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岩石工程专家问答 - <4>- 喷射混凝土厚度计算和破坏模式分析

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鲜花(279) 鸡蛋(4)
ljmtidilgw 发表于 2010-10-21 21:15:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
一个地下抽水站,岩石是块状花岗岩。最终支护是岩石锚杆和喷射混凝土。岩石锚杆设计成网格状,水平、垂直距离s都是1.8m。请根据以下参数,计算喷射混凝土厚度并检查所有可能的破坏模式。

已知:

* 岩石容重 r=25kN/m^3
* 岩石和喷射混凝土胶结一般,胶结强度=0.5MPa,胶结长度=30mm
* 喷射混凝土直剪强度=2MPa
* 喷射混凝土弯曲荷载=6.6*t^2/s MN
* 最小喷射混凝土厚度是50mm。

鲜花鸡蛋

yuanap  在2013-2-18 20:10  送朵鲜花  并说:老大厉害。。。
鲜花(279) 鸡蛋(4)
 楼主| ljmtidilgw 发表于 2010-10-23 07:56:09 | 显示全部楼层
本帖最后由 ljmtidilgw 于 2010-10-23 08:01 编辑

先计算下岩石块体的荷载,在没有结构面详细情况下,一般假设(1)金字塔体: 按照30度结构面破坏,如图,锚杆红色,间距s,4根 (2)松动圈长方体破坏,尺寸s*s*t,见图:
1.JPG
相邻锚杆间岩石楔体/块体荷重就可以计算出来。

(1)金字塔体重量
W=r*s^3/SQRT(6)

(2)长方块体重量
W=r*t*s^2

如果锚杆间距s=1.8m,岩石容重i r=25kN/m^3,t=1m,则估算的岩石荷重分别为:59.5kN(根据金字塔体), 81kN(根据长方块体)。

设计的喷射混凝土或衬砌要考虑以上荷重。可见,工程地质中结构面产状和间距多重要,同时搞隧洞测试岩石松动圈厚度t也是很重要的基础工作。


鲜花(279) 鸡蛋(4)
 楼主| ljmtidilgw 发表于 2010-10-23 08:23:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 ljmtidilgw 于 2010-10-24 06:50 编辑

结构分析:

(1)黏结破坏 adhesion failure

direct shear.JPG
  A=4*s*a*σa

A - 喷射混凝土和岩石的黏结强度
s - 锚杆间距,这里s=1.8m
a - 胶结长度(mm)
σa - 喷射混凝土和岩石的胶结强度(MPa)

  那么A=4*s*a*σa=4*1.8*0.03*0.5=108kN >81kN (OK)

这个黏结强度属于平均,一般按照以下评价黏结条件:


 
黏结条件
  
一般
不好
胶结长度 (mm)
a
30
50
0
胶结强度 (MPa)
σa
0.5
1.5
0


鲜花(279) 鸡蛋(4)
 楼主| ljmtidilgw 发表于 2010-10-23 09:07:20 | 显示全部楼层
本帖最后由 ljmtidilgw 于 2010-10-24 06:54 编辑

(2)直接剪切破坏 direct shear failure
direct shear.JPG
     D=4*τds*s*t

   D - 喷射混凝土直剪强度
   τds - 喷射混凝土直剪强度(MPa)
   s - 锚杆间距
   t - 喷射混凝土层厚度(mm)

D=4*τds*s*t=4*2.0*1.8*50=720kN >81kN (OK)
鲜花(279) 鸡蛋(4)
 楼主| ljmtidilgw 发表于 2010-10-23 10:14:19 | 显示全部楼层
本帖最后由 ljmtidilgw 于 2010-10-24 06:59 编辑

(3)弯曲破坏 flexure failure
1.JPG
喷射混凝土最大弯曲荷载=6.6*t^2/s MN=6.6*50^2/1.8=9.16kN

Cflex=s*t^2*σt/12

   Cflex - 抗弯强度
   s - 锚杆间距
   t - 喷射混凝土层厚度
   σt - 喷射混凝土抗拉强度MPa

Cflex=s*t^2*σt/12=1.8*50^2*2000/12=2.25kN/m <9.16/s=5.08kN/m

喷射混凝土的破坏模式是抗弯曲破坏,可能需要fibre reinforment 钢纤喷射混凝土。

鲜花(279) 鸡蛋(4)
 楼主| ljmtidilgw 发表于 2010-10-23 10:32:04 | 显示全部楼层
本帖最后由 ljmtidilgw 于 2010-10-24 07:06 编辑

(4)冲剪破坏 punching failure
1.JPG
    P=4*τds*(c+d)*t

P - 压力
τds - 喷射混凝土直剪强度(MPa)
t - 喷射混凝土层厚度(mm)
c - 钢板宽度mm, c一般考虑250mm
d=sqrt(c^2/4+w*(s^2-c^2)/4/σt)-c^2/4
w=81kN (见2#)

计算结果:d=0.22

P=4*τds*(c+d)*t=4*2*(0.25+0.22)*50=188kN >81kN (OK)
鲜花(279) 鸡蛋(4)
 楼主| ljmtidilgw 发表于 2010-10-24 07:15:18 | 显示全部楼层
另外,还有两种,压裂和拉裂破坏模式,比较简单。

(5)压裂破坏
2.JPG

(6)拉裂破坏
2.JPG
鲜花(279) 鸡蛋(4)
 楼主| ljmtidilgw 发表于 2010-10-24 07:15:49 | 显示全部楼层
本帖最后由 ljmtidilgw 于 2010-10-24 07:16 编辑

混凝土结构设计涉及到以上。
鲜花(33) 鸡蛋(1)
austzj 发表于 2010-10-24 18:17:22 | 显示全部楼层
谢谢超版精彩的资料。
鲜花(279) 鸡蛋(4)
 楼主| ljmtidilgw 发表于 2010-10-29 20:30:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 ljmtidilgw 于 2013-2-18 20:40 编辑

更多精彩讨论见以下帖子

[学习和讨论] 岩石工程循序渐进 - 系列问答汇总
http://www.eswnman.net/thread-137543-1-1.html
鲜花(0) 鸡蛋(0)
hyj308 发表于 2011-8-6 15:24:10 | 显示全部楼层
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ahwah 发表于 2011-9-17 16:00:13 | 显示全部楼层
谢谢楼主
鲜花(2) 鸡蛋(0)
victor_zeror2 发表于 2012-2-25 11:58:09 | 显示全部楼层
{:soso_e100:}
鲜花(7) 鸡蛋(0)
悠云闲日 发表于 2012-12-3 16:12:05 | 显示全部楼层
斑竹啊,做成pdf供我们下载多好
鲜花(1) 鸡蛋(0)
wangxinpu 发表于 2013-1-8 09:25:01 | 显示全部楼层
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njzhaoxm 发表于 2013-4-25 12:12:04 | 显示全部楼层
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landslide 发表于 2013-4-28 20:57:33 | 显示全部楼层
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fox3021 发表于 2013-7-18 22:47:55 | 显示全部楼层
太搞笑了。。谢谢分享啦
鲜花(4) 鸡蛋(0)
sjzdh 发表于 2013-7-19 06:52:33 | 显示全部楼层
这个不错,谢谢分享
鲜花(86) 鸡蛋(0)
楚八怪怪 发表于 2013-7-19 08:11:48 | 显示全部楼层
若果块体更大呢??
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