隧道工程计算题

计算题【围岩等级确定】参见书本例题：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s （3）岩体弹性波速度为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= （5）岩体中主要结构面倾角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= 岩体为破碎。 2.岩体的基本质量指标BQ （1）90Kv+30=90*+30= Rc=62>取Rc= （2）+= Kv=>取Kv= （3）BQ=90+3Rc+250Kv=90+3*+250*=3.岩体的基本质量分级 由BQ=可初步确定岩体基本质量分级为III级 4.基本质量指标的修正 （1）地下水影响修正系数K1 岩体处于潮湿状态，BQ=，因此取K1= （2）主要软弱面结构面产状修正系数K2 因为主要软弱结构面倾角为20，故取K2= （3）初始应力状态影响修正系数K3 Rc/σmax=62/= 岩体应力情况为高应力区 由BQ=查得高应力初始状态修正系数K3= （4）基本质量指标的修正值[BQ] [BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)=++= 5.岩体的最终定级 因为修正后的基本质量指标[BQ]=，所以该岩体的级别确定为IV级。 【围岩压力计算】参见书本某隧道内空净宽，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。（来源：网络）解：坍塌高度：h=x==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：==Kn/m2；水平均布压力：e=（～）q=（～）=～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)=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<26m属于深埋隧道。Kpa=Kpa3.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=~Kpa4.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，则隧道顶部垂直压力： =812KPa水平压力：=294KPa=351KPa5.某隧道内空净宽，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。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埋深3m时，属于浅埋。q==60KPa，e==； 埋深7m时，属于浅埋。===KPa ==KPa埋深15m时，属于深埋。=，e=～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：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：=KPa（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=Kpa =Kpa7.一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。解：岩石坚固性系数=12/10=，压力拱高h为=隧道顶部垂直压力=24×=Kpa=Kpa=Kpa5.一对称等厚平拱，衬砌厚度为50cm，已知内力如下图示，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： 墙底中心应力由温氏假定： 则：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.已知作用在衬砌基底面上的轴力N=870KN，弯矩M=墙底厚度h=，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=+=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行了量测，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～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。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.已知一座深埋圆形隧道，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=，围岩内摩擦角φ＝300，侧压力系数λ=1，泊松比μ=。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=，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，，或（教材5-4-16式）得 4.某公路隧道，对量测数据进行回归分析后，知位移时态曲线方程为。已知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。若以位移速度小于日为隧道稳定的判断准则，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　5.解：①位移速度，令，解得t=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。