光弹性法简介 光弹性法是应用光学原理研究弹性力学问题的一种实验应力分析方法。利用光弹性法，可以研究几何形状和载荷条件都比较复杂的工程构件的应力分布状态。利用光弹性法，可以研究几何形状和载荷条件都比较复杂的工程构件的应力分布状态，特别是应力集中的区域和三维内部应力问题。对于断裂力学、岩石力学、生物力学、粘弹性理论、复合材料力学等，也可用光弹性法验证其所提出的新理论、新假设的合理性和有效性，为发展新理论提供科学依据。 光弹性法测试的原理主要为光弹性效应，即塑料、玻璃、环氧树脂等非晶体在通常情况下是各向同性而不产生双折射现象的，但当它们受到应力时，就会变成各向异性显示出双折射性质，这种现象称为光弹性效应。 当将受载模型置于正交圆偏振光场中时，获取的是图1a，b，c所示的等差线(又名等色线)的条纹图形。等差线代表模型内主应力差相等点的轨迹。 当受载模型置于正交平面偏振光场中时，则得到既有等差线又包含一条黑色粗条纹的图形，如图2所示。在两个偏振镜光轴保持正交(互相垂直)而又相对于固定不动的模型旋转时，那种随着转角改变位置而移动的黑色条纹称为等倾线，它是模型内各点主应力方向相同点的
轨迹。正交偏振镜光轴相对于模型转动的角度α，即表示主应力所指方向。当正交偏振镜光轴连续转动时，将依次出现对应于不同的α角的等倾线。一般用即时描图法或通过光电扫描，由计算机采集并绘制0°～90°范围内的，包含足够数量的等倾线综合图形(图3c)。 等差线与等倾线图合称应力光图。按等差线判断出各条纹的级次，用预先标定的条纹值，结合等倾线图，利用边界上某个已知条件，采用剪应力差法可得出该模型的全场应力。得出应力场后，由相似理论可换算出原型的应力分布图形，以此作为改进结构设计的依据。 光弹性法是研究接触应力最有效的模拟实验手段之一，优点是可测出接触表面任意点处的应力值，且精度极高(误差3 ％～4 ％)。当进行金属塑性加工工具工作状态下的应力分布情况的研究时，用光学敏感材料作变形元件(工模具)模型，而塑性介质(被加工金属)则由易熔材料，如铅或铅加碲及锑的合金，以及由环氧树脂与增塑剂等进行精心调配的聚合物等制作。为了使铅质模型材料性能高度均匀，铅必须预先承受锻造加工，以改变铸态组织为加工组织。上述一些变形介质与变形元件，可用来研究平面变形问题和轴对称变形问题。图3a，b为采用光弹性法研究在108 mm直径轧辊中，在无润滑状态下轧制时所得等差线图，c为等倾线图，d为经过计算所得出的剪应力和法线应力沿接触弧分布的图形。 以上所述为平面光弹性法。研究三维问题则需采用冻结应力法，即将制作的模型(包括
Q2第4章土中应力 一简答题 1.何谓土中应力？它有哪些分类与用途？ 2.怎样简化土中应力计算模型？在工程中应注意哪些问题？ 3.地下水位得升降对土中自重应力有何影响？在工程实践中,有哪些问题应充分考虑其影响？ 4.基底压力分布得影响因素有哪些？简化直线分布得假设条件就是什么？ 5.如何计算基底压力与基底附加压力？两者概念有何不同？ 6.土中附加应力得产生原因有哪些？在工程实用中应如何考虑？ 7.在工程中,如何考虑土中应力分布规律？ 二填空题 1、土中应力按成因可分为与。 2、土中应力按土骨架与土中孔隙得分担作用可分为与 。 3、地下水位下降则原水位出处得有效自重应力。 4、计算土得自重应力应从算起。 5、计算土得自重应力时,地下水位以下得重度应取。 三选择题 1.建筑物基础作用于地基表面得压力,称为()。 (A)基底压力;(B)基底附加压力;(C)基底净反力;(D)附加应力 2.在隔水层中计算土得自重应力c时,存在如下关系()。 (A) =静水压力 (B) =总应力,且静水压力为零 (C) =总应力,但静水压力大于零 (D)=总应力—静水压力,且静水压力大于零 3.当各土层中仅存在潜水而不存在毛细水与承压水时,在潜水位以下得土中自重应力为()。 (A)静水压力 (B)总应力 (C)有效应力,但不等于总应力 (D)有效应力,但等于总应力 4.地下水位长时间下降,会使()。 (A)地基中原水位以下得自重应力增加 (B)地基中原水位以上得自重应力增加 (C)地基土得抗剪强度减小 (D)土中孔隙水压力增大 5.通过土粒承受与传递得应力称为()。 (A)有效应力;(B)总应力;(C)附加应力;(D)孔隙水压力 6.某场地表层为4m厚得粉质黏土,天然重度=18kN/m3,其下为饱与重度sat=19 kN/m3得很厚得黏土层,地下水位在地表下4m处,经计算地表以下2m处土得竖向自重应力为()。 (A)72kPa ; (B)36kPa ;(C)16kPa ;(D)38kPa 7.同上题,地表以下5m处土得竖向自重应力为()。 (A)91kPa ; (B)81kPa ;(C)72kPa ;(D)41kPa
