隧道围岩分级及围岩压力计算方法

隧道围岩分级及围岩压力计算方法教学基本要求：1、了解隧道工程中主要的围岩分级方法；2、掌握影响隧道围岩稳定性的因素；3、掌握围岩分类中应主要考虑的指标；4、掌握我国隧道设计中对采用矿山法施工的隧道其围岩压力的计算方法；5、了解围岩压力计算方法中的普氏理论和泰沙基法。第一节概述隧道和地面结构物如房屋、桥梁、水坝等一样，也是一种结构体系。但两者之间在赋存环境、力学作用机理等方面存在着明显的差异。正确地认识和掌握地质环境对隧道结构的作用和影响是进行隧道结构体系设计和施工的前提和基础。地面结构体系一般都是由结构和地基组成，地基在结构底部起约束作用，除了自重外，荷载都是来自外部。而地下结构是由周边围岩和支护结构两者组成的，即地下结构＝支护结构＋周边围岩。其中以地层为主，各种围岩都是具有一定自承能力的介质，即周边围岩在很大程度上是地下结构承载主体，支护仅用来约束地层，使它不产生过大的变形而破坏、坍塌。在地层稳固的情况下，体系中可以不设支护结构而只留下地层，如我国陕北的黄土窑洞。地下结构所承受的荷载又主要来自结构体系的本身——地层，故称为地层压力或围岩压力。在地下结构体系中，地层既是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源，这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的。一、围岩的力学性质1.岩体岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造形变和次生蜕变而形成的地质体。2.地质界面地质界面：断层面、层理面、节理面和裂隙面

3.结构体工程地质学中地质界面称之为结构面或不连续面，将这些块体称之为结构体，并将岩体看作是由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。

4.岩体的力学性质影响因素主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特性以及结构面的特性。环境因素尤其是地下水和地温对岩体的力学性质影响也很大。（1）在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割得很破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起作用，岩体与结构体岩石特性无本质区别。（2）在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，使块体之间的联系减弱，岩体的力学性质主要由结构面的性质及其在空间的位置决定。5.岩体与岩石性质的区别岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质，而岩体则具有明显的非均质性、不连续性和各向异性。二、、岩岩体体的的变变形形特特性性岩体体的的抗抗拉拉变变形形能能力力很很弱弱，，或或者者根根本本就就没没有有，，因因此此，，岩岩体体受受拉拉后后立立即即沿沿结结构构面面发发生生断断裂裂。。岩体体的的受受压压变变形形特特性性，，可可以以用用它它在在受受压压时时的的应应力力———应变变曲曲线线图图8-1(亦称称本本构构关关系系)来说说明明。。图8-1从图图中中可可以以看看出出，，岩岩石石的的应应力力—应变变曲曲线线线线性性关关系系比比较较明明显显，，说说明明它它是是以以弹弹性性变变形形为为主主。。