1、一一.概述概述 人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的构筑物，统称为地下建筑地下建筑。地下建筑按用途可分为交通隧道、水工隧洞、矿山巷道、地下厂房、地下仓库及地下军事工程等类型。地下建筑按其内壁是否有内水压力作用可分为无压洞室和有压洞室两类。围岩的破坏：由于地下开挖，破坏了岩土体原有的平衡条件，引起围岩内应力重分布。如果这种重分布超过了围岩的强度，将使围岩产生破坏。支护衬砌：为了维护围岩的稳定性，就要进行支护衬砌。交通隧道水工隧洞地下军事工程地下厂房平窿平窿石门石门沿脉沿脉穿脉穿脉竖井竖井斜井斜井暗井暗井矿山巷道二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布 天然应力定义：地下开挖前存在于岩
2、体中的应力，也称作初始应力。主要由自重应力和构造应力两部分组成。自重应力是由重力场引起的，在地表近水平的情况下，重力场在岩体内任意点形成的铅直自重应力等于其上覆岩体的重量；而水平自重应力等于铅直自重应力与侧压力系数的乘积。1.岩体中的天然应力岩体中的天然应力二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布 构造应力是地壳运动形成的应力，又可分为活动的和残余的两类。活动的构造应力即狭义的地应力，是地壳内现代正在积累的，能够导致岩层变形和破裂的应力（主要在板块边界和板块内的新构造活动区）。残余构造应力则是古构造运动残留下来的应力。1.岩体中的天然应力岩体中的天然应力 已有的实测资料表明，多数地区的天
3、然应力以水平压应力为主，这表明构造运动在岩体天然应力形成中起着主导作用。二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布1.岩体中的天然应力岩体中的天然应力世界现今的地震带二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布 由于地下开挖，使洞室周围的岩体失去了原有的支撑，破坏了原来的受力平衡状态，围岩将向洞内产生松胀位移。其位移的结果，又改变了邻近岩体的相对平衡关系，从而引起围岩一定范围内应力、应变及能量的调整，以达到新的平衡，形成新的应力状态。2.围岩内的重分布应力围岩内的重分布应力 地下开挖后，由于围岩质点应力、应变调整而引起天然应力大小、方向和性质改变的作用，称为应力重分布作用。经应力重分布作
4、用后新的应力状态，称为重分布应力状态。二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布2.围岩内的重分布应力（圆形洞室）围岩内的重分布应力（圆形洞室）式15-1中，V、H分别为为天然铅直应力和水平应力；r、r分别为M点的径向应力、环向应力和剪应力；为M点的极角，r为极距；R0为隧洞半径。圆形洞室，由弹性理论推导。二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布2.围岩内的重分布应力（圆形洞室）围岩内的重分布应力（圆形洞室）令r=R0，则可获得洞壁上的应力，见式15-2。这表明，洞壁上的应力r、r都为0，仅有环向应力作用，其大小与洞室尺寸R0无关，仅与计算点的位置有关。二二.地下建筑围岩应力分布地下
5、建筑围岩应力分布2.围岩内的重分布应力（圆形洞室）围岩内的重分布应力（圆形洞室）令V=H=0，式15-1可变为式15-3。这表明，天然应力为静水压力状态时，圆形洞室围岩内的重分布应力中，r为0，r、为主应力。二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布2.围岩内的重分布应力（圆形洞室）围岩内的重分布应力（圆形洞室）洞壁处洞壁处 1/3时，洞顶底将出现拉应力；3时，洞两侧壁将出现拉应力，洞顶底则出现较高的压应力集中。二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布2.围岩内的重分布应力（圆形洞室）围岩内的重分布应力（圆形洞室）洞壁处洞壁处 负值，为拉应力，岩石的抗拉强度很低，容易造成拉裂；正值，
6、很高，为压应力，如果超过岩石的抗压强度，也造成破坏。二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布各种洞形洞壁的应力集中参数表各种洞形洞壁的应力集中参数表3.常见洞形常见洞形二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布各种洞形洞壁的应力集中参数表（续）各种洞形洞壁的应力集中参数表（续）3.常见洞形常见洞形二二.地下建筑围岩应力分布地下建筑围岩应力分布3.常见洞形常见洞形 应力集中系数，是指地下开挖后，洞壁上一点的应力与开挖前该点的天然应力的比值。前述常见洞形的应力集中系数是根据弹性理论及光弹试验求得的，有如下特点：1）椭圆形洞室长轴两端点压应力集中最大，易出现压碎破坏，而短轴两端最易出现拉应力集中；2）正方形洞室的4个角点的应力集中最大，围岩易发生破坏；3）矩形洞室长边中点应力集中较小，短边中点的围岩压力加大，而角点上应力集中最大；因此，岩体天然应力V和H相差不大时，圆形洞室受力情况最好；当V和H相差较大时，应尽量使洞室长轴平行最大天然应力作用的方向；在天然应力很大的岩体中，应尽量采用曲线形洞室，以避免角点上过大的应力集中。
