隧道工程计算题

..-计算题【围岩等级确定】参见书本P.96-99例题：某公路隧道初步设计资料如下 〔1〕岩石饱和抗压极限强度为62MPa 〔2〕岩石弹性波速度为4.2km/s 〔3〕岩体弹性波速度为2.4km/s 〔4〕岩体所处地应力场中与工程主轴垂直的最大主应力σmax=9.5Mpa 〔5〕岩体中主要构造面倾角20°，岩体处于潮湿状态 求该围岩类别为？(来源：隧道工程课件例题)解：1.岩体的完整性系数Kv Kv=(Vpm/Vpr)2=(2.4/4.2)2=0.33 岩体为破碎。 2.岩体的根本质量指标BQ 〔1〕90Kv+30=90*0.33+30=59.7 Rc=62>59.7取Rc=59.7 〔2〕0.04Rc+0.4=2.79 Kv=0.33>2.79取Kv=0.33 〔3〕BQ=90+3Rc+250Kv=90+3*59.7+250*0.33=351.6-.word.zl- ..-3.岩体的根本质量分级 由BQ=351.6可初步确定岩体根本质量分级为III级 4.根本质量指标的修正 〔1〕地下水影响修正系数K1 岩体处于潮湿状态，BQ=351.6，因此取K1=0.1 〔2〕主要软弱面构造面产状修正系数K2 因为主要软弱构造面倾角为20，故取K2=0.3 〔3〕初始应力状态影响修正系数K3 Rc/σmax=62/9.5=6.53 岩体应力情况为高应力区 由BQ=351.6查得高应力初始状态修正系数K3=0.5 〔4〕根本质量指标的修正值[BQ] [BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)=351.6-100(0.1+0.3+0.5)=261.6 5.岩体的最终定级 因为修正后的根本质量指标[BQ]=261.6，所以该岩体的级别确定为IV级。 【围岩压力计算】参见书本P.103-109某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。：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。〔来源：网络〕解：坍塌高度：h=x==-.word.zl- ..-垂直均布压力：Kn/m2荷载等效高度：浅埋隧道分界深度：1、当埋深H=15m时，?，属于深埋。垂直均布压力：=20x4.104=82.1Kn/m2；水平均布压力：e=〔0.15～0.3〕q=〔0.15～0.3〕x82.1=(12.3～24.6)Kn/m22、当埋深H=3m时，H?，属于浅埋。垂直均布压力：q==20x3=60Kn/m2，侧向压力：e==20x(3+1/2x8)=6.86Kn/m2；3、埋深H=7m时，8m属于浅埋隧道。2.Ⅲ级围岩中的一直墙型隧道，埋深26m，围岩容重γ＝22KN/m3，计算内摩擦角φ＝320，隧道宽6m，高8m，试确定隧道围岩压力。解：Kpa-.word.zl- ..-<26m属于深埋隧道。Kpa=6.5Kpa3.某隧道埋深为30m，围岩为Ⅴ级，净宽为12m，净高为10m，围岩天然容重20KN/m3，试计算该隧道围岩压力。解：Kpa属于深埋隧道。Kpa=73.44~122.4Kpa4.沙性土质隧道，埋深h=40m，围岩容重γ＝20KN/m3，内摩擦角φ＝280，隧道宽-.word.zl- ..-6m，高8m，试确定围岩压力。解：此时令侧压力系数，上覆土体产生围岩压力，那么隧道顶部垂直压力：=812KPa水平压力：=294KPa=351KPa5.某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。：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。解：①求自然拱高度；②判断深浅埋分界；③分别按浅或深埋隧道求围岩压力。　　结果(小数点后四舍五入)：KPa-.word.zl- ..-埋深3m时，属于浅埋。q==60KPa，e==15.67KPa；埋深7m时，属于浅埋。