围岩内部位移量测 隧道围岩内部位移量测是通过钻孔位移计量测孔壁岩体不同深度的轴向位移。它不同于隧道围岩收敛观测，后者仅能测到洞室净空收敛变形，前者则能测到洞室围岩内不同深度上轴向变形。因此根据这些观测资料，可分析判断洞室围岩位移的变化范围和松弛范围，预测预报围岩稳定性，为修改锚杆支护参数提供重要依据。因此，隧道围岩内部位移量测的主要口的是为了解隧道围岩的径向位移分布和松弛范围，优化锚杆参数，指导施工。 实践证明，当隧道开挖后，岩体固有结构被破坏，块体间阻力削弱而变形松弛，坑道围岩应力重分布，坑道周边径向应力被释放，围岩内通常形成塑性区，一方面使应力不断地向围岩深部转移，另一方面又不断地向隧道方向变形并逐渐解除塑性区的应力。这种向隧道方向的变形，一般在开挖后24h内发展较快，而围岩开挖初始阶段的变形动态数据又在全部变形过程中占十分重要的地位，因此要求测点应尽快安装，并在下一循环开挖前获得初读数。 围岩内部变形量测的设备，主要是使用位移计。 当在钻孔内布置多个测点时，就能分别测出沿钻孔不同深度岩层的位移值。测点1的深度愈大，本身受开挖的影响愈小，所测出的位移值愈接近绝对值。 围岩内位移的量测多在软弱、破碎或具有较大地质结构面的围岩内进行。这类围岩本身力学性质复杂，受力变形规律不易预测，支护比较困难。进行围岩内位移量测，可以比周边位移量测获取更多的地层信息，特别是有关围岩内的信息，对分析围岩的位移规律，并据此调整支护参数，或设计新的支护结构大有助益。 实用中，一般根据量测结果，先绘出位移-深度关系曲线和位移-时间关系曲线。 如果在两相邻测点间位移突然变化，则表明在此两点间很可能有不连续位移发生，即松弛围岩的界面在此两点之间，调整支参数时，如有可能则应使锚杆长度超出此两点。如果相邻测点间位移变化比较均匀，且最深测点仍有较大变形，则表明围岩受到扰动范围较大，仅靠调整锚杆长度一般难以解决支护问题；这时应采取综合治理措施，采用特殊的钢支撑加锚喷（挂网）等方案进行初期支护，并在必要时加大二次衬砌的强度与刚度。通过位移一时间曲线，如果掌握了围岩内部随时间变形的规律，则可更好地用于指导施工，如确定复喷的时 间和二次衬砌的施工时间。
光弹性实验报告 一、 实验目的 1. 了解光弹性仪各部分的名称和作用，掌握光弹性仪的使用方 法。 2. 观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应。 3. 掌握平面偏正光场和圆偏振光场的形成原理， 和调整镜片（起 偏镜、 检偏镜、1/4波片）的方法。 4. 通过圆盘对径受压测量材料条纹级数 f ,并通过实验求出两 端受压方片中心截面上的应力。 5. 用理论公式计算出方片中心截面上的应力，并与实验得出的 数据相 比对，判断实验数据的准确性。 二、 实验原理和方法 首先引入偏振光的概念，如光波在垂直于传播方向的平面内只在 某一个 方向上振动，且光波沿传播方向上所有点的振动均在同一个平 面内，则此种光波称为平面偏振光。 双折射：当光波入射到各向异性的晶体如方解石、云母等时，一 般会分 解为两束折射光线，这种现象称为双折射。 从一块双折射晶体上，平行于其光轴方向切出一片薄片，将一束 平面偏 振光垂直入射到这薄片上，光波即被分解为两束振动方向互相 垂直的平面偏振光，其中一束比另一束较快地通过晶体。于是，射出 薄片时，两束光波产生了一个相位差。这两束振动方向互相垂直的平 面偏振光，其传播方向一致，频率相等，而振幅可以改变。设这两束 平面偏振光为： u 1 a 〔sin （ t ） （ 1） u 2 a 2sin （ t ） （2） 式中 a i a 2 —振幅 —两束光波的相位差 将上述两方程（1）（2）合并，消去时间t ,即得到光路上一点的 合成光矢量末端的运动轨迹方程式，此方程式在一般的情况下是一个 椭圆方程，如果31 a 2 a ， -，则方程式成为圆的方程： 2 U 2 u f a 2 （3） 光路上任一点合成光矢量末端轨迹符合此方程的偏振光称为圆 偏振光，
4. 隧道开挖后的位移动态与隧道变形控制措施 4.1 隧道开挖后的位移动态 隧道开挖后可能引起的位移或变形主要包括：拱顶下沉、隧道两侧拱腰向隧道方向的水平位移、地表沉降与开裂、支护开裂、土体塌落和钢拱架变形等等。 隧道开挖引起围岩的变形破坏通常是从洞室周边开始的，而后逐步向围岩内部发展。围岩变形破坏的形式和特点，除与岩体内的初始应力状态、开挖断面形态以及开挖工法有关外，主要取决于围岩的岩性与结构。坚硬块状围岩的变形破坏形式主要有岩爆、脆性开裂及块体滑移；层状岩体的变形破坏形式主要有沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等；碎裂岩体的变形破坏形式常表现为崩塌和滑动；松软岩体与土质隧道的变形破坏形式以拱形冒落为主。 隧道开挖引起的地层位移动态主要可以分为以下几个阶段： 1）隧道开挖阶段 隧道开挖破坏了地层的原始应力平衡状态，隧道周边的地层应力将会由水平方向与竖直方向的主应力，转化为隧道径向与法向的主应力，大小主应力方向将会发生变化，同时还将伴随着地层剪切应力的出现。 隧道开挖后，周边地层将会临时处于无支护的临空状态，隧道周边地层将出现向隧道方向位移的趋势（拱顶下沉与周边收敛变形），如果在隧道开挖断面范围内存在地质破碎带或地层断面，甚至可能引起地层的坍塌。但由于此阶段时间相对较短，相应的地层位移可能并不明显，尤其是在地层条件较好的情况下。 2）施加初期支护阶段 隧道开挖后，应在尽可能短的时间内施加初期支护，并尽早施作仰拱，将初期支护封闭成环，达到“强支护”的目的。目前的暗挖隧道都采用新奥法施工理念，新奥法的核心思想就是要充分利用围岩的自承能力，围岩压力主要由钢拱架、钢筋网与喷射混凝土组成的初期支护承担，围岩压力与初期支护反力之间的相互作用将会使它们达到变形协调、共同受力的目的，并最终趋于稳定。 ①对于浅埋隧道，一般认为隧道上方地层无法形成自然塌落拱，同时拱腰侧土压力相对较小，隧道开挖并施加初期支护后的地层位移主要集中在拱肩与拱顶部位，地层位移将从隧道上方开始，逐步向地表延伸。相应的地层位移主要集中在拱顶下沉、地表沉降与开裂、以及土体塌落等方面。就一般的土质隧道而言，
