变形压力

科技工作者之家 2020-11-17

变形压力是指洞室围岩的变形受到支护结构限制后,围岩对支护形成的压力。

变形压力详解变形要的大小取决于岩体的力学性质、岩体的初始应力场、洞室形状、支护时间和支护刚度等。按按其成因可以分为下述几种情况。

(1)弹性变形压力。由于及时采取支护措施使成洞后的围岩仍处于弹性应力状态,或者在紧跟开挖面处,由于存在开挖面的“空间效应”,而使支护结构仅受到一部分围岩的弹性变形作用,这些情况下对支护形成的变形压力称为弹性变形压力。

(2)型性变形压力。当围岩的二次应力状态超过岩体的极限强度时,洞室围岩出现了塑性区,此时围岩发生塑性变形而使支护结构受到的压力称为塑性变形压力。这是最常见的一种围岩变形压力。

(3)流变压力。在流变围岩中,洞室周边产生显著的随时间增长的变形或流动,这种由于岩体变形、流动引起的压力称为流变压力。它有显著的时间效应,能使围岩鼓出。1

变形压力的发展过程揭室开挖后,如重分布应力小于围岩的岩体强度(弹性极限),围岩处于稳定状态;重分布应力超过围岩的岩体强度;则洞室周边围岩首先破坏,裂隙自岩表面沿径向方向向岩体内部延伸。其延伸范围称为塑性区。随着围岩的塑性区向岩体深处的发展,近洞室的围岩表层开始松脱。如能及时支护,可使围岩与支护形成平衡状态,这时支护承受围岩向洞室内径方向收敛变形所产生的变形压力,以及部分松脱压力。

洞室开挖过程中围岩位移(1)根据围岩变形(洞周收敛、围岩位移)和支护应力(如锚杆应力、喷喷层应力)的观测资料,建立围岩和支护二者的特征曲线,两条曲线的交点即为平衡点,用以分析评价洞室的稳定性及支护的效果。当支护特征曲线在最大允许变形处相交,则所需支护抗力最小。如果考虑一定安全裕度,围岩变形控制在最大允许值之内,则支护抗力可适当提高,如选择在B点以左的A点。当平衡点位于B点右侧时,变形急剧增加,调体将发生破坏,应及时采取加固措施。围岩收敛测的时间过程曲线还可用作确定最终支护的时机。为此,一般考虑在收敛速度明显下降、收敛量已达最大允许值的80%~90%、收敛速度达到0.15mm/d或顶拱位移速率小于0.1mmd时,进行支护。

(2)国岩允许变形值(或称变形警成值)。围岩的稳定,主要取决于变形量。根据观测资料,首先确定破坏变形的极限值,然后,再确定变形的允许值。

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学

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