道支护结构设计理论概述 2013级工程力学130810040001 顾鑫 摘要:隧道工程是埋置于地层中的结构物,它的受力与变形与围岩密切相关,支护结构与围岩作为统一的受力体系相互约束、共同工作。对围岩压力的正确认识是进行隧道结构设计的基础,隧道支护结构设计理论是隧道工程安全的重要保障。本文总结了经典的隧道围岩压力理论和隧道支护结构设计理论,它们是隧道工程设计的基础,也是隧道工程理论研究完善的出发点。 关键词:隧道工程、围岩压力理论、支护结构设计理论 0.引言 隧道是构筑在离地面一定深度的岩层或土层中做通道的工程建筑物,是人类利用地下空间的一种形式。隧道工程[1]的泛指有两方面的含义:一方面是指从事研究和建造各种隧道工程的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术,是土木工程的一个分支;另一方面也指在岩体或土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物。 由于人类生活、战备、采矿等的需求,引发了早期隧道的建设形成需求;现代隧道的建设形成主要采用钻爆法、TBM法、盾构法等。相比于地面工程,隧道工程所处的环境、施工条件、运营条件等较差;同时,在资源和环境问题日趋严重的情况下,现阶段世界各国都日益重视地下空间的开发利用,隧道及隧道工程因其在节能和环保方面的优势变得愈发重要,因而迫切需要提高隧道工程的理论和技术。因此,对已有隧道分析理论的梳理总结对发展新理论和方法很重要,本文总结了隧道围岩压力理论和隧道支护结构设计理论。 1.隧道围岩压力理论 由于地质体涉及地层、岩性、地质构造、风化程度、地下水等因素,因而形成了千奇百怪的地质体,具有复杂物理力学性质,要准确地认识地质体难度较大。然而,正确地认识隧道围岩压力是隧道结构设计的基础,多年来国内外许多学者进行了深入的研究和探讨,同时提出了不少理论:泰沙基理论、普氏理论、新奥法理论等,从定性和准定量的角度取得了一定的成就,但还有大量问题需要我们去探索研究。 1.1.早期围岩压力理论(浅埋) 早期围岩压力理论(浅埋)认为垂直压力是上覆土层的自重,即σV=γH;而对侧压系数ζ=σH/σV有不同认识:(1)Haim认为是1;(2)Rankine认为是tan2(45°?φ2?);(3) 金尼克认为是μ/(1?μ)。 1.2.散体压力理论 随着埋置深度增加,认为作用在支护结构上的压力不是上浮岩土层的重力,而只是围岩塌落拱内松动岩体重量—松动压力。但该理论并没有认识到塌落并非形成围岩压力的唯一来源,也没有认识到自行稳定的围岩具有自承能力。散体压力理论主要有泰沙基理论和普氏理论,太沙基认为塌落拱是矩形的,普氏认为塌落拱是抛物线型的。 1.2.1泰沙基理论 将隧道围岩视为散粒体,认为洞室开挖后,其上方围岩将形成承载拱;并认为岩体下沉形成两条垂直的破裂面,垂直压力σV分布是均匀的,与水平压力σH的比值为ζ。在距地表深度为h处,取厚度为dh的水平土层,按平衡条件得 2b×(σV+dσV)?2 b×σV+2ζ×σV×tanφ×dh?2bγ×dh=0 整理得

几种地铁隧道土压力计算方法的对比分析

几种地铁隧道土压力计算方法的对比分析 摘要:地铁隧道结构设计一般采用“荷载-结构”模型,而地铁隧道上覆土压力的计算和分布形式是合理化及精细化设计的关键。本文依托北京地铁3号线某暗挖区间,探讨各类土压力在不同地层中计算结果与埋深的关系,对比分析的计算结果可供同类工程参考。 关键词:地铁隧道;竖向土压力;对比分析 1 引言 地铁隧道结构设计一般采用“荷载-结构”模型,而地铁隧道上覆土压力的计算和分布形式是合理化及精细化设计的关键。竖向土压力计算理论及公式,包括普氏理论、太沙基理论、谢家杰公式、比尔鲍曼公式、铁路隧道设计规范公式等。 近年来,国内外学者对竖向土压力的计算做了探讨及深入研究。宋玉香等[1]根据北京地铁所处地层,结合北京地铁四、五和十号线的暗挖隧道标准断面安全度的试算分析,提出了北京地铁隧道竖向土压力荷载计算方法,即《北京地铁矿山法区间隧道结构设计指南》推荐公式(以下简称“设计指南推荐公式”或“推荐公式”);李文博[2]分析各种土压力的计算结果与埋深的关系,并基于修正后的太沙基公式,提出了无经验参数的竖向土压力计算公式;张丽[3]等基于沈阳地铁下穿浑河的盾构隧道,提出实用的深埋隧道土压力计算方法;国斌[4]等依据工程计算经验,提出软岩浅埋隧道荷载计算的变通做法。 本文依托北京地铁3号线某暗挖区间,就普氏理论、太沙基理论、铁路隧道规范公式、设计指南推荐公式等几种计算竖向土压力的公式,探讨在不同地层中竖向土压力计算结果随埋深的变化关系,其对比分析的结果可供同类工程参考。 2 几种常用竖向土压力计算方法及公式 2.5 深浅埋隧道界限的划分 1、《城市轨道交通工程设计规范》(DB11/995-2013)11.3.3款条文说明中,建议隧道深、浅埋的限值(即临界覆土厚度)按2D(D为隧道开挖宽度)考虑; 2、《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)5.1.6条规定,当H<2.5ha时,按浅埋隧道设计,其中,H为隧道拱顶以上覆盖层厚度,ha为深埋隧道垂直荷载计算高度。 3 工程实例计算结果对比 3.1 工程实例 本工程实例基于北京地铁3号线某矿山法区间,其结构断面如图7所示,断面开挖宽度6.48m,开挖高度6.62m,初期支护厚250mm,采用喷射混凝土C20,格栅主筋采用4φ22 HRB400钢筋,每榀格栅间距500mm。图7 区间隧道标准断面 3.2 粘性土计算结果 根据3号线隧道区间勘察探孔资料,将成层土体各项土层参数按土层厚度加权平均简化为均质粘性土,土体参数及结构几何尺寸见下表:

