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随着我国国民经济的发展,隧道及地下洞室的形式和数量日益增多,建设规模不断扩大,在能源、水利、交通、通讯、城市建设和国防工程等方面获得广泛的应用,地下结构的重要性也愈加明显,地下洞室开挖支护问题的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。
本文系统地介绍了围岩初始应力状态以及地下工程围岩压力的计算。总结了岩体结构面抗剪强度估算方法及异性结构面抗剪强度计算方法。介绍了考虑剪胀的 Patton,Schneider 公式和考虑起伏剪断的 Jaeger 公式,引入结构面粗糙度和考虑尺寸效应的JRC-JCS 模型,Ladanyi 和 Archambault 公式,以及异性结构面抗剪强度公式。
分析了连续介质洞室衬砌与围岩相互作用机理,并且计算出圆形断面水平巷道衬砌与围岩相互作用接触应力。将异性结构面强度理论引入围岩与衬砌间接触结构面,得到了异性结构面基本摩擦角与侧压力系数、衬砌厚度和衬砌与围岩弹性模量比之间的关系曲线。
应用FLAC<2D>有限差分软件定性地分析了围岩与衬砌间结构面存在对围岩与衬砌内力的影响,通过分析无结构面、有结构面及破坏后结构面三种典型的模型,认为在进行衬砌设计时应充分考虑结构面存在对衬砌内力的影响,根据实际情况对围岩与衬砌间结构面采用不同的接触形式进行计算,得出的结论才能与实际相符合。通过分析围岩与衬砌间结构面各影响因素,得到了围岩与衬砌间结构面内摩擦角、衬砌厚度以及衬砌与围岩弹性模量比对衬砌内力影响的关系曲线,并分析了它们对衬砌内力的影响。