软软弱弱结结构构面面的的应应力力—应变变曲曲线线呈呈现现出出非非线线性性特特征征，，说说明明了了它它是是以以塑塑性性变变形形为为主主。。而而岩岩体体的的应应力力应应变变曲曲线线则则要要复复杂杂的的多多了了，，典典型型的的岩岩体体全全应应力力—应变变曲曲线线可可以以分分解解为为四四个个阶阶段段。。1、压压密密阶阶段段(OA)这一一阶阶段段的的变变形形主主要要是是由由于于岩岩体体中中结结构构面面的的闭闭合合和和充充填填物物的的压压缩缩而而产产生生的的。。随随着着应应力力的的增增加加，，变变形形增增长长率率减减小小，，应应力力应应变变关关系系呈呈非非线线性性凹凹状状曲曲线线。。变变形形模模量量小小，，总总的的压压缩缩量量取取决决于于结结构构面面的的形形态态。。2、弹弹性性阶阶段段(AB)岩体体充充分分压压密密后后便便进进入入弹弹性性阶阶段段。。所所出出现现的的弹弹性性变变形形是是岩岩体体的的结结构构面面和和结结构构体体共共同同产产生生的的，，应应力力应应变变关关系系呈呈直直线线型型。。3、塑塑性性阶阶段段(BC)岩体体继继续续受受力力，，变变形形发发展展到到弹弹性性极极限限后后便便进进入入塑塑性性阶阶段段，，此此时时岩岩体体的的变变形形受受结结构构面面和和结结构构体体变变形形的的共共同同制制约约。。延延性性小小的的岩岩体体，，塑塑性性变变形形不不明明显显，，达达到到强强度度极极限限后后迅迅速速破破坏坏。。破破裂裂岩岩体体塑塑性性变变形形大大，，甚甚至至有有的的从从压压密密阶阶段段直直接接发发展展到到塑塑性性阶阶段段，，而而不不经经过过弹弹性性阶阶段段。。4、破破裂裂和和破破坏坏阶阶段段(CD)应力力达达到到峰峰值值后后，，岩岩体体即即开开始始破破裂裂和和破破坏坏，，破破坏坏开开始始时时，，应应力力下下降降比比较较缓缓慢慢，，说说明明破破裂裂面面上上仍仍具具有有一一定定摩摩擦擦力力，，岩岩体体还还能能承承受受一一定定的的荷荷载载。。而而后后，，应应力力急急剧剧下下降降，，岩岩体体全全面面崩崩溃溃。。最最后后当当破破坏坏终终止止时时，，出出现现弯弯曲曲点点，，应应变变无无约约束束地地增增大大，，但但保保留留一一定定的的强强度度，，即即所所谓谓的的残余强度度。结论：岩岩体既不不是简单单的弹性性体，也也不是简简单的塑塑性体，，而是较较为复杂杂的弹塑塑性体。。整体性性好的岩岩体接近近弹性体体，破裂裂岩体和和松散岩岩体则偏偏向于塑塑性体。。注意：岩岩体的全全应力—应变曲线线只有在在刚性试试验机上上才能测测出，普普通万能能试验机机因刚度度小，实实验时，，试验机机的变形形量和储储存的弹弹性应变变能都比比岩体大大。所以以，当岩岩体达到到强度极极限后，，抗力下下降，试试验机内内存储的的弹性变变形能就就突然释释放，并并对岩体体产生冲冲击作用用，使其其迅速崩崩溃，无无法再继继续试验验，测不不出岩样样破坏后后的变形形特性。。岩体受剪剪时的剪剪切变形形特性主主要受结结构面控控制。根根据结构构体和结结构面的的具体形形态，岩岩体的剪剪切变形形可能有有三种方方式：1、沿结构构面滑动动结结构面的的变形特特性即为为岩体的的变形特特性。2、结构面面不参与与作用，，沿结构构体岩石石断裂。。岩石的的变形特特性起主主导作用用。3、在结构构面影响响下，沿沿岩石剪剪断。岩岩体的变变形特性性介于上上述二者者之间。。三、岩体体结构分分类及其其破坏特特征地下工程程围岩是指地层层中受开开挖作用用影响的的那一部部分岩体体。