第十章隧道开挖计算.doc

例题 某圆形隧道埋深为450米，开挖直径为3米，岩体容重为26kN/m3,单轴抗压强度及抗拉强度分别为60.0MPa和3.0 MPa,，试分析下列两种情况： N=0.3;N=2.5下，隧道开挖边界是否达到其强度值？ 如果在上述隧道旁边再开挖另一条隧道，该隧道开挖直径为6m,两隧道中心线相距10 m，中性线位于同一水平面，试评价前面两种应力条件下的岩体稳定性。 解：应用柯西解求解平面应变条件下圆形洞室的问题，确定隧道边界围岩的稳定性。该隧道无支护压力、又无其它内部压力，开挖边坡边界的岩体为单轴应力状态。即，， 环向应力的柯西解为： 隧道边界出代入上式，可得 假定隧道垂直应力等于上部岩体重量， 允许强度值：抗压，抗拉 （1）二次应力的极值位置与原岩最大主应力有关。计算隧道顶拱和仰拱的二次应力，，侧壁的二次应力， N=0.3：环向应力分别为顶、仰拱处-1.17MPa,和侧壁31.59Mpa， N=2.5，环向应力分别为76.05 MPa,和5.85 MPa 顶、仰拱处超过岩体抗压强度允许值，岩体破坏。 在第二条隧道开挖后，可多次利用柯西解来求解问题的近似解。 分析开挖隧道是否在另一条隧道的影响区内。求解问题的近似解 静水式压力影响区， 第一隧道：1.5=6.7m， 第二隧道：3.0=13.4m， 两隧道的中心距为10米，第一隧道在第二隧道的影响区域内，第二条不在第一条的影响范围内，即第二隧道边界上的二次应力可直接求出，第一条隧道只能采用近似解。 中心距10米，同一水平线上，r=10m,,第二隧道r=3m,N=0.3,MPa, MPa,剪应力为0，对第一隧道MPa, . 顶点应力值： 0.1MPa 侧壁应力: 岩体处在稳定状态，未达到其允许值。 当N=2.5时，由第二隧道在第一条隧道中心线引起的应力分别为 ，对第一隧道，， 顶定点的应力值为： 侧壁应力为： 岩体处在破坏状态. R=1.5m(第一个隧道) 第一次开挖（单独） 侧壁 拱顶 第二次开挖（r=3m） 侧壁 拱顶 N=0.3 31.59 Pa -1.17MPa N’=0.336 33.25 0.1MPa 岩体安全 岩体安全 N=2.5 5.85 MPa 76.08 MPa N’=1.84 15.46 60.05 MPa 岩体顶部超过极限强度允许值，破坏 岩体超过极限值，破坏状态 3