=3.5378=0.1414=143.67KPa=19.8KPa=42.42KPa埋深15m时，属于深埋。=82.1KPa，e=(12.3～24.6)KPa6.一直墙型隧道建于软弱破碎岩体中，埋深40m，围岩岩石容重γ＝23KN/m3，内摩擦角φ＝360，岩石抗压强度Rb=8Mpa，隧道宽6m，高8m，使用泰沙基理论和普氏理论确定围岩压力。解：〔1〕泰沙基理论计算：确定自然平衡拱的半跨：-.word.zl- ..-确定自然平衡拱的宽度：隧道的垂直压力为：KPa水平侧压力为：=82.2KPa〔2〕普氏理论计算：确定自然平衡拱的跨度：平衡拱高度为：隧道的垂直压力为：Kpa水平压力=52.94Kpa=100.8Kpa7.一直墙形隧道建于软弱破碎岩体中，埋深50m，围岩容重γ＝24KN/m3，φ＝360，岩体抗压强度Rb=12Mpa，隧道宽6m，高8m，试确定围岩压力。-.word.zl- ..-解：岩石巩固性系数=12/10=1.2，压力拱高h为=5.9m隧道顶部垂直压力=24×5.9=141.6Kpa=36.76Kpa=86.6Kpa5.一对称等厚平拱，衬砌厚度为50cm，内力如下列图示，墙底抗力系数Kd=350MPa/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)。5.解：求墙底中心水平位移：在轴力N作用下：墙底中心应力-.word.zl- ..-由温氏假定：那么：墙底中心水平位移＝墙底中心垂直位移＝在弯矩M作用下：墙底边缘应力由温氏假定：边缘垂直于墙底面的位移墙底截面转角4.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。4.解：运用温氏假定解之。①，②,③墙底中心下沉量=9.67+4.83=14.5mm-.word.zl- ..-墙底转角1．某隧道在开挖过程中用多点位移计对拱顶围岩内部位移进展了量测，不同时刻各点的位移值不同，结果绘于右图。试据此图判断拱顶围岩的松动范围；如用锚杆加固，其长度如何确定？1.解：由图可见，在距岩面3m处，位移随时间变化不大，围岩的松动范围应该在该处附近。如用锚杆加固，锚杆长度应该超过围岩松动范围，锚杆长度应采用3.5～4m为宜。2．某隧道在钢支撑架设时，在同一架钢支撑上安装了三支液压测力计〔图a〕，测得各测力计的压力——时间关系曲线，如图b。试据此分析该断面的压力特征，并说明加强初期支护时应采取的措施。-.word.zl- ..-图a图b2.解：该段地层断面I和断面III明显压力不对称，存在偏压现象；应在隧道断面III所在侧加强支护，以防止偏压造成的隧道受力不均，使隧道稳定性变差。3.一座深埋圆形隧道，开挖直径10m，拱顶以上岩层覆盖厚度495m，围岩容重γ＝20KN/m3，弹性模量E=104MPa，粘结力C=1.5MPa，围岩内摩擦角φ＝300，侧压力系数λ=1，泊松比μ=0.2。试问：①开挖后不支护状态下，围岩是否出现塑性区？②如果出现，问塑性区半径是多少？③假定支护阻力Pi=8.5MPa，问洞室周边位移是多少？3.解：①，计算出；由，求得，洞周出现塑性区。②由，，或(教材5-4-13式)，得③由，，-.word.zl- ..-或〔教材5-4-16式〕得4.某公路隧道，对量测数据进展回归分析后，知位移时态曲线方程为。隧道极限相对位移值为144mm，开挖6天后洞周实测相对位移值为64mm。试从位移值、位移速度、位移加速度三方面判断开挖6天后的隧道稳定性。.解：将t=0，代入，得先期位移。①求第6天施工实测相对位移：5.(稳定)②位移速度,第6天时(不稳定)③位移加速度(稳定)结论：隧道不稳定。5.某铁路隧道，位移时态曲线方程为。假设以位移速度小于0.2mm/日为隧道稳定的判断准那么，试从位移速度和位移加速度这两方面判断隧道能否稳定？需要多长时间才能稳定？是否需要采取加强措施？-.word.zl- ..-5.解：①位移速度，令，解得t=30.6天≈31天(要31天后才能稳定)②位移加速度(稳定)③隧道稳定，不需要采取加强措施。-.word.zl-