围岩压力计算方法课件
围岩压力计算方法概要课件
塑性力学解析法
考虑围岩的塑性变形，通 过求解塑性力学方程来计 算围岩压力。适用于高应 力、大变形的情况。
边界元法
将问题转化为边界积分方 程，通过离散化边界来求 解围岩压力。适用于复杂 形状和边界条件的围岩。
注浆加固适用于各种类型的围岩，尤其在软弱、破碎、节理裂隙发育的 围岩中效果更佳。
注浆加固可以有效控制围岩变形和破坏，提高围岩的整体性和稳定性， 降低对支护结构的依赖。
05
围岩压力计算的发展趋势
人工智能在围岩压力计算中的应用
机器学习算法
01
利用历史数据和现场监测数据，通过训练模型来预测围岩压力。
常见的算法包括支持向量机、神经网络等。
数据挖掘技术
02
通过分析大量的监测数据，发现围岩压力变化的规律和趋势，
为预测提供依据。
专家系统
03
利用专家知识和经验，建立围岩压力计算的决策支持系统，提
高计算精度和可靠性。
多物理场耦合的围岩压力计算方法
流固耦合
考虑地下水流动和围岩变形的相互影响，建立流固耦合模型来计 算围岩压力。
热固耦合
考虑温度变化和围岩变形的相互影响，建立热固耦合模型来计算 围岩压力。
经验公式法实例
朗肯公式
基于朗肯循环理论，通过经验公式来计算围岩压 力。适用于具有简单形状和边界条件的围岩。
布莱克公式
基于布莱克理论，通过经验公式来计算围岩压力。 适用于具有复杂形状和边界条件的围岩。
库仑公式
基于库仑理论，通过经验公式来计算围岩压力。 适用于具有简单形状和边界条件的围岩。
04
围岩压力控制措施
1围岩压力计算
1围岩压力计算1围岩压力计算深埋和浅埋情况下围岩压力的计算方式不同，深埋和浅埋的分界按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。
按等效荷载高度计算公式如下：HP =（2~2.5）qh式中: Hp——隧道深浅埋的分界高度；hq ——等效荷载高度，qh=qγ；q——垂直均布压力(kN/m2)；γ——围岩垂直重度（kN/m3)。
二次衬砌承受围岩压力的百分比按下表取值：表4.1 复合式衬砌初期支护与二次衬砌的支护承载比例围岩级别初期支护承载比例二次衬砌承载比例双车道隧道三车道隧道双车道隧道三车道隧道ⅠⅡ100 100 安全储备安全储备Ⅲ100 ≥80 安全储备≥20 Ⅳ≥70 ≥60 ≥30 ≥40 Ⅴ≥50 ≥40 ≥50 ≥60 Ⅵ≥30 ≥30 ≥80 ≥85浅埋地段≥50 ≥30～50≥60 ≥60～801.1 浅埋隧道围岩压力的计算方法隧道的埋深H 大于hq 而小于Hp 时，垂直压力Q B B t tq H==γH(1-λθ)浅浅tan 。
表4.3 各级围岩的θ值及0φ值围岩级别Ⅲ ⅣⅤθ0.90φ （0.7～0.9）0φ （0.5～0.7）0φ 0φ60°～70°50°～60°40°～50°2(tan 1)tan tan tan c cc ϕ+ϕβϕ+ϕ-θc tan =tan 侧压力系数()tan tan tan tan tan tan tan tan cc c β-ϕλ=β1+βϕ-θ+ϕθ⎡⎤⎣⎦作用在支护结构两侧的水平侧压力为：e 1=γh λ ； e 2=γ(h+Ht)λ 侧压力视为均布压力时：Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=0.45×24×[1+0.1×(10-5)]=10.8m Hp=2.5hq=27m,H<Hq,故为浅埋。
取φ0=45°，θ=0.6φ0=27°，h=20m ，tan β=3.02,λ=0.224,tan θ=0.51, 计算简图：()212+1e =e e垂直压力q=19×20(1-0.224×20×0.51/10)=293.18KN/mPg=πdγ=π×0.4×25=31.4KN/m地基反力P=324.58KN/me1=γhλ=19×20×0.224=85.12e2=γ(h+Ht)λ=19×(20+8.17)×0.224=119.89水平均布松动压力e=(e1+e2)/2=102.51KN/mⅤ级围岩二衬按承受50%围岩压力进行计算，则垂直压力为q×50%=146.59KN/m地基反力为P×50%=162.29KN/m水平压力为e×50%=51.255KN/m2衬砌结构内力计算表4.7 等效节点荷载节点号X Y Fx FY1 2072.742591 1544.439864 31304.66167 2146.3194733 2072.757146 1543.972843 26425.97397 4953.6865524 2072.800753 1543.507634 26256.11233 9886.1615315 2072.873244 1543.046044 25973.81825 14776.30132 2 2072.974338 1542.589864 24195.36508 23664.97654 7 2073.219875 1542.146273 20103.90754 40260.144586 