第二章 土体中的应力 土中自重应力——土体自身的重量在土中引起的应力称为土的自重应力。又称常驻应力，自重应力不会使土体产生变形。在应力计算中，一般均采用半空间应力模型；即认为土体是均质、连续各向同性的弹性半空间体。 1.单一土层条件下自重应力的计算 设所切取的土柱体总重为P ，根据竖向力之和为零有： 则有： cz σ——土中某点的竖向自重应力，kPa ；γ——土的容重， kN/m 3 Z ——考查点至天然地面的距离，m 该点处的水平向自重应力，根据广义虎克定律： =? -? -= E E E cz cy x x σμσμσε且 y x σσ=则有： cz cz cx K σσμ μ σ?=?-= 01其中：Ko 为土的侧向压力系数；μ为泊松比。 也就是说，竖向应力乘以水平向应力系数Ko 即为水平向应力，土体一定，水平向应力系数为常数，竖向应力已知 时，水平应力即确定。在今后的应用中，水平向应力应用的数量较少，一般情况下，有了竖向应力之后，不作特殊说明；经常用到的是竖向自重应力，为简单起见，一律简写成c σ，即z c σσ=。 2.成层土条件下自重应力 设各层土的土层厚度分别为h 1、h 2、h 3,容重分别为γ1、γ2、γ3，如图。分层不影响对称性，仍用前述的方法截取土柱体，分段求合力，得P=P 1+P 2+P 3 即：332211h F h F h F P ??+??+??=γγγ由此得：3 32211h h h c ?+?+?=γγγσ简写成：i n i i c h ?= ∑=1 γ σ 3.当土层中有地下水时自重应力 自重应力是指有效应力,即土体通过土粒间接触点传递的接触压力。浸水后，土颗颗粒受到水浮力，土颗粒间的接触压力减少，1m 3土体扣除土颗粒所受浮力后剩余重量即为有效容重，所以，浸水后单位体积土体的有效自重计算时应 采用有效重。据此有： 当有不透水层时，由于水对不透水层层面有静水压力，且通过不透水层层面向下传递该水压力，因而，此时的自重 应力还应加上水压力，即： e Z F P ??=γZ F P cz ?==γσ∑=?=???+?'+?'+?=n i i i c h h h h 13322 11γγγγσ? ??+?+?+?'+?=332211h h h h c γγγγσωω∑=?=n i i i h 1 γ
第22卷,第6期 中国铁道科学Vol .22N o .6 2001年12月 CHINA RAILWAY SCIENCE December ,2001 文章编号:1001-4632(2001)06-0080-04 隧道稳定性位移判别准则 朱 永 全 (石家庄铁道学院地下工程系,河北石家庄 050043) 摘 要:本文明确了隧道稳定性及其位移极限状态的概念,提出了隧道稳定性可通过隧道位移来体现和判别。以隧道位移为判据的隧道稳定性分析的关键和难点是围岩及支护结构的位移极限值的确定。根据隧道的变形动态信息反推围岩参数和支护结构实际所受荷载为输入参数,进行隧道极限位移的计算模拟,辅以室内模拟试验验证和现场资料调查整理的综合手段来确定,更能反映隧道的现场实际。本文还介绍了实测位移的时间序列组合模型分析、位移随机反分析、位移随机插值的方法。以隧道周边位移为依据,建立隧道稳定性判别准则以及设计体系。它可以直观地与现场量测联系起来,建立反馈系统实施控制,真正体现隧道施工中的反馈信息、指导施工、修正设计的动态设计特点。 关键词:隧道稳定性;极限状态;位移判别 中图分类号:U451.2 文献标识码:A 收稿日期:2001-05-10 作者简介:朱永全(1960—),男,安徽枞阳人,教授,博士 基金项目:铁道部工程建设科研项目(94-11) 1 隧道稳定性的概念 隧道应指围岩与支护结构的综合体。将人工支护结构与其周围一定范围内的地层(围岩)看作“支护系统”。为能安全适用、经济合理、确保质量、快速施工,必须对上述支护系统“稳定性”作出评价,以便能及时或提前作出合理的设计施工措施。 所谓“隧道稳定”一般是指坑道周边变形速率呈梯减趋势并逐渐趋近于零,其最终位移不侵入限界,支护结构不出现影响正常使用的裂缝和破损,更不能发生大范围的坍塌。而隧道稳定性是指支护系统稳定的程度。对照《工程结构可靠度设计统一标准》,把稳定性作为地下结构的基本功能要求,它既包括系统的安全性,又包括系统的耐久性和良好的正常工作性。系统或其一部分超过某一特定状态就不能满足规定的某一功能要求,此状态应为该功能的极限状态。 2 隧道稳定性可用周边位移来判别 岩石力学基本上沿用材料力学的思路,即以应 力和强度为中心并以两者关系评定岩石所处的状态。隧道工程中的支护结构设计也是如此,都是在假定围岩原始地应力或支护结构承受坍落体重量荷载的大小和分布的前提下,以支护结构应力和强度关系评定支护结构状态。大量实践证明,这种可称为应力体系的理论在应用中往往因为岩体过于复杂而遇到很大困难。 结构位移的发生和发展是该结构力学行为动态的综合反映。隧道是隐蔽工程,只能看到支护结构的内表面,从近距离处才能看到隧道内表面的细裂缝,难以观察到破坏的全貌。而内表面位移则可通过专门测量仪器测得。不管隧道的作用机理如何复杂,其经受各种作用后的反应可以用周边位移体现出来。通过周边位移观测以了解隧道的力学动态是比较直观也易于实施的办法,隧道的稳定性也应该从周边位移变化和发展得到体现。 用位移判别隧道的稳定性,就是从隧道出现的各种极限状态入手,找出在某种极限状态下各控制点的位移,即所谓极限位移,作为稳定性判据。以锚喷初期支护为主要技术背景的“新奥法”的推行,提供了在隧道开挖和支护过程中,及时对围岩及支护结构变形进行监测,并通过这种监测对围岩稳定性作出判断的可能性。