土压力理论

王洪新[1](2011)工程实践表明,狭窄基坑有更好的稳定性。因此,其他条件相同时,狭窄基坑围护结构插入深度可以适当减小。目前常用的基坑稳定性分析方法基本不考虑基坑宽度的影响,造成狭窄基坑设计时插入深度过大,引起较大浪费。以宽度与插入深度之比为依据,把基坑宽度分成窄基坑、一般宽度基坑和宽基坑三类。基于经典土压力理论,推导考虑基坑宽度影响的抗倾覆稳定安全系数计算公式, 考虑被动区加固土体的无限侧抗压强度。分析表明,基坑越深,宽度越小,就越要考虑基坑宽度对稳定性的影响。提出的公式完全基于经典土压力理论,没有引入新的假设,较为科学,对狭窄基坑减小插入深度提供了理论依据,适合在基坑设计和施工中推广。 丁翠红、周玲[2](2009)支护结构内力和变形计算结果的合理性在很大程度上取决于作用在支护结构上的土压力,寻找更加符合基坑工程特点的土压力计算模型具有重要的现实意义和理论价值.但是现在沿用的朗肯土压力理论存在明显的弱点,随着深基坑支护结构的进一步发展复杂化,土压力理论已经不适用.根据国内外学者采用的不同研究方式,针对两种不同的支护结构分别讨论,对深基坑支护结构土压力分布规律及土压力计算方法研究进展进行综述,并分析其中存在问题及今后研究方向. 应宏伟,郑贝贝,谢新宇[3](2011)对于地铁车站、地下管道沟槽等狭窄基坑,其被动区土体宽度有限,不满足半无限体的假定,采用经典的库仑、朗肯土压力理论计算挡墙被动土压力是不合适的。首先建立了无黏性土中狭窄基坑刚性挡墙的有限元分析模型,研究了挡墙相对平移时不同宽度土体的被动滑裂面的分布规律;借鉴库仑平面土楔假定,建立了狭窄基坑刚性平动挡墙被动土压力的理论计算模型,推导了被动极限状态下滑裂面倾角及被动土压力系数的解析公式;再采用水平薄层单元法,得到了被动土压力分布、土压力合力作用点高度的理论公式。结合算例,深入研究了这种工程背景下挡墙被动滑裂面倾角的影响因素,以及被动土压力合力、土压力分布及合力作用点位置与经典库仑土压力理论的差别,与数值计算结果的对比验证了该理论方法的合理性。研究发现,当被动区土体宽度小于满足半无限体的临界值、且墙土摩擦角大于0时,被动滑裂面倾角大于传统库仑被动滑裂面倾角,被动土压力大于经典库仑解,合力作用点高度则小于库仑解,且基坑越窄,墙土摩擦角越大,其差别越大。 李峰,郭院[4](2008)成在深基坑工程中,拟开挖基坑距已有建筑物地下部分较近时,基坑支护体系承受的是有限土体的土压力,若根据Rankine理论计算,常导致计算土压力偏大,造成浪费。针对基坑工程中有限粘性土体的土压力计算问题,基于滑楔体平衡理论,本文推导了考虑土体变形情况的有限土体土压力计算模式,通过工程实例计算进行对比分析,提出了基坑工程中有限粘性土体土压力的计算方法,结果表明有限土体土压力分布模式及其量值与半无限土体土压力分布模式及其量值间存在显著差异,当有限土体宽度不大于坑深的0.75倍时,宜按有限土体土压力计算模式进行计算。 金亚兵,刘吉波[5](2009)基坑工程实践中,经常遇到相邻基坑土条土压力如何计算的问题,现行基坑规范尚没有计算方法。通过理论探索和工程实践,对前、后期的基坑支护型式进行了归类和组合,提出了相临基坑宽度的确定原则;提出了建立在库仑土压力理论基础之上的简化计算方法——叠加法,推导并给出了非黏性土和黏性土在不同坡率和地面分布有荷载条件下主动土压力系数和土压力的计算公式,并提出了临界宽度的概念和土条土压力折减系数的

