山體壓力

山體壓力是指地下洞室、巷洞周圍因開挖而發生應力重分布的那一部分岩土體(圍岩)作用於洞體襯砌或支護上的壓力。

基本介紹

• 中文名：山體壓力
• 外文名：Mountain pressure
• 又稱：岩石壓力、礦山壓力、圍岩壓力等
• 影響因素：地質條件、斷面形狀、平面布置等
• 理論：普式理論、鬆散體理論等
• 圍岩應力：山體壓力與圍岩應力成正比

山體壓力理論

目前各國對於山體壓力流行的有如下一些理論，如鬆散體理論，彈性體理論或彈塑性體理論等。而廣泛被採用的則為鬆散體理論，如美國的太氏理論，蘇聯的普氏理論以及德國的畢氏理論等。我國建國以來大量採用的是蘇聯的普氏理論。這一理論的特點是把山體假想為一個鬆散體，它的基本點是構想在一個山體中開挖洞室以後，在洞室上方要形成一個“塌落拱”。普氏認為這個塌落拱範圍內的岩體遲早要塌落下來，所以應當用人工襯砌將這個塌落拱支撐起來，襯砌需要承載的荷重，就是這個塌落拱範圍內岩石的重量，即一般所謂的山體壓力。普氏建議普氏係數f值可以近似地用岩石極限抗壓強度值的百分之一。太氏、畢氏都推導有不同的山體壓力公式，但他們和普氏一樣，也是把山體均假設為鬆散體來考慮。

山體壓力測量結果分析

拱部垂直壓力的分布

過去我國隧道設計時，垂直壓力採用均勻分布。但是，量測結果表明，拱部壓力(量測的是徑向壓力)並非均勻分布，就徑向壓力來說，是兩側拱腰大，拱頂小，成一馬鞍形分布。造成這種情況，首先是由於施工的影響。因為我國目前常用的先拱後牆法施工，在開挖上導坑後向兩側擴大，擴大時一般設有扇形支撐,施工過程中拱部的前期山體壓力全部由扇形支撐和上導排架承受。拱部擴大後，由拱腳向拱頂灌注拱圈混凝土。隨著澆注的進行，按順序拆除原設的臨時扇形支撐，並通過回填或支頂短柱，將前期山體壓力改作用在已灌混凝土上，最後拆除上導排架，進行封頂。因此，前期山體壓力傳遞給拱部襯砌的次序是自拱腳向拱頂，在拆除上導排架後，全部前期壓力大部由兩側拱腰承受，而在拱頂約2米的範圍內所受到的前期壓力較小。施工回填，因結構位置和填料自重的影響,一般拱腳和拱腰較易做到和圍岩密貼，而拱頂則很難達到。當由於圍岩坍塌或徐變使山體壓力繼續增長時，因剛度的不同，也使兩側拱腰承受的分量比拱頂為大。

因此，對於中等強度的岩層來說，用先拱後牆法施工，拱部壓力的馬鞍形分布是無疑的。

結構面對山體壓力的影響

影響隧道襯砌壓力大小的因素很多，除岩性、跨度、埋深、地貌、施工方法等以外，結構面的影響也是非常重要的。量測數據表明，斷層、錯動、層理、節理、劈理、軟弱夾層等構造面的數量、大小、連通、填充和膠結情況，都對隧道的壓力有很大影響。但是，同樣的結構面情況，只要各種結構面間的空間關係不同，特別是和開挖隧道軸線的空間關係不同，對隧道山體壓力和穩定性的影響也是不同的。同一個山體，隧道從某個方向穿過可能影響不大，而從另一個方向穿過，可能為害很大。也正是由於這個原因，深埋隧道也常常引起偏壓。上述的幾個隧道和豐沙線某雙線隧道都出現過偏壓的情況。由於隧道襯砌對偏壓十分敏感，因此在勘測設計和施工時，不能忽視。很多隧道出現開裂或破壞，都和這個原因有關。