2-3 初始地应力、释放荷载与开挖效应.pptx

地下建筑结构第2章 地下建筑结构的荷载知识点3 初始地应力、释放荷载与开挖效应 陈海明 博士 副教授 初始地应力：地层开挖前在围岩地层中存在的应力，一般包括自重应力和构造应力 土层中仅有自重应力场 岩层中对于Ⅳ级以下围岩，喷射混凝土层将在同围岩共同变形的过程中对围岩提供支护抗力，使围岩变形得到控制，从而使围岩保持稳定。与此同时，喷层将受到来自围岩的挤压力。这种挤压力由围岩变形引起，常称作“形变压力”。 安徽理工大学-城市地下空间工程 1 初始地应力、形变压力、时间效应的概念 IV级以下围岩一般呈现塑性和流变特性，洞室开挖后，围岩变形的发展往往会持续较久的时间。 施做二次衬砌支护围岩时，顶替原有初期支护时扰动围岩以及衬砌同周围岩体不密贴都可产生松散压力，而当围岩变形发展到一定程度时，衬砌将与围岩密贴，并随围岩变形的继续发展，衬砌也将受到挤压，从而经受形变压力。 这类现象通常称作“时间效应”。 安徽理工大学-城市地下空间工程 1 初始地应力、形变压力、时间效应的概念 释放荷载（load caused by excavation）：地层开挖后因地应力失去平衡而使围岩经受的荷载。作用在开挖面上，量值与开挖面上的当前地应力值相等，作用方向则相反。 在有限元分析中，形变压力常在计算过程中同时确定，直接在开发边界上施加释放荷载来模拟开挖效应。 可由已知初始地应力或与前一步开挖相应的应力场确定。先求得预计开挖边界上各结点的应力，并假定各结点间应力呈线性分布，然后反转开挖边界上各结点应力的方向（改变其符号），据以求得释放荷载。 安徽理工大学-城市地下空间工程 2 释放荷载的概念 初始地应力{0}的确定常需专门研究。对岩石地层，初始地应力可分为自重地应力和构造地应力两部分，而土层一般仅有自重地应力。其中自重地应力可由有限元法求得，构造地应力可由位移反分析方法确定。 安徽理工大学-城市地下空间工程 3 初始地应力的确定 安徽理工大学-城市地下空间工程 4 释放荷载的计算 对各开挖阶段的状态，有限元分析的表达式可写成： 采用增量初应变法时，对每个开挖步，增量加载过程的有限元分析的表达式为：