普氏理论和太沙基理论

普 氏理论 1. 普氏理论的基本假定 普氏理论在自然平衡拱理论的基础上,作了如下的假设: (1) 岩体由于节理的切割,经开挖后形成松散岩体,但仍具有一定的粘结力; (2) 硐室开挖后,硐顶岩体将形成一自然平衡拱。在硐室的侧壁处,沿与侧壁夹角为45-2 φ?的方向产生两个滑动面,其计算简图如图1所示。而作用在硐顶的围岩压力仅是自然平衡拱内的岩体自重。 图1 普氏围岩压力计算模型 (3) 采用坚固系数f 来表征岩体的强度。其物理意为: 但在实际应用中,普氏采用了一个经验计算公式,可方便地求得f 值。即 式中 Rc ——单轴抗压强度(MPa )。 f —— 一个量纲为1的经验系数,在实际应用中,还得同时考虑岩体 的完整性和地下水的影响。 (4) 形成的自然平衡拱的硐顶岩体只能承受压应力不能承受拉应力。 2. 普氏理论的计算公式 (1) 自然平衡拱拱轴线方程的确定 为了求得硐顶的围岩压力,首先必须确定自然平衡拱拱轴线方程的表达式,然后求出硐顶到拱轴线的距离,以计算平衡拱内岩体的自重。先假设拱周线是一条二次曲线,如图2所示。在拱轴线上任取一点M (x,y ),根据拱轴线不能承受拉力的条件,则所有外力对M 点的弯矩应为零。即 2 02 qx Ty -= (a )

式中 q ——拱轴线上部岩体的自重所产生的均布荷载; T ——平衡拱拱顶截面的水平推力; x ,y ——分别为M 点的x ,y 轴坐标。 上述方程中有两个未知数,还需建立一个方程才能求得其解。由静力平衡方程可知,上述方程中的水平推力T 与作用在拱脚的水平推 图2 自然平衡拱计算简图 力T '数值相等,方向相反。即 T=T ' 由于拱脚很容易产生水平位移而改变整个拱的内力分布,因此普氏认为拱脚的水平推力T '必须满足下列要求 T '≤qa 1f (b ) 即作用在拱脚处的水平推力必须小于或者等于垂直反力所产生的最大摩擦力,以便保持拱脚的稳定。此外,普氏为了安全,又将水平推力降低一半后,令T= qa 1f/2,代入(a )式可得拱轴线方程为 显然,拱轴线方程是一条抛物线。根据此式可求得拱轴线上任意一点的高度。 当侧壁稳定时,x=a ,y=b ,可得 当侧壁不稳定时,x=a 1,y=b 1时,可得 式中 b 、b 1——拱的矢高,即自然平衡拱的最大高度; a —— 侧壁稳定时平衡拱的跨度; a 1——自然平衡拱的最大跨度,如图1所示。可按下式计算 根据上式,可以很方便地求出自然平衡拱内的最大围岩压力值。

普氏理论和太沙基理论

普氏理论和太沙基理论 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-

普氏理论 1. 普氏理论的基本假定 普氏理论在自然平衡拱理论的基础上,作了如下的假设: (1) 岩体由于节理的切割,经开挖后形成松散岩体,但仍具有一定的粘结力; (2) 硐室开挖后,硐顶岩体将形成一自然平衡拱。在硐室的侧壁处,沿与侧壁夹角 为45-2φ ?的方向产生两个滑动面,其计算简图如图1所示。而作用在硐顶的围岩压力 仅是自然平衡拱内的岩体自重。 图1 普氏围岩压力计算模型 (3) 采用坚固系数f 来表征岩体的强度。其物理意为: 但在实际应用中,普氏采用了一个经验计算公式,可方便地求得f 值。即 式中 Rc ——单轴抗压强度(MPa )。 f —— 一个量纲为1的经验系数,在实际应用中,还得同时考虑岩体的完整性 和地下水的影响。 (4) 形成的自然平衡拱的硐顶岩体只能承受压应力不能承受拉应力。 2. 普氏理论的计算公式 (1) 自然平衡拱拱轴线方程的确定 为了求得硐顶的围岩压力,首先必须确定自然平衡拱拱轴线方程的表达式,然后求出硐顶到拱轴线的距离,以计算平衡拱内岩体的自重。先假设拱周线是一条二次曲线,如图

2所示。在拱轴线上任取一点M (x,y ),根据拱轴线不能承受拉力的条件,则所有外力对 M 点的弯矩应为零。即 2 02 qx Ty -= (a ) 式中 q ——拱轴线上部岩体的自重所产生的均布荷载; T ——平衡拱拱顶截面的水平推力; x ,y ——分别为M 点的x ,y 轴坐标。 上述方程中有两个未知数,还需建立一个方程才能求得其解。由静力平衡方程可知,上述方程中的水平推力T 与作用在拱脚的水平推 图2 自然平衡拱计算简图 力T '数值相等,方向相反。即 T=T ' 由于拱脚很容易产生水平位移而改变整个拱的内力分布,因此普氏认为拱脚的水平推力T '必须满足下列要求 T '≤qa 1f (b ) 即作用在拱脚处的水平推力必须小于或者等于垂直反力所产生的最大摩擦力,以便保持拱脚的稳定。此外,普氏为了安全,又将水平推力降低一半后,令T= qa 1f/2,代入(a )式可得拱轴线方程为 显然,拱轴线方程是一条抛物线。根据此式可求得拱轴线上任意一点的高度。