在围围岩的边边界上因因开挖而而产生的的位移应应该为0，这个范范围在横横断面上上约为6-10倍的洞径径。围岩的工工程性质质主要是是强度与与变形两两个方面面，与岩岩体结构构、岩石石的物理理力学特特性、原原始地应应力和地地下水条条件有关关。围岩岩主要是是各种岩岩体，也也包括土土体。根据它们们对岩体体力学性性质和围围岩稳定定性的影影响(称为岩体体的结构构效应)，工程地地质学中中岩体划划分为四四大种结结构类型型：Ⅰ、整体块块状结构构Ⅱ、块状结结构Ⅲ、层状结结构Ⅳ、散体结结构四、围围岩的初初始应力力场1.定义围岩的初初始应力力场又称称原始地地应力场场。由于于岩体的的自重和和地质构构造作用用，在地地下工程程开挖前前岩体中中就已经经存在着着一定的的地应力力场，称称之为围岩的初初始应力力场。2.性质围岩的初初始应力力场经历历了漫长长的应力力历史而而逐渐构构成的，，并处于于相对稳稳定和平平衡状态态之中。。洞室开开挖后，，使得围围岩在开开挖边界界处解除除了约束束，失去去平衡，，此时洞洞室周边边的应力力都变为为0。其结果果引起了了洞室变变形，产产生应力力重分布布，形成成新的应应力场，，称为围岩二次次应力场场。因开挖隧隧道而引引起的围围岩变形形、破坏坏、应力力传播等等一切岩岩石力学学现象无无一不与与围岩的的初始应应力场密密切相关关，都是是初始应应力发展展的延续续。3.组成自重应力力场和构造应力力场这两类应应力场的的基本规规律有明明显的差差异。围围岩的自自重应力力场比较较好理解解，它是是地心引引力和离离心惯性性力共同同作用的的结果。。围岩的的构造应应力场就就比较复复杂，按按其形成成的时间间，分为为两类——构造残余余应力和和新构造造应力。。构造残余余应力a由于过去去地质构构造运动动引起的的，虽然然外部作作用力移移去后有有了部分分恢复，，但仍残残存在岩岩体中的的应力。。b岩石在形形成过程程中，由由于热力力和构造造作用所所引起的的，虽经经过风化化、卸载载，部分分释放，，现在仍仍残存着着的原生生内应力力。新构造应应力：正在活活动和变变化的构构造运动动，如地地层升降降、板块块运动等等所引起起的应力力，称为为新构造造应力，，地震的的产生正正是新构构造应力力的反映映。4.探讨（1）岩体内内的应力力主要是是在自重重作用下下产生的的垂直应应力，水水平应力力则是由由岩体的的泊松效效应引起起的，最最大只能能等于垂垂直应力力（即取取泊松系系数等于于0.5）。这是是否认地地质构造造运动能能改变岩岩体的应应力状态态。与实实际情况况不符。。资料表明明，围岩岩初始应应力场中中水平应应力与垂垂直应力力之比常常常大于于1，有的甚甚至高达达7-8，而且主主应力方方向与当当地区域域构造的的迹象非非常一致致。说明明地质构构造运动动不仅改改变了岩岩体原生生的结构构特征，，而且也也改变了了岩体原原生的应应力状态态。（2）岩体中中的应力力主要是是地球自自转和自自转速度度变化而而产生的的离心惯惯性力。。因此，，应以水水平应力力为主。。说明现现阶段围围岩的初初始应力力场主要要是构造造残余应应力场。。只有在埋埋深较浅浅而又比比较破碎碎的岩体体中，由由于构造造变动引引起的剥剥蚀作用用使构造造应力释释放殆尽尽，才是是以自重重应力场场为主。。在那些些从未遭遭到过较较大构造造运动的的沉积岩岩体中，，也可能能是自重重应力占占主要地地位。5、围岩初初始应力力场的变变化规律律与影响响因素在以自重重应力场场为主的的岩体中中，地表表以下任任一深度度H处的垂直直应力嵘嵘等于其其上覆岩岩体的重重量。