西南交通大学 隧道力学（作业） Flac3d求解围岩特征曲线 年级: 学号: 姓名: 专业: 2011 年 11 月
目录 第1章 ..................................................................................................................................... 问题分析 .. (1) 1．1 围岩特征曲线定义 (1) 1．2 求解方法 (1) 第2章建模及计算 (1) 2．1 模型建立 (1) 2．2 命令流及解释 (2) 第3章计算结果及分析 (5) 3．1 数据处理 (5) 3．2 围岩特征曲线绘制 (5) 3．3 结果分析 (6) 参考文献 (7)
FLAC3D求解围岩特征曲线 第1章问题分析 1．1 围岩特征曲线定义 围岩的特征曲线，亦称为围岩的支护需求曲线。它形象的表明围岩在洞室周边所需提供的支护阻力及与其周边位移的关系。 1．2 求解方法 同一围岩级别下，相同隧道埋深情况下，通过改变衬砌的强度（修改体积模量及剪切模量）分别求解相应强度下隧道收敛平衡时的拱顶竖直位移和应力，根据所得数据绘制该围岩级别下相应埋深的围岩特征曲线。 第2章建模及计算 2．1 模型建立 图2.1-1
如图2.1-1，圆形隧道外径为6m ，衬砌厚度为0.2m ，考虑隧道影响范围，模型宽度为30m ，高度为30m 。V 级围岩和Ⅳ级围岩通过定义材料的相关参数来建模；根据 h σγ=计算出相应埋深（即50m 、100m 、150m ）下产生的应力，将应力分别作用于模型上来建模求解。 2．2 命令流及解释 以V 级围岩150m 埋深为例，其命令流如下： ;绘制5级围岩150m 特性曲线，改变衬砌的E 进行计算 new ;建立模型，取圆形隧道半径为2.9米，衬砌厚度为0.1米， gen zone radcylinder p0 0 0 0 & p1 15 0 0 & p2 0 1 0 & p3 0 0 15 & p4 15 1 0 & p5 0 1 15 & p6 15 0 15 & p7 15 1 15 & p8 3 0 0 & p9 0 0 3 & p10 3 1 0 & p11 0 1 3 & size 5 1 8 11 & ratio 1 1 1 1.2 & group outsiderock;定义围岩分块 gen zone cshell p0 0 0 0 & p1 3 0 0 & p2 0 1 0 &
第1章隧道工程勘测设计 1.隧道选址与线路选线有什么关系？ 2.确定洞口位置的原则是什么？请解释其工程含义。 3.在按地质条件选择隧道位置时，所需要的地质资料有哪些？如何考虑地形条件对隧道位置的影响？ 第2章隧道主体建筑结构 1.某新建铁路非电化曲线隧道，已知圆曲线半径R＝1200m，缓和曲线长l=50m,远期行车速度V=160km/h，隧道里程为：进口DK150+310；出口DK150+810；ZH点DK150+320；YH点DK151+000。 试求：各段加宽值与隧道中线偏移值。要求按教材P32图2-7所示，表示清楚，并注明不同加宽的分段里程。( 注：超高值以0.5cm取整，最大采用15cm；加宽值取为10cm的整数倍；偏移值取至小数点后2位） 2. 为什么说台阶式洞门能降低边仰坡开挖高度？ 第3章隧道附属建筑 1.什么是避车洞？避车洞的设置间距是多少？在布置避车洞时应该避开哪些地方？ 2.营运隧道的通风方式有哪些？什么是风流中性点？它与通风方式的关系怎样？ 3.为什么公路隧道要设置不同的照明亮度段？它们各自的作用是什么？ 第4章隧道围岩分类与围岩压力 1.影响围岩稳定性的主要因素有哪些？围岩分级主要考虑什么因素？围岩分级的基本要素是哪几种？我国铁路隧道围岩分级主要考虑哪些因素？已知某隧道所处围岩节理发育，Rb＝26MPa，试问这是属于哪一级围岩？ 2. 某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。已知：围岩容重γ＝20KN/m3，围岩似摩擦角φ＝530，摩擦角θ＝300，试求埋深为3m、7m，15m处的围岩压力。 第5章隧道衬砌结构计算
1.已知作用在衬砌基底面上的轴力N=870KN，弯矩M=43.5KN.m,墙底厚度h=0.6m，围岩抗力系数为150MPa/m。试求墙底中心的下沉量及墙底发生的转角。 2. 什么情况下将围岩抗力弹簧径向设置？试推导径向设置的围岩抗力单元刚度矩阵。(注：抗力方向以挤压围岩为正) 3.一对称等厚平拱，衬砌厚度为50 cm，已知内力如图示，墙底抗力系数Kd=350 MPa/m,请求出墙底中心水平位移、垂直位移以及墙底截面转角(注：图中1、2、3为截面编号)。 第6章隧道施工方法 1.采用台阶法施工时，影响台阶长度的主要因素是什么？环形开挖留核心土法是如何稳定开挖工作面的？ 2.在隧道分部开挖施工中，这些术语指的是开挖的哪些部位？落底、拉中槽、导坑、挖马口。 3.指出错误，并改正之： 某隧道位于软弱破碎地层中，采用长台阶法施工。施工过程中发现洞室周边位移加速度等于零，因而断定围岩变形已经稳定。 4.指出错误，并改正之： 新奥法施工时，隧道开挖后，为了调动围岩的承载能力，不宜立即喷射混凝土，而应经量测后，再施喷。为了隧道的稳定，复合式衬砌应在锚喷支护完毕后立即修筑内层模筑混凝土衬砌。 第7章隧道钻爆施工作业 1.请解释“临时支护”、“初期支护”与“永久支护”的含义，并各举一例说明之。 2.某隧道的导坑，尺寸为2.8m×2.8m，Ⅴ级围岩，岩石等级为坚石f=8，采用斜眼掏槽，2号岩石硝铵炸药，药卷直径32mm,装药系数可取为0.6。试问： ⑴炸药用量；⑵炮眼深度；⑶炮眼数量。 第8章隧道施工的辅助坑道及辅助作业 1.隧道施工的辅助作业有哪些？
