用一个弹簧来理解新奥法原理
1.洞室边缘某一点A在开挖前具有原始应力(自重应力和构造应力)处于一个平衡状态。如同一根弹性刚度为K的弹簧,在P0作用下处于压缩平衡状态。
2.洞室开挖后,A点在临空面失去约束,原始应力状态要调整,如果围岩的强度足够大,那么经过应力调整,洞室可处于稳定状态(不需支护)。然而大多数的地质情况是较差的,即洞室经过应力调整后,如不支护,就会产生收敛变形,甚至失稳(塌方),所以必须提供支护力PE,才能防止塌方失稳。等同于弹簧产生了变形u后,在PE作用又处于平衡状态。
3.由力学平衡方程可知,弹簧在P0作用时处于平衡状态;弹簧在发生变形u后,在PE的作用下又处于平衡状态,假设弹簧的弹性系数为K,则有:
P0=PE+Ku
讨论:(1)当u=0时,P0=PE 即不允许围岩变形,采用刚性支护,不经济;
(2)当u↑时,PE↓;当u↓时,PE↑。即围岩发生变形,可释放一定的荷载(卸荷作用),所以要允许围岩产生一定的变形,以充分发挥围岩的自承能力。是一种经济的支护措施,围岩的自稳能力P=P0-PE=Ku;
(3)当u=umax时,发生塌方,产生松驰荷载,不安全。