基于含水率的昆明软土盾构隧道太沙基土压力计算方法

基于含水率的昆明软土盾构隧道太沙基土压力计算方法 发表时间:2019-06-17T09:05:12.587Z 来源:《建筑模拟》2019年第16期作者:游元明[导读] 以昆明市轨道交通四号线的工程地质资料为基础,结合现有文献资料,采用线性回归、非线性拟合等统计学分析方法,分析昆明地区软土含水率与物理力学指标的相关关系,建立回归分析方程同时给出相应的相关系数。 游元明 中铁开发投资集团有限公司昆明 650118 摘要:以昆明市轨道交通四号线的工程地质资料为基础,结合现有文献资料,采用线性回归、非线性拟合等统计学分析方法,分析昆明地区软土含水率与物理力学指标的相关关系,建立回归分析方程同时给出相应的相关系数。结果显示:昆明地区软土工程性质在天然孔隙比、天然含水率、天然容重、有机质含量等方面均与常见的淤泥质土不同,其中粉质粘土和泥炭质土在含水率与天然密度的相关性较好。粉质粘土通过非线性拟合的方式得出的含水率与粘聚力、内摩擦角相关性良好,而泥炭质土的相关性一般,根据统计学方法给出了相应的取值表。以此为基础提出了通过含水率计算昆明软土竖向土压力的计算方法,该方法考虑了该土层含水较高的特点,具有一定的研究价值。 关键词:昆明软土;回归分析;非线性拟合;土压力计算;土体参数 1 引言 昆明地区软土以泥炭质土和粉质粘土为主,其工程地质特征主要表现为天然孔隙比大、天然容重低、含水量丰富、压缩性高、固结系数低等,且成因年代晚、埋深浅的泥炭质土的物理力学指标相对于成因年代早、埋深大的泥炭质土要更差00。要想在该地层条件下修建地铁隧道,需要合理的计算施工期间不同埋深条件下的竖向土压力大小。若计算得出的土压力相对于实际情况过于偏大,则会导致隧道管片设计参数偏于保守,造成材料、资源的浪费,也是一笔不小的经济损失;若计算得出的土压力相对于实际情况过于偏小,则会导致施工、运营期间盾构隧道结构存在较大的安全隐患,给人民生命财产造成较大威胁。此外,土压力的计算方法若是依赖过多的土体物理力学参数种类,还会在一定程度上累积误差。理想的土压力计算方法中应尽可能少的使用土层物理力学参数,而且选用的物理力学参数最好还是容易获取的。因此准确给出简化适用的昆明地区软土地层条件下隧道竖向土压力的计算方法成为当前需要解决的实际设计问题。 近年来国内外研究人员对于如何计算软土地区竖向土压力展开了大量研究工作。比较有代表性的是简化计算方法,有四种:全土柱理论、太沙基土压力公式、普氏理论、比尔鲍曼土压力公式,各自特点如表1所示0。我国盾构荷载设计规范规定,当覆土层厚度不大于2倍隧道外径时应按计算截面以上全覆土压力考虑;当覆土厚度大于2倍隧道外径时,应根据地层性质、隧道埋深等按卸载拱理论或全覆土压力计算00。此外,宋玉香0等和李文博0等分别提出采用全土柱+比尔鲍曼公式、全土柱+修正太沙基公式的方式,避免计算土压力在深浅埋分界出现突变锯齿,而用平顺过渡。上述研究对于计算竖向土压力有较大帮助,但是由于昆明地区软土含水量较大,现有土压力计算方法均未考虑土体含水率对土体力学特性影响这一特点,提出考虑软土含水率的土压力计算方法能更好的适应昆明地区软土土压力计算实际情况。根据现有的竖向土压力计算方法,发现广泛地使用了重度、粘聚力、内摩擦角等物理参数,而粘聚力、内摩擦角等参数需要通过繁琐的剪切实验获取,若是能通过含水率计算得出粘聚力和内摩擦角或是给出相应的取值范围,可以省去岩土剪切实验,因此考虑通过这些物理量与含水率的相关关系进行进一步简化。 本文以昆明轨道交通4号线昆明东站~麻苴站~牛街庄站区间隧道为依托工程,采用最小二乘法、SPSS回归分析等统计学研究方法结合现场工程地质资料和文献调研,对昆明地区软土物理力学参数进行相关性研究分析,并在此基础上对于昆明地区软土在埋深较大条件下的太沙基土压力计算公式进行考虑到含水率影响的简化修正,研究成果可以为今后进一步研究提供一定参考。 2 昆明地区软土含水率与物理力学指标相关性研究 2.1 昆明地区软土物理力学性质 本文选取的昆明地区软土统计数据来源于昆明市轨道交通4号线昆明东站~牛街庄站区间段数百个钻孔资料,统计结果见表2所示。 (1)泥炭质土天然孔隙比较高、天然含水量大。常见淤泥质土的天然孔隙比e为1.301~1.676,天然含水量w为50.15%~53.0%;泥炭质土的天然孔隙比e平均值为1.962,天然含水量w平均值为70%。粉质粘土在天然含水率和孔隙比上都低于淤泥质土,粉质粘土的天然孔隙比e平均值为0.804,天然含水量w平均值为22.2%;