1 编制依据 1.1 《兰渝铁路LYS-11标段设计图纸》、隧参图及施工调查资料； 1.2 《铁路隧道施工规范》〔TB10204-2002〕； 1.3 《铁路隧道工程施工技术指南》〔TZ204-2008〕； 1.4 《铁路隧道监控量测技术规程》〔TB10121-2007〕； 1.5 《兰渝铁路隧道围岩监控量测管理实施细则》（兰渝铁安质【2009】50号） 1.6 路桥集团兰渝铁路LYS-11标项目经理部文件《隧道围岩监控量测管理实施细则》 2 编制范围 本方案仅适用于兰渝铁路LYS-11标段四分部（DK714+200～DK754+000）范围内隧道施工。 隧道工程数量一览表 3 工程概况
本标段隧道位于四川省南充市阆中市和南部县境内，地处四川东北部丘岭地区。设计围岩为Ⅲ～Ⅴ级。设计列车行车速度200Km/h（预留提速条件）。洞口为V级浅埋围岩。隧道海拔高程在300m～500m，地形起伏相对较小，地貌属残丘剥蚀地貌山地。气象为湿热气候。 本标段隧道所处位置地表水主要为山间溪沟及次级小河流，地表水不发育，一般流程较短，流量受大气降雨控制，因季节变化而变化，以蒸发、下渗和径流等形式排泄，冬季基本干涸。岩性主要为泥岩、砂岩，上覆第四系全新统坡残积及崩坡积粉质粘土，下伏侏罗系上统蓬莱镇（J39）砂岩、泥灰。隧道通过深层天然气影响区，为低瓦斯隧道，施工中应加强地质超前预报、监测及通风工作，防止瓦斯积聚而引起燃烧、爆炸。 4 围岩监控总体方案 现场监控量测是隧道现代化施工管理的重要组成部分，它不仅能指导工作，预报险情，确保安全，而且通过现场监测获得围岩动态和支护工作状态的信息（数据），为修正和确定初期支护参数，混凝土衬砌支护时间提供依据。 监控量测是施工过程中必不可少的一道施工程序，用于监测隧道各施工阶段围岩和支护状态，确保施工安全，而且通过对围岩支护体系的稳定性状态的监测和评价，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，同时确定二次衬砌和仰拱的施做时间，从而达到确保施工及结构安全、指导施工顺序、便利施工管理的目的。 4.1隧道监控量测的目的和意义 现场监控量测是“新奥法原理”的三大要素之一，是复合式衬砌设计、施工的核心技术。 隧道按“新奥法”原理组织施工，施工中加强监控量测对准确判定围岩
平面光弹性实验 一：实验目的 （1）学会绘制等倾线图。 （2）用剪应力差法计算标准模型中某一截面上的应力分布。 二：实验步骤 （1）安装好数码光弹仪。 （2）调整好光弹仪各镜轴位置，使之成为正交平面偏振布置。 （3）调整加载架，安装标准试件。 （4）按一定角度间隔小心旋转加载架，观察等倾线图。 （5）绘制等倾线图，安装标准试件。 （6）调整光弹仪各镜轴位置，在双正交圆偏振布置下绘制等差线图，并确定条纹级数。 三：数据分析 1：绘制剪应力图。 第一步先跟据不同角度拍摄的图片，帮等倾线画出来。由于对径受压圆环对称轴是两条等倾线，我选这两条等倾线为坐标轴，我采取的方式是将在白光照射时应力很小时的图片都放在ps中，将所有的图片都旋转到同一个角度（由于做实验的时候模型在旋转），之后根据不同图片等倾线直接绘制等倾线图。 2：根据剪应力差法计算一截面上的应力分布。 在圆偏振布置红色光线照射下的图片上选取线OK作为要计算的截面，在OK 上等距的选取六个等分点从左到右分别为0，1，2，3，4，5，6填入下面剪应力差法计算表格第一列，再选取俩辅助截面AB，CD，与OK的距离都是dy/2。其中
dx/dy=2，且将AB ，CD 也5等分，如下图所示。 有上面等差线和等倾线条纹图，测量OK ，AB ，CD 截面上各分点的等差线条纹级数N 和等倾线角度θ。不过θ是σ1与x 轴的夹角还是σ2与x 轴的夹角还是待定，不过由于竖直的等倾线上点θ=0.水平θ=90，则很容易判断θ的大小。
τxy=Nfsin2θ/2h 这里f是需要通过计算得到。Δσ=σ1-σ2=Nf/h， 其中圆盘中心的的应力为Δσ=σ 1-σ 2 =8P/（πDh） 则f=8P/（πDN），其中N=3.2（红光入射），P=，D=50mm，则f=25000 N/m 通过上面公式就可以计算截面和参考面的τ xy 。 之后就是计算σ x 和σ y 。根据（σ x ） i =（σ x ） i-1 -Δτ xy |i i-1 Δx/Δy可以算出截面 每一点的σ x ，之后再根据 σy=σx-Nfcos2θ/h 则σ y 可以算得 四：误差分析 本实验由于测量精度不是很高，导致实验数据误差可能很大。 误差有： 1：角度不能连续测量造成的误差。 2：画等倾线时由于相邻区域内主应力角变化不是很大，导致等倾线不是很准确。 3：试件不是完全的各向同性，导致结果出现误差。