围围岩自重重应力场场的变化化规律为为：(l）垂直方方向的自自重应力力是随深深度成线线性增加加；(2）水平应应力总是是小于垂垂直应力力，最多多也只能能与其相相等。a垂直方向向的自重重应力是是随深度度成线性性增加；；b水平应力力总是小小于垂直直应力，，最多也也只能与与其相等等。构造应力力场：由于形形成构造造应力场场的原因因非常复复杂，因因而它在在空间的的分布极极不均匀匀，而且且随着时时间的推推移还不不断发生生变化，，属于非非稳定的的应力场场。但相相对于工工程结构构物的使使用期限限来说，，可以忽忽略时间间因素，，将它视视为相对对稳定的的。我国大陆陆初始应应力场（（包括自自重应力力场和构构造应力力场）的的变化规规律如下下：在一定深深度内，，垂直应应力的量量值随深深度线性性增大，，而且水水平应力力普遍大大于垂直直应力；；水平主应应力具有有明显的的各向异异性。水水平主应应力的另另一个显显著特点点，就是是具有很很强的方方向性，，一般以以一个方方向的主主应力占占优势，，很少有有大、小小主应力力相等的的情况。。6、影响围围岩初始始应力场场的因素素围岩的初初始应力力状态，，一般受受到两类类因素的的影响：：重力、、地质构构造、地地形、岩岩体的物物理力学学性质及及地温等等经常性性的因素素；新构构造运动动、地下下水活动动、人类类的长期期活动等等暂时性性的或局局部性的的因素。。(l）地形和和地貌。。地形的的变化并并不产生生新的地地应力场场，只对对应力起起调整作作用。在在靠近山山坡，最最大压应应力方向向近似平平行山坡坡表面。。从主应应力的量量值来看看，在接接近山谷谷岸坡表表面部分分是应力力偏低的的地带，，往里则则转变为为应力偏偏高带，，再往山山体深部部逐渐过过渡到应应力稳定定区，在在山谷底底部则有有较大的的应力集集中。(2）岩体的的力学性性质。按按照强度度理论，，岩体中中的应力力状态不不能超出出岩体强强度，所所以岩体体强度越越高地应应力值越越大。可可用应力力度（垂垂直应力力与岩体体单轴抗抗压强度度的比值值来表示示岩体在在开挖前前的状态态，应力力度越小小，岩体体的潜在在能力很很大，开开挖后就就越稳定定，引起起的位移移就越小小。应力的积积累还与与岩体的的变形特特性有关关，变形形模量较较大的接接近弹性性的岩体体对应力力的积累累比较有有利，例例如，E=5×104MPa以上的岩岩体，最最大压应应力为10~30MPa，而该值值以下的的岩体最最大压应应力很少少有超过过10MPa。塑性岩岩体易产产生变形形，不利利于应力力的积累累。在这这类岩体体中常以以自重应应力场为为主。（3）地温。。温度变变化使温温度应力力的一部部分会残残留下来来产生残残余应力力。（4）人类活活动。人人类活动动包括大大堆碴场场的形成成、深的的露天开开采和地地下开挖挖、水库库、抽水水、采油油及高坝坝建筑等等都可能能局部地地影响围围岩的初初始应力力场。五、围岩岩初始应应力场的的确定方方法通过现场场实地量量测应力力。但实实测工作作由于费费时费钱钱，不可可能大量量进行，，这就提提出了如如何利用用少数测测点实测测资料，，建立可可靠的围围岩初始始应力场场的问题题。可行行的是实实地量测测和地质质力学分分析相结结合的方方法。（一）地应力力量测实地应力量测测就是直接在在未经开挖扰扰动过的岩体体中进行应力力量测。岩体体应力量测有有两种：①量测围岩的的绝对应力值值，包括其大大小和方向；；②量测围岩应力力在开挖过程程中的相对变变化。前者用用来确定围岩岩的初始应力力场，后者可可评价施工程程序的优劣及及开挖对相邻邻地下工程的的影响等。