普氏岩石硬度系数知识(aust采矿工程)

普氏岩石硬度系数知识 由俄罗斯学者于1926年提出的岩石坚固性系数(又称普氏系数)至今仍在矿山开采业和勘探掘进中得到广范应用。岩石的坚固性区别于岩石的强度,强度值必定与某种变形方式(单轴压缩、拉伸、剪切)相联系,而坚固性反映的是岩石在几种变形方式的组合作用下抵抗破坏的能力。 1. 普氏系数又称岩石的坚固性系数、紧固系数,数值是岩石或土壤的单轴抗压强度极限的1/100,记作f,无量纲。 f=Sc/100,式中:Sc的计量单位为kg/cm²。 2.因为在钻掘施工中往往不是采用纯压入或纯回转的方法破碎岩石,因此这种反映在组合作用下岩石破碎难易程度的指标比较贴近生产实际情况。岩石坚固性系数f 表征的是岩石抵抗破碎的相对值。因为岩石的抗压能力最强,故把岩石单轴抗压强度极限的1/10作为岩石的坚固性系数,即 f=R/10 式中: R是岩石的单轴抗压强度,MPa。 f是个无量纲的值,它表明某种岩石的坚固性比致密的粘土坚固多少倍,因为致密粘土的抗压强度为10MPa。岩石坚固性系数的计算公式简洁明了,f值可用于预计岩石抵抗破碎的能力及其钻掘以后的稳定性。 根据岩石的坚固性系数(f)可把岩石分成10级(见下表),等级越高的岩石越容易破碎。为了方便使用又在第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ级的中间加了半级。考虑到生产中不会大量遇到抗压强度大于200MPa的岩石,故把凡是抗压强度大于200MPa的岩石都归入Ⅰ级。 这种方法比较简单,而且在一定程度上反映了岩石的客观性质。但它也还存在着一些缺点: (1) 岩石的坚固性虽概括了岩石的各种属性(如岩石的凿岩性、爆破性,稳定性 等),但在有些情况下这些属性并不是完全一致的。 (2) 普氏分级法采用实验室测定来代替现场测定,这就不可避免地带来因应力状态的改变而造成的坚固程度上的误差。 极硬(f=20)、很硬(f=15)、坚硬(f=8~10)、 较硬(f=5~6)、普通(f=3~4)、较软(f=1.5~2)、

太沙基理论

3.太沙基的一维渗流固结理论 太沙基(K.Terzaghi,1925)一维固结理论可用于求解一维有侧限应力状态下,饱和粘性土地基受外荷载作用发生渗流固结过程中任意时刻的土骨架及孔隙水的应力分担量,如大面积均布荷载下薄压缩层地基的渗流固结等。 (1)基本假设 l)土是均质的、完全饱和的; 2)土粒和水是不可压缩的; 3)土层的压缩和土中水的渗流只沿竖向发生,是单向(一维)的; 4)土中水的渗流服从达西定律,且土的渗透系数k和压缩系数a在渗流过程中保持不变; 5)外荷载是一次瞬时施加的。 需了解饱和土的一维渗流固结过程可观看如下一维渗流固结过程演示。 观看动画观看动画 单面排水情况双面排水情况(2)一维固结微分方程 太沙基一维固结微分方程可表示为如下形式: (4-24)

式中C V称为土的竖向固结系数,cm2/s,其值为: 上述固结微分方程可以根据土层渗流固结的初始条件与边界条件求出其特解,当附加应力σz 沿土层均匀分布时孔隙水压力υ(z,t)的解答如下: (4-25) 式中m为奇正整数(1,3,5,……);T V为时间因数,即: H为孔隙水的最大渗径,单面排水条件下为土层厚度,双面排水条件下为土层厚度之半。 一维固结的初始条件与边界条件 1. 单面排水土层中的初始条件与边界条件 当初始孔隙水压力沿深度为线性分布时,定义土层边界应力比为 式中p 1为排水面边界处应力,p 2 为不排水面边界处应力。 υ=0

2. 双面排水土层中的初始条件与边界条件 当初始孔隙水压力沿深度为线性分布时,定义土层边界应力比为 式中p 1为上边界处应力,p 2 为下边界处应力。

普氏理论泰沙基理论

太沙基计算原理: dh tg k Cdh bd bdh v v ?σσγ2222++= 简化后写为 b tg k b C dh d v v ?σγσ--= 并由边界条件h=0处,v σ=q 及h=h c 处,v σ=P ,解方程,即 可获得隧洞顶部的围岩压力P 为 ??? ? ?-+????????? ??---= b khtg q b khtg ktg C b P ???γexp exp 1 (2-119) ()??? ? ?--+=245? tg h h b b c t 式中:γ为容重;k 为静止侧压力系数,太沙基取k=1;q 为地面荷载。 式(2-119)表明,隧洞埋深较浅时,松动压力与埋深有关;埋深较大时,公式中指数项趋于零,即 ? γktg C b P -= 而与埋深无关。 普氏理论:

这一计算方法是将破裂区内的岩体自重作为隧洞支护上的荷载。为了确定破裂区的范围,必须首先对破裂区的边界线做出假定,如认为是抛物线、半椭圆形等,此外还有采用弹塑性区的分界面作为破裂区的边界线。普氏压力拱理论、康姆瑞尔(O.Kommerell )的岩体破碎理论,以及卡柯弹塑性理论都属于这一类计算方法。其中以普氏压力拱理论在我国应用最广。 普氏认为,隧洞开挖后,顶部岩体失去稳定,产生坍塌,并形成自然拱。随之,隧洞两侧由于应力集中而逐渐破坏。因此,顶部坍塌进一步扩大形成塌落拱。如图所示,如果隧洞开挖后及时支护,按照挡土墙原理,侧面岩石的破裂面与垂直轴的夹角为?? ? ?? -245? ,顶部的破坏则介于自然拱和塌落拱之间,而破坏拱以内的岩石自重即为作用在隧洞支护上的围岩压力,因而普氏破坏拱又称压力拱。普氏假定压力拱形状为二次抛物线形,压力拱高* h 按经验确定,它取决与隧洞跨度和岩石性质。普氏采用下式确定压力拱高*h f tg h b f b h t t ??? ??-+==245**? 式中:f 为岩石坚固性系数,又称普氏系数。普氏根据不同的岩性给出了相应的普氏系数,或按10 c R (R c 为岩石抗压强度,MPa )确定普氏系数。由于实际工程中,决定围岩稳定的因素并非上述两项指标,因此工程部门大多按各自的经验确定f 值。 *h P γ=

普氏岩石硬度系数知识aust采矿工程完整版

普氏岩石硬度系数知识 a u s t采矿工程 集团标准化办公室:[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]

普氏岩石硬度系数知识 由俄罗斯学者于1926年提出的岩石坚固性系数(又称普氏系数)至今仍在矿山开采业和勘探掘进中得到广范应用。岩石的坚固性区别于岩石的强度,强度值必定与某种变形方式(单轴压缩、拉伸、剪切)相联系,而坚固性反映的是岩石在几种变形方式的组合作用下抵抗破坏的能力。 1.普氏系数又称岩石的坚固性系数、紧固系数,数值是岩石或土壤的单轴抗压强度极限的1/100,记作f,无量纲。 f=Sc/100,式中:Sc的计量单位为kg/cm²。 2.因为在钻掘施工中往往不是采用纯压入或纯回转的方法破碎岩石,因此这种反映在组合作用下岩石破碎难易程度的指标比较贴近生产实际情况。岩石坚固性系数f表征的是岩石抵抗破碎的相对值。因为岩石的抗压能力最强,故把岩石单轴抗压强度极限的1/10作为岩石的坚固性系数,即f=R/10 式中:R是岩石的单轴抗压强度,MPa。 f是个无量纲的值,它表明某种岩石的坚固性比致密的粘土坚固多少倍,因为致密粘土的抗压强度为10MPa。岩石坚固性系数的计算公式简洁明了,f值可用于预计岩石抵抗破碎的能力及其钻掘以后的稳定性。 根据岩石的坚固性系数(f)可把岩石分成10级(见下表),等级越高的岩石越容易破碎。为了方便使用又在第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ级的中间加了半级。考虑到生产中不会大量遇到抗压强度大于200MPa的岩石,故把凡是抗压强度大于200MPa的岩石都归入Ⅰ级。 这种方法比较简单,而且在一定程度上反映了岩石的客观性质。但它也还存在着一些缺点: (1)岩石的坚固性虽概括了岩石的各种属性(如岩石的凿岩性、爆破 性,稳定性等),但在有些情况下这些属性并不是完全一致的。 (2)普氏分级法采用实验室测定来代替现场测定,这就不可避免地带来因应力状态的改变而造成的坚固程度上的误差。 极硬(f=20)、很硬(f=15)、坚硬(f=8~10)、 较硬(f=5~6)、普通(f=3~4)、较软(f=1.5~2)、 软层(f=0.8~1)、松软(f<1)等8类。 额分类普氏分类土壤及岩 石名称天然湿度 下平均容 重 极限压碎 强度 用轻钻孔 机钻进1m 开挖方法 及工具 紧固系数Kg/m3Kg/cm2min f

普氏岩石硬度系数知识

. 普氏系数是单轴抗压强度除以10 极硬(f=20)、很硬(f=15)、坚硬(f=8~10)、 较硬(f=5~6)、普通(f=3~4)、较软(f=1.5~2)、 软层(f=0.8~1)、松软(f<1)等8类。 额分类普氏分类土壤及岩石 名称天然湿度下 平均容重 极限压碎强 度 用轻钻孔机 钻进1m 开挖方法及 工具 紧固系数Kg/m3 Kg/cm2 min f 四类土壤Ⅳ土含碎石重 粘土,其中包 括石炭纪、侏 罗纪的硬粘 土1950 --用尖锹并同 时用镐和撬 棍开挖 1.0~1.5 含有碎石、卵 石、建筑碎料 和重达25kg 的顽石(总体 积10%以内) 等杂质的肥 粘土和重壤 1950