2073.651412 1541.88012 14076.90744 57497.450139 2074.154041 1541.73685 8935.043764 69728.9710410 2074.661668 1541.61244 6853.524396 83279.0729311 2075.173585 1541.507065 5880.169138 84021.8174612 2075.689079 1541.42087 4898.834757 84650.5451413 2076.20743 1541.353977 3910.852859 85164.4039714 2076.727917 1541.306479 2917.564275 85562.6960915 2077.249814 1541.27844 1920.316498 85844.8859416 2077.772394 1541.269902 920.4626612 86010.5840317 2078.294929 1541.280875 80.64000409 86059.5712718 2078.81669 1541.311344 -1081.63324 85991.7746219 2079.33695 1541.361267 -2081.158789 85807.2914620 2079.854984 1541.430575 -3077.860187 85506.3814621 2080.37007 1541.51917 -4070.385072 85089.4259922 2080.88149 1541.626929 -5057.386718 84557.009323 2081.388532 1541.753702 -6037.525576 83909.86178 2081.890488 1541.899313 -7009.471578 83148.84332 25 2082.285648 1542.168245 -9244.515303 74199.42618 24 2082.510844 1542.589864 -14047.47015 52646.5891327 2082.611937 1543.046044 -19236.06506 36865.6479128 2082.684429 1543.507634 -23588.83673 22476.6373729 2082.728036 1543.972843 -25973.81825 14776.30132 26 2082.742591 1544.439864 -26256.11233 9886.16153130 2082.706135 1545.042547 -26425.97397 4953.68655231 2082.5973 1545.636442 -31304.66167 2146.31214432 2082.417672 1546.212888 -35817.57933 -13486.3166533 2082.169871 1546.76348 -34895.66231 -26741.8859834 2081.85751 1547.280188 -33376.67067 -39539.8892835 2081.485145 1547.755477 -31286.59479 -51661.3504136 2081.058204 1548.182418 -28661.19683 -62898.8811837 2080.582915 1548.554783 -25545.39795 -73060.1921438 2080.066207 1548.867144 -21992.50975 -81971.412939 2079.515615 1549.114945 -18063.32375 -89480.0825240 2078.939169 1549.294573 -13825.06958 -95457.7295441 2078.345274 1549.403408 -9350.264619 -99802.0707842 2077.742591 1549.439864 -4715.473839 -102438.770543 2077.139908 1549.403408 0 -103322.708244 2076.546013 1549.294573 4715.473839 -102438.763145 2075.969566 1549.114945 9350.264619 -99802.0707846 2075.418975 1548.867144 13825.06984 -95457.7368747 2074.902267 1548.554783 18063.324 -89480.0898548 2074.426978 1548.182418 21992.50975 -81971.412949 2074.000037 1547.755477 25545.39769 -73060.1848150 2073.627672 1547.280188 28661.19683 -62898.8811851 2073.315311 1546.76348 31286.59505 -51661.3504152 2073.06751 1546.212888 33376.67067 -39539.8819553 2072.887882 1545.636442 34895.66205 -26741.8859854 2072.779047 1545.042547 35817.57908 -13486.32398表4.8 轴力、剪力、弯矩详细数据节点号轴力弯矩剪力1 -8.92E+05 -13456 -109952 -8.83E+05 -8352.6 -638913 -8.73E+05 21398 -1.19E+054 -8.61E+05 76686 -1.72E+055 -8.69E+05 1.57E+05 -252076 -7.80E+05 1.69E+05 3.16E+057 -2.08E+06 7906.2 339838 -2.06E+06 -11168 325749 -2.05E+06 -29519 2963810 -2.04E+06 -46347 2539511 -2.03E+06 -60967 2007312 -2.02E+06 -72813 1390913 -2.02E+06 -81442 7144.714 -2.02E+06 -86540 26.68815 -2.02E+06 -87920 -7193.616 -2.02E+06 -85526 -1426717 -2.02E+06 -79433 -2094718 -2.03E+06 -69844 -2698819 -2.04E+06 -57093 -3214820 -2.05E+06 -41637 -3619121 -2.07E+06 -24058 -3889122 -2.08E+06 -5056.4 -4002923 -7.88E+05 14553 -3.07E+0524 -8.72E+05 1.60E+05 1869325 -8.67E+05 1.51E+05 1.61E+0526 -8.78E+05 75321 1.12E+0527 -8.89E+05 22802 6085928 -8.97E+05 -5736 1042929 -9.06E+05 -10643 -1582730 -9.04E+05 -976.56 -1884631 -8.96E+05 10731 -2262932 -8.82E+05 24936 -2597333 -8.61E+05 41366 -2494434 -8.33E+05 57370 -1258435 -7.99E+05 66092 2076436 -7.60E+05 54844 4538037 -7.22E+05 28879 5781438 -6.87E+05 -4468.5 5896639 -6.58E+05 -38409 5047240 -6.38E+05 -67143 3459441 -6.27E+05 -86237 1407042 -6.26E+05 -92913 -8065.143 -6.37E+05 -86224 -2867644 -6.57E+05 -67117 -4472845 -6.85E+05 -38371 -5348046 -7.19E+05 -4418.2 -5266647 -7.57E+05 28940 -4064448 -7.94E+05 54916 -1651049 -8.29E+05 66173 1653250 -8.56E+05 57316 2859051 -8.76E+05 40997 2930652 -8.90E+05 24050 2556953 -8.98E+05 9154.2 2115954 -8.99E+05 -3292.6 17015内力图分析（1）轴力：由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出轴力图如图，最大轴力出现在仰拱段，其值为626.383kN。
第六节松散岩体围岩压力计算
第六节松散岩体围岩压力计算
图7-16 垂直地层压力计算图
第六节松散岩体围岩压力计算
v d v 2a1 2a1 v 2 sdz 2a1dz 0
d va1 sdz a1dz 0
d va1 ( vtg c)dz a1dz 0
(2)滑动面上的正压力P 在力三角形中，由正弦定律得：
P / cos
sin
sin90
R
P
R sin cos cos
③
分子、分母同乘 cos(β-φ) ，并②代入③得：
P 1 H 2
④
2
1
tg tg
tg tg 第1六节松t散g岩体围岩tg压力计算 tg tgtg
[a1 ( vtg c)]dz d va1
d v
dz
[a1 ( vtg c)] a1
d (a1 vtg c) ( 1 ) dz
a1 vtg c)
tg a1
ln( a1
tg
tg c) v
