《隧洞设计方法探索》PPT课件.ppt
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1、均质隧洞破坏机理及其设计方法,重庆市地质灾害防治工程技术研究中心中国人民解放军后勤工程学院,教授,郑颖人,一、传统隧洞破坏机理(基于松散体理论)1、深埋隧洞破坏机理地层形成普氏压力拱,承受压力拱下土体重量2、浅埋隧洞破坏机理隧洞上部土体坍塌,存在应力传递,深埋隧洞的压力拱,太沙基浅埋理论,二、现代隧洞破坏机理(基于弹塑性理论),2004年郑颖人等应用有限元强度折减法求,破裂楔体,拉布希维兹,楔体,喷混凝土,破裂面,隧洞围岩安全系数,有限元强度折减法计算过程:不断降低岩土C、值和抗滑力,直到破坏。,强度降低的倍数就是隧洞的安全系数并能求出围岩的破裂面,2 深埋隧洞的滑裂破坏面,水泥、石膏、滑石粉
2、的比例为0.2:0.6:0.2,隧洞跨度8 cm洞高12 cm洞深15cm,405215cm,模型尺寸:,隧洞模型,试验方案,模型试验与数值模拟结果对比分析,(a)方案一,(b)方案二,(c)方案三,(d)方案四,(e)方案五,模型试验,数值模拟,模型试验与数值模拟结果,深埋隧洞破裂面位置确定,围岩等效塑性应变与潜在破裂面,(a)1号路径,破裂面发生在位移或塑性应变突变处,一般是塑性应变最大的地方。,(b)2号路径,(c)3号路径,(d)4号路径,等效塑性应变与X坐标关系曲线图,(e)5号路径,土质深埋隧洞侧向破坏的工程监测,(1)隧洞拱顶锚杆受力小,两侧受力大。(2)钢架水平收敛位移平均19
3、mm,大于 拱顶与拱脚差异沉降平均9.8mm,3 浅埋隧洞的滑裂破坏面,(a)模型破坏(压力28KN)(b)数值模拟(压力26KN),浅埋隧洞破坏面,洞跨8m,埋深3m,4不同埋深下隧洞的破坏过程,(1)矩形洞室,埋深1米,安全系数0.3,埋深3米,安全系数0.52,洞跨12m 高5m,埋深1米,在顶部中间破坏。,埋深3m,在肩部破坏,安全系数随埋深增大。,c=40kpa,埋深7米,安全系数0.65,埋深8米,安全系数0.64,埋深9米,安全系数0.66,随埋深增加逐步形成浅埋压力拱,埋深9m形成浅埋压力拱安全系数逐渐增大,埋深10米,安全系数0.69,埋深12米,安全系数0.7,埋深10m浅
4、埋压力拱逐渐消失形成深埋压力拱(拱高5M)埋深910m是深浅埋的分界线按规范公式hq为12m,埋深15米,安全系数0.7,逐渐形成两个破裂面压力拱高不变安全系数不变,埋深18米,安全系数0.7,埋深30米,安全系数0.67,埋深50米,安全系数0.61,安全系数基本不变拱顶与侧壁出现两破裂面,安全系数随深度减少明显出现两侧先破坏,安全系数随深度减少两侧破坏,矩形隧洞破坏机理:1、随埋深从拱顶破坏到拱肩破坏2、开始时安全系数增加,逐渐形成浅埋压力拱,最大拱高9m3、埋深10m后,浅埋压力拱消失,形成深埋压力拱,拱高约5m,安全系数不变,4、9 10m为深浅埋分界标准,按规范公式为12m5、10
5、18m,普氏拱高度不变,安全系数不变6、18m后,破坏逐渐先从侧向开始,随埋深增加,安全系数减少,出现侧向破坏后的塌落拱,(2)拱形洞室,埋深4米,安全系数0.87,埋深7米,安全系数0.84,埋深1m拱顶中间破坏,埋深4m,拱腰破坏,埋深7m,拱肩破坏与矩形不同,随深度增加安全系数减少。拱形洞室受力优于矩形洞室。,埋深3.5米,安全系数0.88,埋深10米,安全系数0.82,埋深8米,安全系数0.82,浅埋压力拱逐渐形成拱顶破坏,埋深9米,安全系数0.82,埋深9m,浅埋压力拱形成拱顶破坏,埋深10m,浅埋压力拱逐渐消失同时出现侧向破坏,不形成深埋压力拱,埋深12米,安全系数0.81,埋深1
6、5米,安全系数0.8,埋深12m、15m,浅埋压力拱逐渐消失隧洞侧向破坏,埋深10米是深浅埋分界线规范为12米,埋深30米,安全系数0.77,埋深20米,安全系数0.78,先侧向破坏随埋深增加,安全系数不断减少侧向破坏后形成塌落平衡拱,埋深50米,安全系数0.75,埋深4米,安全系数0.87,埋深4米,安全系数1.32,(3)不同强度时拱形洞室等效塑性应变图比较,强度不同,安全系数不同,图形基本相同。,埋深3.5米,安全系数0.88,埋深3.5米,安全系数1.37,c=40kpa,c=70kpa,埋深8米,安全系数为1.22,埋深8米,安全系数0.82,埋深9米,安全系数1.20,埋深9米,安
7、全系数0.82,埋深7米,安全系数为1.25,埋深7米,安全系数0.84,埋深10米,安全系数为1.18,埋深10米,安全系数0.82,埋深12米,安全系数1.15,埋深12米,安全系数0.81,埋深15米,安全系数为1.12,埋深15米,安全系数0.8,埋深20米,安全系数为1.07,埋深20米,安全系数0.78,埋深30米,安全系数为1.03,埋深30米,安全系数0.77,埋深50米,安全系数为0.9 深、浅埋分界线取决于洞形与洞跨,埋深50米,安全系数为0.75,拱形隧洞破坏机理:1、随埋深从拱顶破坏到拱肩破坏2、拱形洞室受力明显优于矩形洞室,随埋深增加,安全系数减小,先逐渐形成浅埋压力
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