二次應(yīng)力

（1）曲率不同處；

（2）幾何形狀不連續(xù)、有突變的地方；

（3）載荷分布不均勻；

（4）材料不連續(xù)、剛度有突變。

（1）容器盡量減少或沒有不連續(xù)的地方，減少銳角連接，實(shí)現(xiàn)光滑連接；

（2）在產(chǎn)生二次應(yīng)力的區(qū)域內(nèi)，加大壁厚。

ASME BPV-III中對二次應(yīng)力有明確的定義如下：

二次應(yīng)力是由于相鄰材料的約束或者由于結(jié)構(gòu)本身的約束而引起的法向應(yīng)力或者剪應(yīng)力。二次應(yīng)力的基本特征是自限。

（1）自限性

二次應(yīng)力的存在是以變形受到限制為前提，因而限制越強(qiáng)，應(yīng)力越大。如果施加的限制增大到使應(yīng)力達(dá)到材料的屈服限，致使相互限制的器壁金屬發(fā)生局部的塑形變形，那么相互的限制將出現(xiàn)緩解，導(dǎo)致相互限制所引起的應(yīng)力自動(dòng)的停止增長。這種限制為二次應(yīng)力所特有，稱為二次應(yīng)力的自限性。

（2）局限性

一般來說，邊界應(yīng)力最大值出現(xiàn)在兩種幾何形狀殼體的連接處，邊界應(yīng)力會迅速衰減。

例如與厚平板封頭連接處的筒體，邊界效應(yīng)的影響范圍只是2.34這么大。如果筒體的直徑是1m，壁厚是10mm，邊界效應(yīng)的范圍不超過166mm。

二次應(yīng)力的典型例子有兩個(gè)：

（a）總體熱應(yīng)力

（b）總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的彎曲應(yīng)力

巖體二次應(yīng)力是指巖體開挖后原始應(yīng)力大小和方向發(fā)生變化的應(yīng)力 。在巖體中開挖坑硐后，打破了巖體原始應(yīng)力的平衡狀態(tài)。在坑硐附近一定范圍的巖體中發(fā)生應(yīng)力重新分布，形成二次應(yīng)力場，巖體二次應(yīng)力分布，與巖體原始應(yīng)力的主應(yīng)力方向、大小和坑硐的幾何形狀及巖體結(jié)構(gòu)有關(guān)。巖體二次應(yīng)力可用理論計(jì)算法或現(xiàn)場測定方法確定。如果巖體均質(zhì)、連續(xù)，則規(guī)則的圓形、橢圓形坑硐周圍的應(yīng)力分布。可采用彈性力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算，對于形狀不規(guī)則的坑硐，可采用巖體應(yīng)力數(shù)值分析法進(jìn)行計(jì)算。如果考慮巖體的非均質(zhì)性、各向異性和不連續(xù)性，則只能采用巖體應(yīng)力數(shù)值分析法進(jìn)行計(jì)算。這些計(jì)算結(jié)果都可作為應(yīng)用的參考。準(zhǔn)確確定巖體二次應(yīng)力，必須進(jìn)行現(xiàn)場測定。2100433B

對管道在內(nèi)壓、自重和其他外載作用下所產(chǎn)生的一次應(yīng)力和在熱膨脹、冷縮、位移受約束時(shí)所產(chǎn)生的二次應(yīng)力,以及管道對設(shè)備的推力和力矩進(jìn)行的驗(yàn)算。

隧道開挖過程中，掌子面圍巖受力情況是不斷的變化的。地層作為隧道的初始應(yīng)力場，在壓應(yīng)力作用下，隧道開挖破壞了圍巖原有的三向應(yīng)力平衡，受力狀態(tài)由三向變成近似二向，從而產(chǎn)生應(yīng)力重分布，出現(xiàn)二次應(yīng)力狀態(tài)。在這一過程中，當(dāng)二次應(yīng)力大于部分圍巖的塑限或強(qiáng)度極限時(shí)，圍巖就會進(jìn)入流變狀態(tài)，出現(xiàn)顯著的變形、破裂和松弛現(xiàn)象，表現(xiàn)出明顯的地層壓力效應(yīng)，此時(shí)隧道需要采取支護(hù)措施，否則圍巖會從薄弱處發(fā)生破壞，進(jìn)而隧道掌子面失穩(wěn)，最后導(dǎo)致隧道的坍塌；只有在二次應(yīng)力量值沒有超過圍巖塑性和強(qiáng)度限值，圍巖長期穩(wěn)定，

位移不侵入限界時(shí)，隧道理論上才是不需要支護(hù)的。

研究發(fā)現(xiàn)，地層壓力效應(yīng)是造成隧道掌子面失穩(wěn)的根本原因，地層壓力效應(yīng)是指隧道開挖后圍巖二次應(yīng)力與其變形強(qiáng)度特性相互作用而產(chǎn)生的一種力學(xué)現(xiàn)象。地層壓力包括變形壓力、膨脹壓力和松動(dòng)壓力。變形壓力是在二次應(yīng)力作用下，圍巖局部出現(xiàn)作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的塑性變形形成壓力，或者是有明顯的流變特性的圍巖黏彈塑性變形形成的支護(hù)壓力；膨脹壓力是由于圍巖體積膨脹引起的，在軟巖隧道中，部分軟巖（如泥灰?guī)r）在開挖時(shí)，巖體遇水后發(fā)生膨脹變形，對支護(hù)產(chǎn)生了變形壓力；松動(dòng)壓力是由隧道開挖后松動(dòng)區(qū)的自重引起的，是松散的巖體直接作用在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力，一般出現(xiàn)在隧道的拱頂和側(cè)墻，它的形成是由于隧道開挖后圍巖應(yīng)力重分布，圍巖結(jié)構(gòu)面因此而失去強(qiáng)度，成為不完整的松散體，在重力作用下產(chǎn)生滑移掉落。軟弱圍巖隧道掌子面失穩(wěn)主要是這三種壓力對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)作用的結(jié)果。當(dāng)掌子面圍巖強(qiáng)度無法抵抗地層壓力，變形壓力和膨脹壓力過大，對隧道圍巖會產(chǎn)生松動(dòng)壓力，引起掌子面的失穩(wěn)。

一般的，軟巖隧道開挖時(shí)，變形壓力較大，使部分圍巖進(jìn)入流變變形階段，出現(xiàn)塑性區(qū)并逐漸擴(kuò)大。如果圍巖強(qiáng)度高，即使在沒有支護(hù)時(shí)，塑性區(qū)也不會一直擴(kuò)大，在塑性區(qū)邊界可以形成較高的應(yīng)力。在軟巖隧道中，由于巖體強(qiáng)度較小，當(dāng)出現(xiàn)塑性大變形時(shí)，巖體出現(xiàn)破裂產(chǎn)生較大的松動(dòng)壓力，導(dǎo)致隧道失穩(wěn)破壞。當(dāng)設(shè)置了超前支護(hù)時(shí)，支護(hù)剛度產(chǎn)生抗力來抵抗前期變形壓力，支護(hù)時(shí)間越早，超前支護(hù)上產(chǎn)生的抗力越大，塑性變形就越??；支護(hù)的越晚，超前支護(hù)上產(chǎn)生的抗力越小，塑性變形就越大。