
2011年一级建造师铁路工程复习要点(20)
2.2锚喷支护能够使围岩的二次应力向有利的方向调整
围岩二次应力的特点是径向应力解除或减小,切向应力成倍增加而且增高的范围主要集中在洞室周边,成为洞室失稳破坏主要原因。因此,调整二次应力的关键,除增大径向抗力外,还在于缓和切向应力的集中程度。锚喷支护在这方面有着突出的优点,由于它能保持和提高围岩的二次强度,就限制和延缓了围岩的破坏过程,为二次应力的调整争取时间。锚喷支护能够利用自身的柔性来适应围岩的蠕变。在蠕变过程中,喷层又以越来越大的径向抗力和切向抗力来支护围岩,使变形速度进一步减慢,为充分利用围岩的塑性创造了条件。
围岩的塑性使应力不断地随时间进行调整,使二次应力的分布由过度集中向平缓转化。随着二次应力向深部调整转移,塑性区的范围不断增大,稳定洞室所需要的支护力相应降低,从而减轻锚喷支护的负担。
洞室开挖变形过程实质上是岩体内部能量进行释放再分配的过程。岩体的破坏是过度集中的能量急剧释放的一种形式。洞室开挖完后,部分弹性能迅速释放,剩余的能量集中于洞室周边围岩中。锚喷支护的作用是:利用它的及时性争取时间,利用它的柔性既提供一定的支护力,又使围岩在约束条件下缓慢变形,通过变形有节制地继续释放一部分能量,通过塑性将另一部分多余能量转移到深部岩体。能量的释放和转移过程就是二次应力的调整和重分布过程。
2.3锚喷支护具有良好的受力状态
锚喷支护的密贴性、柔性和可分性,大大改善了它本身的受力状态,这是模注式衬砌难以比拟的。
锚喷支护和围岩紧密连接,二者相互提供粘滞力,彼此制约,共同变形,支护有助于围岩的稳定,围岩改善了支护的受力状态。在围岩和支护共同工作中,柔性支护处于极有利的地位。一方面,柔性支护易于变形,作用其上的变形压力变小;另一方面,在相同的荷载作用下,柔性支护的内力总比刚性支护要小得多。因此,当锚喷支护和围岩共同承载时,支护设计柔性大些,可以更好地发挥围岩的支撑能力。
分层喷射或锚固对支护内力的益处,更是其它一般结构所不具备的。对一般结构来说,材料、形式、尺寸一定时,在外力作用下,会产生一定的内力(拉应力、压应力或剪应力),这就是所谓的单一应力状态。锚喷支护分层喷射或锚固,各工序有时间间隔,间隔期内围岩的变形压力都相应发展变化。在这种结构厚度和荷载大小都发生变化的情况下,喷层中的应力状态必然随时间而变化,形成了复合应力状态,从而提高了结构的支护能力。
在实践中,初喷层厚度掌握不好,有时会出现裂隙现象,这正是初喷层材料强度被充分利用的一种表现,如果及时进行补喷,喷层的应力状态得到调整,不仅可以阻止裂隙的发展,甚至可以使裂隙重新闭合。
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