第六章 地下洞室围岩应力与围岩压力计算

第六章 地下洞室围岩应力与围岩压力

① 围岩内重分布应力与θ角无关，仅与R0和σ0有关；

② 由于τrθ=0，则σr，σθ均为主应力，且σθ恒为最大主应力，σr恒为最小主应力 ；

③ 当r＝R0(洞壁)时，σr=0，σθ=2σ0，可知洞壁上的应力差最大，且处于单向受力状态，说明洞壁最易发生破坏

④ r增大，σr增大，σθ减小，都渐趋于σ0值 (见下图)；

⑤ 在理论上，σr，σθ要在r→∞处才达到σ0值，但实际上σr、σθ趋近于σ0的速度很快，当r=6R0时，σr和σθ与σ0就很接近，如图;

所以，一般认为，地下洞室开挖引起的围岩重分布应力范围为

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第六章 地下洞室围岩应力与围岩压力

6R0。 （2）其他形状洞室重分布应力的特征 1）应力集中系数的概念

为了最有效和经济地利用地下空间，地下建筑的断面常需根据实际需要，开挖成非圆形的各种形状。但非圆形洞室的围岩应力很难用解析解表示。

由圆形洞室围岩重分布应力分析可知，重分布应力的最大值在洞壁上，且仅有σθ，因此只要洞壁围岩在重分布应力σθ的作用下不发生破坏，那么洞室内部围岩也是稳定的。

为了研究各种洞形洞壁上的重分布应力及其变化情况，引进应力集中系数的概念。

应力集中系数：是指地下洞室开挖后洞壁上一点的应力与开挖前洞壁处该点天然应力的比值。

该系数反映了洞壁各点开挖前后应力的变化情况。应力集中系数一般用α,β表示，其大小仅与该点的位置有关。 对于圆形洞室， 改写为：

所以，圆形洞室应力集中系数α=1-2cos2θ，β=1+2cos2θ 2）各种形状洞室重分布应力特点：

① 椭圆形洞室：长轴两端点应力集中最大，易引起压碎破坏；短轴两端易拉应力集中，不利于围岩稳定；

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（图中N为侧压力系数）

②各种形状洞室的角点或急拐弯处应力集中最大，如正方形或矩形洞室角点等。 ③长方形短边中点应力集中大于长边中点，而角点处应力集中最大，围岩最易失稳。

④ 当岩体中天然应力σh和σv相差不大时，以圆形洞室围岩应力分布最均匀，围岩稳定性最好。

⑤ 当岩体中天然应力σh和σv相差较大时（高地应力区），则应尽量使洞室长轴平行于最大天然应力的作用方向。

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σh大

⑥ 在天然应力很大的岩体中，洞室断面应尽量采用曲线形，以避免角点上过大的应力集中。

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