. 土 冰碛粘土,含 有重量在 50kg以内的 巨砾,其含量 为总体积 10%以内 2000 泥板岩2000 不含或含有 重量达10kg 的顽石 1950 松石Ⅴ含有重量在 50kg以内的 巨砾(占体积 10%以上)的 冰碛石2100 小于200 -部分用手凿 工具、部分用 爆破米开挖 1.5~1.2 矽藻岩和软 白垩岩 1800 胶结力弱的 砾岩 1900 各种不坚实 的版岩 2600

石膏2200 次坚石Ⅵ凝灰岩、和浮 石1100 200~400 3.5 用风镐的爆 破法来开挖 2~4 灰岩多孔和 裂隙严重的 石灰岩和介 质石灰岩 1200 中等硬变的 片岩 2700 中等硬变的 泥灰岩 2300 Ⅶ石灰石胶结 的带有卵石 和沉积岩的 砾石2200 400~600 6.0 用爆破方法 开挖 4~6 风化的和有 大裂缝的粘 土质砂岩 2000 坚实的泥板 岩 2800 坚实的泥灰 岩 2500

普氏岩石硬度系数知识

普氏系数是单轴抗压强度除以10 极硬(f=20)、很硬(f=15)、坚硬(f=8~10)、较硬(f=5~6)、普通(f=3~4)、较软(f=1.5~2)、软层(f=0.8~1)、松软(f<1)等8类。 额分类普氏分类土壤及岩石 名称天然湿度下 平均容重 极限压碎强 度 用轻钻孔机 钻进1m 开挖方法及 工具 紧固系数Kg/m3 Kg/cm2 min f 四类土壤Ⅳ土含碎石重 粘土,其中包 括石炭纪、侏 罗纪的硬粘 土1950 --用尖锹并同 时用镐和撬 棍开挖 1.0~1.5 含有碎石、卵 石、建筑碎料 和重达25kg 的顽石(总体 积10%以内) 等杂质的肥 粘土和重壤 土 1950 冰碛粘土,含 有重量在 50kg以内的 巨砾,其含量 为总体积 10%以内 2000 泥板岩2000 不含或含有 重量达10kg 的顽石 1950 松石Ⅴ含有重量在 50kg以内的 巨砾(占体积 10%以上)的 冰碛石2100 小于200 -部分用手凿 工具、部分用 爆破米开挖 1.5~1.2 矽藻岩和软 白垩岩 1800 胶结力弱的 砾岩 1900 各种不坚实 的版岩 2600

石膏2200 次坚石Ⅵ凝灰岩、和浮 石1100 200~400 3.5 用风镐的爆 破法来开挖 2~4 灰岩多孔和 裂隙严重的 石灰岩和介 质石灰岩 1200 中等硬变的 片岩 2700 中等硬变的 泥灰岩 2300 Ⅶ石灰石胶结 的带有卵石 和沉积岩的 砾石2200 400~600 6.0 用爆破方法 开挖 4~6 风化的和有 大裂缝的粘 土质砂岩 2000 坚实的泥板 岩 2800 坚实的泥灰 岩 2500 Ⅷ砾质花岗岩2300 600~800 8.5 用爆破方法 开挖6~8 泥灰质石灰 岩 2300 粘土质砂岩2200 砂质云片岩2300 硬石膏2900 普坚石Ⅸ严重风化的 软弱的花岗 岩、片麻岩和 正长岩2500 800~1000 11.5 用爆破方法 开挖 8~10 滑石化的蛇 纹岩 2400 致密的石灰 岩 2500 含有卵石、沉 积岩的碴质 胶结的砾岩 2500 砂岩2500 砂质石灰灰 质片岩 2500 上一页 [1] [2] [3] 下一页

太沙基与土力学

太沙基与土力学 FROM 岩土工程学报, Chinese Jounal of Geotechnical Engineering 1981年 03期 Translated from Soils and Foundation 1974 Vol. 22 No.11 作者:日吉见吉昭东京工业大学 翻译:姜敦超 卡尔· 太沙基是土力学的奠基人之一, 他在土力学领域中的活动是十分广泛的。今天土力学的发展己跨入应力一应变分析和电子计算的时代尽管太沙基的学说由于受到时代的局限, 还有待于发展和修正, 但是太沙基作为开拓者的贡献仍然为土力学界所公认。日本东京工业大学教授吉见吉昭对太沙基作了较为详细的介绍, 文中对太沙基的评价或有不当之处,或失之过高, 均请读者斟酌取舍。不过从文中可以窥视到太沙基学术思想的某些侧面。这对我国岩土工程学的研究和发展将有所裨益。本刊特作全文转载, 供读者参考。 一、前言 太沙基博士(1883——1963) 逝世已经十几年了, 回顾他在美国的三十一年研究生活, 对于我们了解美国土力学发展历史是有益的。我在阅读资料的过程中, 对创建土力学这一新领域的太沙基之前半生产生了莫大的兴趣, 因此, 试图向大家介绍一下太沙基的生平, 从侧面来看看他与土力学的关系。 二、太沙基的学生时代 卡尔· 太沙基, 1883年10月2日出生于当时的奥国波希米亚地方首府布拉格即现今的捷克斯洛伐克首都—译者。其父,是一位军人。因为他生在军人世家, 所以, 曾希望少年的太沙基也能成为一名军人。但在十四岁时, 由于视力上的缺陷而未能加入海军, 他就决心放弃做军人的念头, 在格拉兹工业大学攻读机械工程学。但是, 他却把很多时间花费在地质学、哲学和天文学等与本专业不相关的一些课程上。他喜欢登山, 是一个有名的鲁莽汉, 据说他在这个时期因决斗而造成的伤痕, 一直残留到晚年。他的学生时代似乎并不很平静, 好象有很多苦恼, 曾以“ 滥用学术自由”的罪名, 几乎被学校开除学籍, 幸而有位力学教授爱他具有独创精神和优异的文才, 替他辩护, 才免于开除, 他终于在1904年毕业于格拉兹