第六节松散岩体围岩压力计算
a1
z
A1
tg
(
a1 - vtg c e
当H
时，pv
a1 c ， tg
当H 50时，指数项的值约为0.1%
第六节松散岩体围岩压力计算
（三）浅埋山坡处洞室围岩压力的计算 • 原理 围岩压力=岩柱自重-岩柱侧面的摩擦力，
图7-17。
• 特点 围岩压力将产生偏压力（略）
1、右侧岩柱侧面 （1）滑动体ABC的重量 R H AD 1 ①
q
QF 2a1
H 1
HK 2a1
式中：K =tg2（45°–φ/2）tgφ
围岩压力计算方法高教课件
1）间接方法：量测支护结构的变形和内力，然后 推算围岩压力
2）直接方法：直接量测作用在支护结构上的压力
3）实验室方法：模型试验
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35
作业
某公路隧道通过Ⅲ级围岩，开挖尺寸如图所示。 矿山法施工，围岩天然容重为γ=2.2t/m3，试确定 围岩压力值。
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28
偏压隧道围岩压力的计算
2、偏压隧道围岩压力的计算
偏压隧道围岩压力的计算应按其产生偏压的原因分别考虑。 根据以往经验，一般在Ⅳ级及以上围岩以地形引起的偏压 为主进行计算；而在Ⅲ级及以下围岩，因地质构造影响较 大，则以地质构造的具体条件进行计算。
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偏压隧道围岩压力的计算
2、偏压隧道围岩压力的计算
种隧道为深埋隧道，否则为浅埋隧道。由于浅埋
隧道不能形成自然拱，所以，它的围岩压力的大
小与埋置深度直接相关。
施工因素：如爆破所产生的震动，常常是引起塌
方的重要原因之一，造成围岩压力过大，又如分
部开挖多次扰动围岩，也会引起围岩失稳，加大
自然拱范围。
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9
围岩压力的确定
1、确定的方法 2、一般规定
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式中 ：S—围岩级别，如属II级，则S＝2；
γ— 围岩容重， (kN/m3)；
ω＝1+ i(B-5) — 宽度影响系数；
B — 隧道宽度，（m）；
i —以B＝5m为基准，B每增减1m时的
围岩压力增减率。
当B<5m，取i ＝0.2；当B > 5m,取i ＝0.1。
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15
一般规定
围岩的水平匀布压力e 的确定，按下表中的 经验公式计算
岩石地下工程之四-围岩压力计算
•洞侧壁稳定：洞顶围岩压力为L0M以下岩体的重量
p1g b b(hy)d xg b b(hx f2b )d x4 3 g f2b
洞室、侧壁不稳定： 洞 的 半 跨 将 由 b 扩 大 至 b1 ， 侧壁岩体将沿LE和MF滑动， 滑面与垂直洞壁的夹角为 α＝45°－φm/2 。
b1
b
lt
一种特殊的形变围岩压力
❖ 膨胀围岩压力：膨胀 围岩由于矿物吸水膨 胀产生的对支衬结构 的挤压力。
形成的基本条件： ❖ 一是岩体中要有膨胀
性粘土矿物(如蒙脱石 等)； ❖ 二是要有地下水的作 用。
2、松动围岩压力
❖ 松动围岩压力是由于围岩拉裂塌落、块体滑移及重 力坍塌等破坏引起的压力，这是一种有限范围内脱 落岩体重力施加于支护衬砌上的压力。
(2)太沙基理论
❖ 假定跨度为2b的矩形洞 室，开挖在深度为H的 岩体中。开挖以后侧壁 稳定，顶拱不稳定，沿 面AA′和BB′发生滑移。
❖ 滑移面的剪切强度τ为：
htg mCm
❖ 岩体的天然应力状态为：
Vg, zhgz
❖ 取厚度为dz的薄层分析 ❖ 薄层的自重dG＝2bρgdz， ❖ 极限平衡条件
当R1愈大时，维持极限平衡所 需的pi愈小。因此，在围岩不 至失稳的情况下，适当扩大塑
性区，可以减小围岩压力。
2 sin m
pi
பைடு நூலகம்
0 (1 sinm )
R0 R1
1sin m
2 sin m
Cmctgm
1
(1
sin
m
)
R0 R1
1sin m
❖ 不仅处于弹性变形阶段的围岩有自承能力，处 于塑性变形阶段的围岩也具有自承能力。
隧道围岩分级与围岩压力计算PPT.
目标：通过教学让学生明白防地震工作的重要性。
学校劳动安全
1、“二知道” 招聘市场部经理
②判断施工难易程度，下来。专门有一张表格叫做来店/电登记表（第一个店是指专营店的店，另外一个电是指电话的
电）。销售人员必须把电话的谈话内容详细记录在这张表上面，以便有案可查、及时跟踪。然后还要感谢客户的来电。
③结构分析计算的依据 简述毒蛇咬伤的分析与判断、急救处理及治疗措施。
影响围岩稳定性的因素
⑴地质因素～客观因素 ⑵人为因素～主观因素、工程因素
1、地质因素
从5个方面来分析：