一、地铁勘察规范报批稿隧道围岩分级 附录F 隧道围岩分级
注：表中“围岩级别”和“围岩主要工程地质条件”栏，不包括膨胀性围岩、多年冻土等特殊岩土。
二、铁路勘察规范报批稿隧道围岩分级 4.3.2 铁路隧道工程地质勘察的重要内容之一是根据隧道围岩的岩体或土体特征、岩石的坚硬程度、岩体的完整程度、风化程度等地质条件，考虑地下水、高地应力的影响，围岩的纵波速度，隧道的埋藏深度等因素后，综合评价隧道的围岩分级。根据现行《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）第3.2.7条的规定，围岩级别的确定应符合表3.2.7(即说明
注：1 表中“围岩级别”和“围岩主要工程地质条件”栏，不包括膨胀性围岩、多年冻土等特殊岩土； 2 层状岩层的层厚划分：巨厚层：层厚大于1.0m；厚层：层厚大于0.5m，且小于等于1.0m；中厚层：厚度大于0.1m，且小于等于0.5m；薄层：厚度小于0.1m。 《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）附录A“铁路隧道围岩基本分级”作如下规定：关于围岩基本分级： 1 分级因素及其确定方法应符合下列规定： 1）围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定； 2）岩石坚硬程度和岩体完整程度，应采用定性划分和定量指标两种方法综合确定。 2 岩石坚硬程度可按说明表4.3.2-2划分。 说明表4.3.2-2 岩石坚硬程度的划分
说明表4.3.2-3 岩体完整程度的划分 说明表4.3.2-4 围岩基本分级
关于围岩分级修正 隧道围岩级别的修正应符合下列规定: 1 围岩级别应在围岩基本分级的基础上，结合隧道工程的特点，考虑地下水状态、初始地应力状态等必要的因素进行修正。 2 地下水状态的分级宜按说明表4.3.2-5确定。 3 地下水对围岩级别的修正，宜按说明表4.3.2-6进行。 说明表4.3.2-6 地下水影响的修正 4 围岩初始地应力状态，当无实测资料时，可根据隧道工程埋深、地貌、地形、地质、构造运动史、主要构造线与开挖过程中出现的岩爆、岩芯饼化等特殊地质现象，按说明表4.3.2-7评估。 注：R c为岩石单轴饱和抗压强度（MPa）；σmax为最大地应力值（MPa）。 5 初始地应力对围岩级别的修正宜按说明表4.3.2-8进行。 说明表4.3.2-8 初始地应力影响的修正
第26卷第6期 岩 土 力 学 V ol.26 No.6 2005年6月 Rock and Soil Mechanics Jun. 2005 收稿日期：2005-03-08 基金项目：国家自然科学基金重点项目(50334060)、国家自然科学基金项目(5047025)、重庆市自然科学基金和重庆大学大学生创新基金 作者简介：李晓红，男，1959年生，博士，教授、博士生导师，主要从事地下工程和高压水射流技术等方面的科研和教学工作。 Email ：XHLi@https://www.doczj.com/doc/3811930402.html, 。 文章编号：1000－7598－(2005) 06―0850―05 隧道及地下工程围岩稳定性及 可靠性分析的极限位移判别 李晓红1，王宏图1，贾剑青1，杨春和2，胡国忠1，薛占新1 （1.重庆大学 西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆 400044；2.中国科学院武汉岩土力学研究所 武汉 430071） 摘 要：隧道和地下空间工程的稳定性和可靠性评价的问题一直是岩土工程界关注的难点问题。针对隧道围岩-支护系统的稳定性、可靠性、安全性的问题，采用以隧道及地下工程围岩变形位移为判据的隧道及地下工程围岩稳定性分析方法，分析了隧道及地下工程围岩位移的极限状态，提出了隧道及地下工程围岩极限位移的确定方法和大变形隧道及地下工程围岩极限位移的分析方法。结合工程实例，建立了以DGM （2，1）模型和Verhulst 模型为理论的隧道及地下工程围岩稳定性分析的位移预测预报方法；在此基础上，提出了隧道及地下工程围岩稳定性及可靠性位移判别准则。其研究和分析结果将有助于构建隧道及地下工程围岩稳定性分析的位移预测预报系统。 关 键 词：隧道及地下工程；稳定性及可靠性分析；围岩位移；极限位移判别方法 中图分类号：TU 457 文献标识码：A Ultimate displacement discrimination of stability and reliability analysis of surrounding rocks of tunnel and underground engineering LI Xiao-hong 1 , WANG Hong-tu 1 , JIA Jian-qing 1 , YANG Chun-he 2, HU Guo-zhong 1, XUE Zhan-xin 1 (1. Key Lab for the Exploitation of Southwestern Resources & the Environmental Disaster Control Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China ；2. Institute of Rock and soil mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China) Abstract: Stability and reliability evaluation of tunnel and underground engineering is a very difficult problem in rock and soil engineering. Aiming at the problem of stability , reliability and safety of tunnel surrounding rocks and supporting system, the ultimate displacement situation of tunnel and underground engineering surrounding rocks is analyzed by stability analysis method of surrounding rock displacement discrimination; and a method of determining the ultimate displacement of tunnel and underground engineering surrounding rocks and an ultimate displacement analysis method of large strain of tunnel and underground engineering surrounding rock are put forward. Combining with an engineering example and in accordance with DGM （2，1）and Verhulst models, a displacement forecasting method of stability analysis of tunnel and underground engineering surrounding rocks is proposed. At same time, a displacement criterion of surrounding rock stability and reliability is established. The study can help to build the displacement forecast system to analyze the stability and reliability of tunnel and underground engineering surrounding rocks. Key words: tunnel and underground engineering; stability and reliability analysis; displacement of surrounding rocks; ultimate displacement criterion 1 引 言 随着隧道和地下空间的开发不断地向深部发展，其稳定性和可靠性评价的问题一直是工程界关注的难点问题，也是当前研究的热点问题[1-2]，特别是“长、大、深”隧道和大型地下空间结构群的稳定 性及可靠性的问题已成为当前研究的重点课题[3-5]。 在隧道工程施工过程中所进行的围岩变形监测，可以有效地获得围岩稳定性控制所需的关键性的宏观信息[6]。对监测的围岩位移进行科学地预测预报，不仅是隧道工程最大限度地实现安全性和经济性统一的关键，也是进一步对围岩稳定性进行数
《土力学》第四章练习题及答案 第4章土中应力 一、填空题 1.由土筑成的梯形断面路堤，因自重引起的基底压力分布图形是形，桥梁墩台等刚性基础在中心荷载作用下，基底的沉降是的。 2.地基中附加应力分布随深度增加呈减小，同一深度处，在基底点下，附加应力最大。 3.单向偏心荷载作用下的矩形基础，当偏心距e > l/6时，基底与地基局部，产生应力。 4.超量开采地下水会造成下降，其直接后果是导致地面。 5.在地基中同一深度处，水平向自重应力数值于竖向自重应力，随着深度增大，水平向自重应力数值。 6.在地基中，矩形荷载所引起的附加应力，其影响深度比相同宽度的条形基础，比相同宽度的方形基础。 7.上层坚硬、下层软弱的双层地基，在荷载作用下，将发生应力现象，反之，将发生应力现象。 二、名词解释 1.基底附加应力 2.自重应力 3.基底压力 4.地基主要受力层 三、简答题 1. 地基附加应力分布规律有哪些？ 四、单项选择题 1.成层土中竖向自重应力沿深度的增大而发生的变化为： （A）折线减小 （B）折线增大 （C）斜线减小 （D）斜线增大 您的选项（） 2.宽度均为b，基底附加应力均为p0的基础，同一深度处，附加应力数值最大的是： （A）方形基础 （B）矩形基础 （C）条形基础 （D）圆形基础（b为直径） 您的选项（） 3.可按平面问题求解地基中附加应力的基础是： （A）柱下独立基础 （B）墙下条形基础 （C）片筏基础 （D）箱形基础 您的选项（） 4.基底附加应力p0作用下，地基中附加应力随深度Z增大而减小，Z的起算点为：