岩岩体应力的量量测方法有如如下3种类型。1、应力全解除除法基本原理就是是将包含着量量测元件的那那一部分岩体体单元从岩体体中分离出来来，解除周围围岩体中对它它的约束作用用，然后量测测由于解除约约束而产生的的应变，利用用岩体的应力力一应变关系系，反算出所所解除的应力力，也就是原原存于围岩中中的初始应力力。应力全解解除法的具体体做法有以下下两种。(1）孔底法，其其步骤如图8-4所示。用环钻钻钻孔至所要要求量测应力力的深度，将将岩芯取出；；再用打磨钻钻头将孔底磨磨平，将应变变计粘贴到孔孔底上，读取取应变计的初初读数；然后后继续钻孔，，使贴有应变变计的岩芯与与周围岩体分分离开，解除除对岩芯的约约束作用，直直到岩芯末端端的应力完全全释放（即应应变计读数不不再变化）为为止。并读取最终读读数，根据初初读数和最终终读数即可求求得垂直于钻钻孔轴平面的的由于应力解解除而产生的的任意3个方向的应变变值、、、、（（图b,＝0)；据岩体的应应力一应变关关系可算出围围岩中垂直于于钻孔轴平面面上的应力。。孔底法所测得得的孔底应力力，由于钻孔孔引起的应力力集中，使之之比真实的围围岩原始应力力要高些。（2）孔壁和孔径法法，其步骤如如图8-5所示。首先用用大口径钻头头钻孔到要量量测应力的深深度，并将孔孔底磨平；再再改用小口径径钻头在大孔孔底中心钻一一个小钻孔，，并在其中安安装孔壁三轴轴应变仪（图图8-5(d))，取初读数；；然后用大口径径钻头套钻，，产生环状岩岩芯，解除约约束，释放应应力，并取最最终读数；根根据初读数、、最终读数，，求得应力释释放后孔壁上上三个不同的的应变值。。根据有关的的力学公式和和岩体应力一一应变关系，，即可反算出出围岩中三维维的应力状态态。2、应力恢复法法基本原理：先先在洞室的岩岩壁表面安装装应变计，并并记录下应变变的初读数，，然后在岩壁壁上掏一个狭狭长的槽口，，这就解除了了垂直于槽口口的法向约束束和平行于槽槽口的切向约约束，应变计计读数下降；；最后将扁千千斤顶放入槽槽口，固定后后加压，使应应变计读数恢恢复到掏槽前前的数值。此此时千斤顶显显示的压力即即为岩体中相相应方向的应应力，如图8-6所示。扁千斤顶量测测，习惯上是是在几个相互互垂直的槽口口中进行。例例如，可以在在地下洞室边边墙上切割水水平和垂直直槽口，来量量测岩壁表面面竖向和纵向向的应力分量量、、(y轴平行洞室轴轴线），在洞洞顶切割纵向向槽口，来量量测垂直轴线线的水平应力力分量。。扁千斤顶所测测得的岩体应应力严格来说说并非围岩的的初始应力，，而是由于开开挖产生应力力集中后的洞洞室周边应力力，如图8-7所示。所以需需对扁千斤顶顶所测得的结结果进行修正正，对于弹性性岩体中的或或断面形状规规则的隧道，，如圆形、矩矩形隧道，应应力集中的修修正比较简单单，可以用弹弹性力学方法法进行。对于断面形状状复杂的洞室室可以采用光光弹性试验。。但需注意，，在隧道开挖挖过程中或多多或少要损伤伤岩壁表面，，从而使应力力集中现象有有所缓和；因因此按弹性力力学方法进行行修正时，要要考虑不同的的施工方法对对岩壁表面损损害的程度，，而将应力集集中系数进行行折减。图8-7洞室周边应力力这种方法的优优点，就是岩岩体应力的量量测结果不受受岩体应力一一应变关系的的制约。（二）地质力力学分析岩体中的一切切构造形迹，，如岩层倾斜斜、褶曲、破破裂和错动等等，无一不是是岩体在地应应力作用下形形成的永久变变形的形象，，是地壳构造造运动的力学学作用的残迹迹。因此，根根据构造形迹迹可以宏观地地反推出地应应力的性质和和方向，这就就是地质力学学分析的基本本概念。