⑴ 岩体结构特征 ⑵ 结构面性质和空间的组合 ⑶ 岩石的力学性质 ⑷ 地下水的影响 ⑸ 围岩的初始应力状态
⑴岩体结构特征 指岩体的破碎程度或完整状态。 ●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。对稳定性起主导作用。
围岩的范围：
围岩的边界应划在开挖隧道面引起的应力变化可以 忽略不计的地方，或者说在围岩的边界上因开挖隧道而 产生的位移应该为零。一般在横断面上为6-8倍的洞径。
围岩的工程性质
物理 工程性质 水理
力学 ：围岩抵抗变形和破坏的性能。
岩体：由结构面和结构体组合而成的具有结构特 征的地质体。
岩体
结构面
岩石
C
岩体 B
A 软弱结构面
0
图4-1 典型岩体全应力应变曲线
2) 剪切变形
(1) 沿结构面滑动 (2) 岩石的断裂 (3) 在结构面的影响下沿岩石剪断
3) 流变特性 ：
●蠕变：指应力不变，而应变随时间增长。 ●松弛：应变不变，而应力随时间而衰减
问题：围岩流变特性对隧道的影响？
图4-2 岩体的流变
2、岩体强度
围岩级别的工程作用： 【案例】
知识点16 -PPT-浅埋隧道围岩压力确定方法
四、偏压浅埋隧道围岩压力计算
对于坡度陡斜的浅 埋隧道，在其围岩松动 压力的公式中应考虑地 形的影响。这种情况的 计算图式如右所示，其 围岩压力计算公式的推 导方法与平坡时相同。
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四、偏压浅埋隧道围岩压力计算
竖向压力：
qi
1
1 2
tg
hi
1
tg tg 0
三、浅埋隧道围岩压力计算
所以有：
T 1 h2 1
tg tg 0
1 h2
2 cos tg[1 tg(tg 0 ) tg 0 tg] 2 cos
其中：
tg tg 0
tg[1 tg(tg 0 tg) tg 0 tg]
——侧压力系数
从上式中可以看到在 0(似摩擦角)、 、h(埋深)为一定
7
三、浅埋隧道围岩压力计算
1）破裂面AC、BD 2）矩形EFHG下沉 带动三棱体ACE和BDF下滑 岩体ABDHGC下滑 受阻于未扰动岩体 3）作用力有：
◆矩形EFHG～W1； ◆三棱体ACE,BDF～W2； ◆三棱体与岩体EFDC之间
的摩阻力T=T1+T2； ◆阻力N。
整个
8
三、浅埋隧道围岩压力计算
对于浅埋隧道中的围岩压力需从它的受力特征来 进行分析，以下着重介绍我国交通山岭隧道目前采用 的方法。
3
一、概述
◆滑动面的概念：
当隧道埋深不大时，
开挖的影响将波及到地
表，岩体会向下移动形
滑动岩体
围岩压力
成一个坍陷区域，在隧
滑动面
未扰动土体
道的两侧将会出现滑动
面，如图所示。
图 4-10
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一、概述
当滑动岩体下滑时，受到两种阻力作用： 1）滑面上阻止滑动岩体下滑的摩擦阻力； 2）支护结构的反作用力，这种反作用力的数值应
隧道工程-围岩压力及计算
详细描述
数值模拟法是一种基于计算机技术的计算方法，通过建 立围岩和隧道的数值模型，模拟围岩的应力分布和变形 。这种方法可以综合考虑地质构造、岩石力学性质和施 工因素等对围岩压力的影响。通过反分析计算，可以得 出围岩压力的大小和分布情况。数值模拟法具有较高的 精度和灵活性，是现代隧道工程中常用的计算方法之一 。
根据监测数据的变化趋势， 预测围岩的稳定性，及时 发出安全预警。
施工指导
根据监测数据反馈，指导 隧道施工，调整施工方法、 进度和支护措施。
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工程实例分析
工程背景介绍
工程名称
某山区高速公路隧道
工程地点
山区地势陡峭，地质条件复杂
工程规模
隧道长度约5公里，设计时速为80公里/小时
围岩压力计算与支护设计
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隧道支护设计
隧道支护的类型
被动支护
仅在围岩产生显著变形时才起作 用，如混凝土衬砌、喷射混凝土 等。
复合支护
采用多种支护方式共同作用，以 增强支护效果。
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主动支护
通过施加外部支撑力，主动控制 围岩变形，如钢拱架、锚杆等。
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联合支护
结合主动和被动支护的优点，如 钢拱架与喷射混凝土联合使用。
围岩压力计算
根据地质勘察资料，采用数值模拟方法计算隧道围岩压力，为支护设计提供依 据。
支护设计
根据围岩压力计算结果，设计合理的初期支护和二次衬砌结构，确保隧道施工 安全和长期稳定性。
施工监测与反馈分析结果
施工监测
在隧道施工过程中，对围岩压力、支护结构变形等进行实时监测，及时发现异常 情况。
反馈分析
对监测数据进行整理和分析，评估支护结构的稳定性和安全性，为后续施工提供 指导。