（A）基础底面 （B）天然地面 （C）室内设计地面 （D）室外设计地面 您的选项（） 5.土中自重应力起算点位置为： （A）基础底面 （B）天然地面 （C）室内设计地面 （D）室外设计地面 您的选项（） 6.地下水位下降，土中有效自重应力发生的变化是： （A）原水位以上不变，原水位以下增大 （B）原水位以上不变，原水位以下减小 （C）变动后水位以上不变，变动后水位以下减小 （D）变动后水位以上不变，变动后水位以下增大 您的选项（） 7.深度相同时，随着离基础中心点距离的增大，地基中竖向附加应力： （A）斜线增大 （B）斜线减小 （C）曲线增大 （D）曲线减小 您的选项（） 8.单向偏心的矩形基础，当偏心距e < l/6（l为偏心一侧基底边长）时，基底压应力分布图简化为： （A）矩形 （B）梯形 （C）三角形 （D）抛物线形 您的选项（） 9.宽度为3m的条形基础，作用在基础底面的竖向荷载N＝1000kN/m ，偏心距e＝0.7m，基底最大压应力为： （A）800 kPa （B）417 kPa （C）833 kPa （D）400 kPa 您的选项（） 10.埋深为d的浅基础，基底压应力p与基底附加应力p0大小存在的关系为： （A）p < p0 （B）p = p0 （C）p = 2p0 （D）p > p0 您的选项（） 11.矩形面积上作用三角形分布荷载时，地基中竖向附加应力系数K t是l/b、z/b的函数，b
内部位移量测方法: 1．量测断面选择 量测断面应设在有代表性的地质地段；在一般围岩条件下，每隔200～500M 设一个量测断面比较适宜。 2．量测断面上的测点布置 每一量测断面应布设3～11个测点；要尽量靠近锚杆或周边位移量测的测点处，以便 计算分析。 3．量测频率 围岩内位移的量测频率与同一断面其它项目量测频率相同。 周边位移量测: 量测坑道断面的收敛情况，包括量测拱顶下沉、净空水平收敛以及底板鼓起(必要时)。 拱顶下沉和水平收敛量测断面的间距为：IV类及以上围岩不大于40M；III 类围岩不大于25M；II类围岩应小于20M。围岩变化处应适当加密，在各类围岩的起始地段增设拱顶下沉测点1～2个，水平收敛L～2对。当发生较大涌水时，II、III类围岩量测断面的间距应缩小至5～10M。 各测点应在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5～2M，并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数应在开挖后12H内读取，最迟不得超过24H，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。 净空水平收敛测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。在地质条件良好，采用全断面开挖方式时，可设一条水平测线；当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。 拱顶下沉量测应与净空水平收敛量测在同一量测断面内进行，可采用水准仪测定下沉量。当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。 拱顶下沉量测与净空水平收敛量测宜用相同的量测频率，应从表508-1中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。 追问： 隧道内部位移量测和周边位移量测所使用的仪器都是什么？具体检测方法 是什么？ 回答： 隧道内部位移量测仪器： 多点位移计。
实验十一应力集中系数的光弹性测定 一、实验目的 1．了解光弹性实验原理和光弹仪的使用方法； 2．用光弹法测定带孔拉板（或带槽拉板）的应力集中系数α。 二、光弹性实验的基本原理与方法 光弹性实验法是实验应力分析中的重要方法之一，在设计产品或科研中有着广泛的应用。它有许多种方法，例如模型法，贴片法等，这里着重介绍模型法。模型法是利用透明的塑料制成构件模型，其尺寸与构件几何相似，所加载荷也与实际构件上所受载荷相似，当模型受载时，模型中任一点沿其两个主应力方向的折射率不同，即产生暂时双折射现象。当此种受力模型置于偏振光场中，就会观察到由于这种暂时双折射而引起的干涉条纹。研究表明，这些干涉条纹与各点的主应力差及主应力方向有关，因而通过对这些条纹图（称为应力光图）的观察并借助于一些辅助手段可以测得模型内的应力，然后，由相似理论可将模型应力换算成实际构件中的应力。 1．光弹性实验仪的光路如图16所示，光源发出的光束经准光镜变为平行光。通过起偏振镜后，变成只在一个平面内振动的平面偏振光，再通过第一个1/4波片，成为圆偏振光。模型后面依次为第二个1/4波片、检偏振镜、成象透镜、滤色镜、光栏等，最后在屏幕上成像。通常起偏振镜与检偏振镜的偏振轴是正交的，而相应的两个1/4波片的快、慢轴分别与偏振镜的偏振轴成±45°角。这样组成正交圆偏振光场，在屏幕上光场背景是暗的，称为暗场，若两偏振镜的偏振轴相平行，此时背景是亮的，称为明场。 图16 光弹仪光路 2．光弹性实验基本原理 当图16中的一对1/4波片取下时，模型处于平面偏振光场中，起偏振镜后的平面偏振光入射受力模型某点时，光波将沿着该点的两个主应力方向分解为两支平面偏振光，而且这两支平面偏振光传播的速度不相等（此即暂时双折射现象），因此，在通过模型后，这两支平面偏振光波使产生了光程差δ如图17。 -31-