应用地质力学学方法分析围围岩的初始应应力状态：先先进行区域性性的构造形迹迹的调查和测测绘，查明应应力场的方向向，其次根据据构造形迹的的特征，定性性地估计初始始应力场的量量级，最后再再考虑其他地地质力学标志志。在分析初始应应力场的方向向时，首要的的工作是寻找找由于最大水水平应力作用用所形成的构构造形迹，它它们的走向称称为构造线，，最大水平压压应力的方向向必然与构造造线相垂直。。可根据一对共共扼的X形节理来确定定水平应力的的方向。因为为整块岩层受受压后，首先先产生的就是是由最大的剪剪应力所引起起的x形剪切破坏，，两组节理面面之间所形成成的锐角指向向最大水平压压力方向如图图。岩体在褶皱过过程中，尽管管区域构造应应力场的方向向已知，但在在褶皱的不同同部位的应力力状态还会有有所变化。在在褶皱的顶部部可能产生与与区域最大压压应力方向平平行的局部拉拉应力，层面面之间产生很很大的剪应力力，如下图。。第二节隧隧道围岩分分级一、影响围围岩稳定性的的主要因素影响围岩稳定定性的因素可可以归纳为两两大类：1、地质环境方方面的自然因因素，是客观观存在的，它它们决定了地地下工程围岩岩的质量。2、工程活动的的人为因素，，如地下工程程的形状、跨跨度、施工方方法、洞室轴轴线与岩层产产状的关系等等。不能决定定围岩质量的的好坏，但却却能给围岩的的质量和稳定定性带来不可可忽视的影响响。1、地质因素（1）岩体结构特特征岩体的结构特特征是长时间间地质构造运运动的产物，，是控制岩体体破坏形态的的关键。依稳定性分级级岩体的结构构特征可以用用岩体的破碎碎程度或完整整性来表示。。围岩的破碎碎程度对洞室室的稳定与否否起主导作用用，在相同岩岩性的条件下下，岩体愈破破碎，洞室就就愈容易失稳稳。a.岩体的破碎程程度或完整状状态:指构成岩体的的岩块大小及及这些岩块的的组合排列形形态。关于岩岩块的大小通通常都是用裂裂隙的密集程程度，如裂隙隙率、裂隙间间距等指标表表示。所谓裂隙率就就是指沿裂隙隙法线方向单单位长度内的的裂隙数目，，裂隙间距则则是指沿裂隙隙法线方向上上裂隙间的距距离。在分级级中常将裂隙隙间距大于1.0～l.5m的视为整体的的，而将小于于0.2m的视为碎块状状的。仅适用用于跨度在5～15m范围内的地下下工程。据此此，可以按裂裂隙间距将岩岩体分类。（2）结构面性质质和空间的组组合在块状或层状状结构的岩体体中，控制岩岩体破坏的主主要因素是软软弱结构面的的性质及它们们在空间的组组合状态。对于地下洞室室来说，围岩岩中存在单一一的软弱面，，一般并不会会影响洞室的的稳定性。只只有当结构面面与洞室轴线线的相互关系系不利时，或或者出现两组组或两组以上上的结构面时时，才能构成成容易堕落的的分离岩块。。例如，有两组组平行但倾向向相反的结构构面和一组与与之垂直或斜斜交的陡倾结结构面，就可可能构成屋脊脊形分离岩块块如图。（3）岩石的力学学性质在整体结构的的岩体中，控控制围岩稳定定性的主要因因素是岩石的的力学性质，，尤其是岩石石的强度。一一般来说，岩岩石单轴饱和和极限抗压强强度强度越高高，洞室越稳稳定。岩石强强度还影响围围岩失稳破坏坏的形态，强强度高的硬岩岩多表现为脆脆性破坏，在在洞室内可能能发生岩爆现现象；而在强强度低的软岩岩中，则以塑塑性变形为主主，流变现象象较为明显。。（4）围岩的初始始应力场围岩的初始应应力场是地下下工程围岩变变形、破坏的的根本作用力力，它直接影影响围岩的稳稳定性。