巖土工程師綜合輔導:用一個彈簧來理解新奧法原理

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用一個彈簧來理解新奧法原理
    1.洞室邊緣某一點A在開挖前具有原始應力(自重應力和構造應力)處于一個平衡狀態(tài)。如同一根彈性剛度為K的彈簧,在P0作用下處于壓縮平衡狀態(tài)。
    2.洞室開挖后,A點在臨空面失去約束,原始應力狀態(tài)要調整,如果圍巖的強度足夠大,那么經(jīng)過應力調整,洞室可處于穩(wěn)定狀態(tài)(不需支護)。然而大多數(shù)的地質情況是較差的,即洞室經(jīng)過應力調整后,如不支護,就會產(chǎn)生收斂變形,甚至失穩(wěn)(塌方),所以必須提供支護力PE,才能防止塌方失穩(wěn)。等同于彈簧產(chǎn)生了變形u后,在PE作用又處于平衡狀態(tài)。
    3.由力學平衡方程可知,彈簧在P0作用時處于平衡狀態(tài);彈簧在發(fā)生變形u后,在PE的作用下又處于平衡狀態(tài),假設彈簧的彈性系數(shù)為K,則有:
    P0=PE+Ku
    討論:(1)當u=0時,P0=PE 即不允許圍巖變形,采用剛性支護,不經(jīng)濟;
    (2)當u↑時,PE↓;當u↓時,PE↑。即圍巖發(fā)生變形,可釋放一定的荷載(卸荷作用),所以要允許圍巖產(chǎn)生一定的變形,以充分發(fā)揮圍巖的自承能力。是一種經(jīng)濟的支護措施,圍巖的自穩(wěn)能力P=P0-PE=Ku;
    (3)當u=umax時,發(fā)生塌方,產(chǎn)生松馳荷載,不安全。