滑体变形功率理论作用机制。如图4.2所示，将条块i看作一个受力物体，它将受到来自条块i—1的条间力EAi的作用，由ENi、EAiWi的共同贡献而形成平衡。由图4.2和平衡公式均可看出，EAi越小，越有利于条块i的稳定，从而使条块i趋向具有最小势能。因此，EAi的极小值才是作用于条块i上的真正条间推力。若求出的ENi为负值，说明从第i条块开始无推力作用。......
2023-11-04
新奥法加固技术与作用机制
【摘要】：新奥法的理论核心是在压剪作用机制下保护隧道围岩自身的承载能力。下面以图7.1来阐述新奥法的作用机制。新奥法即根据上述理由，接近开挖面及时施作密贴于围岩的薄层柔性支护。从图7.1中的曲线5表示由于围岩应力重分布和衬砌之间互相作用而存在4个显著特征阶段。
概括地讲，新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为，蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。
其基本观点是根据岩体力学理论，着眼于洞室开挖后形成塑性区的二次应力重分布，而不拘泥于传统的荷载观念。所以它主要不是建立在对于坍落拱的“支撑概念”上，而是建立在对围岩的“加固概念”基础上。
新奥法与传统施工方法的区别：传统方法认为隧道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩；新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。
新奥法将围岩视为隧道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少隧道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施，减少对围岩的震动，以保全其整体性，同时注意隧道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。
新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩—支护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力。
新奥法的理论核心是在压剪作用机制下保护隧道围岩自身的承载能力。
新奥法施工在隧道开挖后采取了一系列综合性措施：构筑防水层、围岩隧道排水；选择合理的断面形状尺寸；给支护留变形余量；开巷后及时做好支护、封闭围岩等，都是为保护隧道围岩的自身承载能力，使围岩的扰动影响控制在最小范围内，并加固围岩，提高围岩强度，使其与人工支护结构共同承受隧道压力。
允许围岩有一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度。同时隧道的支护结构也应具有预定的可缩量，以缓和隧道压力。
围岩的变形是控制在一定范围内的，必须避免围岩变形过大，从而导致围岩强度的削弱以致引起垮落、失稳。支护结构具有一定的变形量，允许隧道围岩产生一定的变形，以缓和来自隧道的巨大压力，更进一步减轻支护荷载。
下面以图7.1来阐述新奥法的作用机制。
图7.1 隧道围岩应力再分布和支护反力的关系曲线图
在合理的临界限度内，采用新奥法施工的隧道所需要的支护抗力Pi是与围岩塑性区半径R、隧道周边位移Ur、围岩的内聚力C、内摩擦角φ等参数成反比的，而支护能提供的抗力则与其刚度成正比。
图7.1中的围岩特性曲线1表明，若不允许围岩壁面位移发展，则洞壁径向压力增大；若允许径向应力发展，则洞壁径向压力减小，当位移达到某一数值时，围岩径向压应力也即支护抗力为最小Pi（min）。
如果接近隧道开挖面施作支护，则位移Ur较小，图7.1中的支护特性曲线2表明，随着Ur的增加，Pi也增加，并与曲线1的交点处取得应力稳定，此时的径向压力为PI。
如果施作的支护刚性增大，则如图7.1中的曲线3所示，径向压力增大为PⅡ。新奥法即根据上述理由，接近开挖面及时施作密贴于围岩的薄层柔性支护。
如果施作支护时间过迟，则使围岩位移过大而产生坍落荷载，即图7.1中的斜线阴影部分所示，且使径向压力PⅢ增大，如图7.1中的曲线4所示。
从图7.1中的曲线5表示由于围岩应力重分布和衬砌之间互相作用而存在4个显著特征阶段。第Ⅰ阶段是围岩不受支护的约束而能向洞室内自由位移的时期；第Ⅱ阶段是施作一次支护时由于支护抗力而使变形速度减小，并且这个抗力还和支护刚度有关；第Ⅲ阶段是由于修筑了仰拱，使支护刚度变大，变形速度愈来愈小；第Ⅳ阶段是当仰拱完全受力，达到了第Ⅳ阶段，变形则基本停止。
如果以隧道属于压剪破坏为例，围岩的破坏被认为是由于隧道两侧（边帮）围岩在压力作用下形成的剪切楔形体朝隧道内侧移动所造成的（见图7.2）。
图7.2 压剪破坏模式下的预应力锚杆支护图
为了保证锚喷支护结构的稳定，“承载环”内支护结构提供的支护抗力应大于保持围岩稳定所需要提供的支护反力，可用式（7.1）表示。
式中 PjA——支护结构应能提供的支护抗力；
λ——安全系数；
Pj——围岩变形压力。
支护结构一般由预应力锚杆、钢筋网和喷混凝土等组成，其应提供的支护抗力可表示为
(www.chuimin.cn)
式中 Pi——围岩作用在支护结构上变形压力强度。
可根据弹塑性理论推导出，即
围岩提供的支护抗力为
喷混凝土提供的支护抗力为
钢筋网提供的支护抗力为
锚杆提供的支护抗力为
式中 P0——围岩的原始应力；
R——控制的塑性区半径；
τR——剪切面上的岩体抗剪强度；
σn——法向压力；
τc——喷混凝土抗剪强度；
δ——喷混凝土厚度；
r1——隧道开挖半径；
β——剪切区内锚杆的平均倾角；
s——半个剪切楔体在承载圈的弧长；
φ0、c0——围岩初始内摩擦角和初始粘聚力；
φr、cr——围岩剩余内摩擦角和剩余粘聚力；
Fm、σm——锚杆的截面积和抗拉强度；
Fs、ls——钢筋的面积和间距；
A、、τs——钢筋网钢筋的截面积和抗剪强度；
xa、xc——预应力锚杆间距和排距。
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2023-11-04
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2023-11-04
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2023-11-04
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2023-11-04
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