（5）地下水状况况水的影响有如如下几种：使岩质软化，，强度降低，，对软岩尤其其突出；对土土体则可促使使其液化或流流动；在有软弱结构构面的岩体中中，会冲走充充填物质或使使夹层软化，，减少层间摩摩阻力，促使使岩块滑动；；在某些岩体中中，如含有生生石膏、岩盐盐或以蒙脱土土为主的粘土土岩，遇水后后将产生膨胀胀，其势能很很大；在未胶胶结或弱胶结结的砂岩中，，水的存在可可以产生流砂砂和潜蚀。因此，在围岩岩分级中，对对软岩、碎裂裂结构和散体体结构岩体、、有软弱结构构面的层状岩岩体及膨胀岩岩等，应着重重考虑地下水水的影响。2.工程活动所造造成的人为因因素施工等人为因因素也是造成成围岩失稳的的重要条件，，其中尤其以以洞室的尺寸寸（主要指跨跨度）、形状状及施工中所所采用的开挖挖方法等影响响显著。（1）地下洞室尺尺寸和形状在同一级围岩岩中，洞室跨跨度愈大，围围岩的稳定性性就愈差。因因为岩体的破破碎程度相对对加大了。地地下洞室的形形状主要影响响开挖后围岩岩的应力状态态。圆形或椭椭圆形洞室围围岩应力状态态以压应力为为主，这对维维持围岩的稳稳定性是有好好处的。而矩矩形或梯形洞洞室，在顶板板处的围岩中中将出现较大大的拉应力，，从而导致岩岩体张裂破坏坏。（2）施工中采采用的开挖挖方法开挖方法对对地下工程程围岩稳定定性的影响响较为明显显，在分级级中必须予予以考虑。。例如，在在同一级岩岩体中，采采用普通的的爆破法和和采用控制制爆破法，，采用矿山山法和采用用掘进机法法，采用全全断面一次次开挖和采采用小断面面分部开挖挖，对围岩岩的影响都都不相同。。二、分级的的因素指标标及其选择择1、单一的岩岩性指标包括岩石的的抗压和抗抗拉强度、、岩石坚固固性系数无无弹性模量量等物理力力学参数，，以及如抗抗钻性、抗抗爆性等工工程指标。。单一的岩性性指标只能能表达岩体体特征的一一个方面，，因此用来来作为分级级的唯一指指标是不合合适的。例例如，中国国西部的老老黄土，在在无水条件件下，虽然然强度较低低，只有十十分之几的的MPa，但稳定性性却很高，，有些黄土土洞室可维维持几十年年之久而不不破坏。。2、单一的综综合岩性指指标它表明指标标是单一的的，反映的的因素却是是综合的。。岩体的弹性性波传播速速度，它既既可反映岩岩石的力学学性质，又又可表示岩岩体的破碎碎程度。因因为，岩体体的弹性波波传播速度度与岩体的的强度和完完整状态成成比例。岩石质量指指标是反映映岩体破碎碎程度和岩岩石强度的的综合指标标。所谓岩岩石质量指指标是指钻钻探时岩芯芯复原率，，或称岩芯芯采取率。。3、复合指标标三、围岩分分级标准1、岩石坚硬硬程度岩石坚硬程程度划分的的定量指标标采用岩石石的单轴饱饱和抗压强强度Rc，如无Rc的实测值亦亦可采用岩岩石点荷载载强度指数数，，它它与Rc的换算关系系为岩石单轴饱饱和抗压强强度Rc与定性划分分的岩石坚坚硬程度的的对应关系系，可按表表确定。2、岩体完整整程度岩体完整程程度的定性性划分可见见表。说明：表表中结构面面的结合程程度定义如如下。结合好——张开度小于于1ｍｍ，无充充填物；张开度1—3ｍｍ，为硅硅质或铁质质胶结；张开度大于于3ｍｍ，结构构面粗糙，，为硅质胶胶结。结合一般——张开度1一3ｍｍ，为钙钙质或泥质质胶结；张开度大于于3ｍｍ，结构构面粗糙，，为铁质或或钙质胶结结。结合差——张开度1一3ｍｍ，结构构面平直，，为泥质或或泥质和钙钙质胶结；；张开度大于于3ｍｍ，多为为泥质或岩岩屑充填。。结合很差―泥质充填或或泥夹岩屑屑充填，充充填物厚度度大于起伏伏差。岩体完整程程度划分的的定量指标标采用岩体体完整性指指数Kv。Kv可用岩体弹弹性纵波速速度，，和和同一岩体体取样测定定的岩石弹弹性纵波速速度。。