软岩巷道支护理论研究与发展(1)

综 述 软岩巷道支护理论研究与发展 付 强,李晓云 (北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083) 摘 要:对国内外软岩巷道支护理论发展进行了总结,阐述了影响较大的新奥法、轴变论和松动圈支护理论的机理、适用条件、优缺点。介绍了当前新型的软岩支护结构形式———高强混凝土弧板支架。 关键词:软岩;支护理论;新奥法;松动圈中图分类号:T D353 文献标识码:A 文章编号:1008-4495(2007)02-0070-03 收稿日期:2006-03-27;2006-12-27修回 作者简介:付 强(1979—),男,河北平山人,硕士研究生,研究方向为岩土工程加固技术。E -mail :ustb fuqiang @ https://www.sodocs.net/doc/4518853437.html, 。 1 软岩巷道支护理论的国外发展情况 1.1 早期理论 20世纪初发展起来的以海姆、朗肯和金尼克理 论为代表的古典压力理论认为,作用在支护结构上 的压力是其上覆岩层的重量γH [1] 。但随着开挖深度的增加,人们发现古典压力理论许多方面都有不符合实际之处,于是,坍落拱理论(也称为松软压力理论)应运而生,其代表有太沙基 理论和普氏理论[2] 。此类理论认为:坍落拱的高度与地下工程跨度和围岩性质有关。其最大贡献是提出巷道围岩具有自承能力。 20世纪50年代以来,人们开始用弹塑性力学来 解决巷道支护问题,其中最著名的是Fenner 公式 [3] 和K astner 公式[4] 。1.2 新奥法 到了60年代,奥地利工程师L.V.Rabcewicz (腊布希维茨)在总结前人经验的基础上,提出了一种新的隧道设计施工方法,称为新奥地利隧道施工方法(New Austrian Tunneling Method ),简称为新奥法(NAT M ),目前已成为地下工程的主要设计施工方法之一。1978年,L.Mttller (米勒)教授比较全面地论述了新奥法的基本指导思想和主要原则,并将其概括 为22条[5-6] 。其中主要的是: 1)围岩是隧道的主要承载结构,初期支护和最终衬砌仅仅起封闭作用,其目的是在围岩中建立承载环或三维承载球壳。 2)如果要求用围岩来支护隧道,则必须尽可能 维持围岩强度。因此,要尽可能防止围岩松动和大 范围变形。松动和变形会引起围岩强度逐渐衰减,为了维持围岩强度,应根据时间和围岩应力变化,选择适当的支护手段。 3)为了选择最佳承载环结构,必须正确估计时间对围岩特性的影响(或对围岩与衬、砌共同体特性的影响)。为此,要求进行初期实验室试验,特别是洞内位移量测试验。其中最重要的参数是岩石类别、直立自稳时间及变形速度。 4)衬砌和永久支护必须是薄壳型,以减小衬砌受弯机会,从而减少挠曲断裂。其必要强度靠钢筋网、钢拱架和锚杆达到,而不是加厚衬砌或支护截面。 5)按静力学观点,隧道被看作是由岩石、支护结构和(或)衬砌构成的厚壁管。作为1根管子,只要不开槽口,它就是静定的。因此闭合非常重要,围岩特性变化主要取决放这根“管子”的闭合时间。 6)隧洞的主要承载部分是围岩。围岩的强度主要取决于单个岩块之间的摩擦力,因此,必须尽一切可能防止围岩的松动,保持围岩的原有抵抗力。 7)支护的目的是为了更好地发挥和促进围岩的承载作用,以及在岩体中建立承载环。 8)在静力学上,隧洞可被视为由岩石承载环和支护组成的厚壁圆筒结构。因为圆筒只有在它没有缝口时才能在力学上发挥作用,所以,衬砌环的闭合特别重要,而不能指望由洞底岩层本身起闭合环的作用。除了岩层特别坚固,不需要这种闭合的情况外,都应设置仰拱。 9)从应力重新分布考虑,最好的开挖方式是全断面掘进。 1980年,奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为“在岩体或土体中设置的以使地下空 ? 07?

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