（四）围岩松动压力的形成和确定方法1、围岩松动压力的形成深埋坑道开挖后围岩由变形到坍塌成拱的整个变形过程，称为围岩的成拱作用。在成拱过程中形成的相对稳定的拱形坍腔结构，称为自然拱或坍落拱。而坍腔内坍落的岩土形成松动压力的荷载来源。自然拱范围的大小除了受上述的围岩地质条件、支护结构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态等因素影响外，还取决于以下诸因素：隧道的形状和尺寸；隧道的埋深；
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因素。深、浅埋隧道的判定原则式中——深浅埋隧道分界的深度；——等效荷载高度值，即坍落拱高度。2、确定围岩松动压力的方法 现场实地量测：按目前的量测手段和技术水平来看量测的结果尚不能充分反映真实情况。 理论公式计算：由于围岩地质条件的千变万化，所用计算参数难以确切取值，目前还没有一种能适合于各种客观实际情况的统一理论。 统计的方法：在大量施工坍方事件的统计基础上建立起来的统计方法，在一定程度上能反映围岩压力的真实情况。(1)普氏理论 提出岩体坚固性系数f的概念视岩体为散粒体。但岩体又不同于一般的散粒体，其结构面上存在着不同程度的粘结力，又要保证其抗剪强度不变。式中——岩体的内摩擦角和似摩擦角；岩体的抗剪强度：岩体坚固性系数：在具有一定粘结力的松散介质中开挖坑道后，其上方会形成一个抛物线形的自然拱，作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散岩体的重量。而自然拱的形状和尺寸(即它的高度hk和跨度B)与岩体的坚固性系数f有关。具体
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达式为：式中hk——自然拱高度；bt——自然拱的半跨度。 提出基于“自然拱”概念的计算理论bt在松散和破碎岩体中，坑道的侧壁受到扰动而产生滑移，自然拱的跨度也相应加大。式中b——坑道的净跨之半；Ht——坑道的净高；——岩体的似摩擦角，围岩垂直均布松动压力：围岩水平均布松动压力可按朗金公式计算：在地面深度为h处取出一厚度为dh的水平条带单元体，考虑其平衡条件∑V＝0，得出假定作用在任何水平面上的竖向压应力是匀布的，相应的水平力k为侧压力系数。σH=kσv(2)泰沙基理论展开后，得：解上述微分方程，并引进边界条件，得洞顶岩层中任意点的垂直压力为：随着坑道埋深h的加大,趋近于零，则：泰沙基根据实验结果，得出K＝1—1.5，取K＝1，则：式中，b、φ0意义同上。如以＝f代入，得侧向均布压力则仍按朗金公式计算：式中ω——宽度影响系数，ω=1+i(B-5)B——坑道宽度，以m计；i——B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B＝5m为基准)，当B＜5m时取i=0.2，B＞5m时，取i＝0.1。对于单线、双线及多线隧道，按破坏阶段
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时：(3)我国《隧规》所推荐的方法（q、e）1)深埋隧道式中hq——等效荷载高度值；S——围岩级别，如Ⅲ级围岩S=3；γ——围岩的容重；对于单线隧道、按概率极限状态设计时：水平压力e可用下表中的经验范围取值：水平压力e推荐范围 围岩级别 Ⅰ～Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 水平匀布压力 0 ＜0.15q (0.15～0.3)q (0.30～0.5)q (0.5～1.0)q上述计算表达式的适用条件：①H/B＜1.7(H为坑道的高度)；②深埋隧道；③不产生显著的偏压力及膨胀压力的一般围岩；④采用钻爆法施工的隧道。垂直松动压力的分布图水平压力分部一般为均布形式，在高地应力、浅埋时，还应考虑水平压力非均匀分布的情况。2)浅埋隧道当隧道埋深不大时，开挖的影响将波及到地表而不能形成“自然拱”。从施工过程中岩体(包括土体)的运动情况可以看到，隧道开挖后如不及时支撑，岩体即会大量坍落移动，这种移动会影响到地表并形成一个坍陷区域，此时岩体将会出现两个滑动面。对于这样的情况，可以采用松散介质极限平衡理论进行
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。当滑动岩体下滑时，受到两种阻力作用：一是滑面上阻止滑动岩体下滑的摩擦阻力；二是支护结构的反作用力，这种反作用力的数值应等于滑动岩体对支护结构施加的压力，也就是我们所要确定的围岩松动压力。受力的极限平衡条件：滑动岩体重量＝滑面上的阻力+支护结构的反作用力(围岩松动压力)围岩松动压力＝滑动岩体重量-滑面上的阻力①隧道埋深h小于或等于等效荷载高度hq(即h≤hq)时，忽略滑动面上的摩擦力：式中γ——围岩容重，以kN/m3计；h——隧道埋置深度，以m计。围岩水平均布压力e按朗金公式计算②隧道埋深h大于等效荷载高度hq(即h＞hq)时：隧道随着埋置深度增加，上覆岩体逐渐增厚，滑面的阻力也随之增大。因此，在计算围岩压力时，必须考虑滑面上阻力的影响。施工中，上覆岩体的下沉和位移与许多因素有关，如支护是否及时，岩体的性质、坑道的尺寸及埋置深度的大小，施工方接是否合理等等。为方便计算，根据实践经验作如下简化假定。a.岩体中所形成的破裂面是一个与水平面成β角的斜直面；b.当洞顶上覆盖岩体FEGH下沉时受到两侧岩体的挟持，应当强调它反过来又带动了两侧三棱岩体ACE和BDF的下滑，而当整个下滑岩体ABDHGC下滑时，又受阻于未扰动岩体。c.斜直面AC、BD是一个假定破裂滑面，该滑面的抗剪强度决定于滑面的摩擦角φ及粘结力c，为简化计算采用岩体的似摩擦角φ0。基于上述假定，按力的平衡条件，可求出作用在隧道支护结构上的围岩松动压力值。围岩垂直均布松动压力q:围岩水平均布松动压力(4)围岩压力计算实例如图所示单线铁路隧道，处在Ⅳ级围岩中，围岩容重γ＝21.5kN/m3，隧道跨度B＝7.4m，高度Ht=8.8m，φ0＝55°，θ=44°。如埋深h＝20m、8m、3m，试计算围岩压力。
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