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围岩应力的变化规律

地下洞室开挖后,破坏了岩体中原有的地应力平衡状态,岩体内各质点在回弹应力作用下,力图沿最短距离向消除了阻力的临空面方向移动,直到达到新的平衡,这种位移现象称为卸荷回弹。随着岩体质点的位移,岩体内一些方向上的质点由原来的紧密状态逐渐变得松胀,另一些方向上的质点则反而挤压程度更大,岩体应力的大小和主应力方向也随之发生变化。这种岩体应力变化,一般发生在地下洞室横剖面最大尺寸的3~5倍范围内。在此范围以外,岩体依然处于原来的地应力状态。

地下洞室开挖使围岩内主应力产生强烈的分异现象,越接近临空面,应力差值越大,到洞室周边达到最大值。因此,在围岩范围内,洞室周边为最不利应力条件。洞室开挖后,只要洞壁各点的应力值均未超过岩体强度,则整个围岩是稳定的;否则,围岩就会产生变形和破坏。并且,任何围岩的变形和破坏必将首先从洞室周边开始,然后沿半径方向向岩体内部发展。因此,研究洞室周边应力,对评价围岩稳定性有十分重要的意义。

洞室周边围岩应力的变化规律主要随洞室形状和侧压力系数( σ σ )而变化。以铁路直墙圆拱形隧道为例,当侧压力系数较低时,拉应力主要出现在拱顶和洞底,并且洞底的拉应力常大于拱顶的拉应力;压应力主要出现在拱脚和边墙中部,并且边墙中部的压应力最大。随着侧压力系数的增加,拱顶和洞底由拉应力转为压应力,拱顶压应力大于洞底压应力,并逐步接近于拱脚压应力;边墙中部压应力增加,并仍为最大压应力区。

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