按式计算算而得，即即岩体完整性性指数（Kv）与定性划划分的岩体体完整程度度的对应关关系，可按按表确定。。如无实测的的岩体完整整性指数Kv，亦可用岩岩体体积节节理数Jv（条／ｍ３３）代替，，它与Kv的对应关系系可按表确确定。3、岩体基本本质量分级级岩体基本质质量分级可可根据上述述的分级因因素结合岩岩体基本质质量指标以以之按表进进行。岩体体基本质量量指标BQ应根据Rc的兆帕数值值和Kv值计算而得得，即BQ=90+3Rc＋250Kv。当Rc＞90Kv+30时，应以Rc=90Kv＋30和Kv代计算BQ值；当Kv>0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc＋0.4和Rc代计算BQ值。当根据基本本质量定性性特征和基基本质量指指标BQ确定的级别别不一致时时，则可通通过对定性性划分和定定量指标的的综合分析析，确定岩岩体基本质质量级别。。3、工程岩体体级别的确确定对于实际的的工程岩体体，仅确定定了其基本本质量级别别尚不能满满足设计和和施工的需需求，须在在岩体基本本质量分级级的基础上上，结合实实际工程的的特点，考考虑地下水水状态、初初始地应力力场、工程程轴线或走走向线的方方位与主要要软弱结构构面产状的的组合关系系等必要的的修正因素素。修正的的岩体基本本质量指标标可按式计计算，即式中，[BQ]――岩体基本质质量指标修修正值；ＢＱ―岩体基本质质量指标；；K1―地下水影响响修正系数数；K2―主要软弱结结构面产状状影响修正正系数；K3―初始应力状状态影响修修正系数。。K1、K2、K3值可分别按按表确定。。无表中所所列情情况况时，修正正系数取0。4、地下工程程岩体自稳稳能力四、《公路隧道设设计规范》的围岩分级级1990年发布的《公路隧道设设计规范》（JTJ026－90）称围岩分分类，分成成Ⅵ-Ⅰ类，Ⅵ类围岩稳定定性最好，，Ⅰ类围岩稳定定性最差。。为了与国国标《工程岩体分分级标准》（GB50218——94）接轨，2004年发布的《公路隧道设设计规范》（JTGD70——2004）改称围岩岩分级。其围岩分级级的思路、、方法和采采用的分级级指标与国国标《工程岩体分分级标准》（GB50218——94）完全相同同，即采用用了两步分分级法，只只是分级的的对象范围围更广，包包括了土体体。1、根据岩石石坚硬程度度和岩体完完整程度两两个基本因因素的定性性、定量特特征和定量量的岩体基基本质量指指标BQ，综合进行行初步分级级（岩体基基本质量分分级）。2、在岩体基基本质量分分级的基础础上，考虑虑地下水、、主要软弱弱结构面产产状、初始始应力状态态的影响修修正岩体基基本质量指指标值，按按修正后的的岩体基本本质量指标标［BQ］，结合岩岩体的定性性特征综合合评判、确确定围岩的的详细分级级。有下列情况况之一，应应对岩体基基本质量指指标进行修修正：有地地下水；围围岩稳定性性受软弱结结构面影响响，且由健健巨起控制制作用；存存在高初始始应力。第三节围围岩压力力计算方法法一、深埋隧隧道围岩压压力的确定定从长期的坑坑道开挖实实践及实地地围岩压力力量测可看看出，围岩岩压力值受受到许多因因素影响，，但主要取取决于岩体体构造和结结构面的组组合等地质质因素，并并且压力分分布很不均均匀（指径径向压力而而言），岩岩质多裂隙隙岩体比土土质岩体中中压力分布布更不均匀匀。平衡拱：暂时稳定定呈平衡的的拱形。除粘性土及及某些塑性性岩石外，，荷载的时时间效应不不显著，压压力增长很很快，在较较短时间内内就趋于稳稳定。用下下式确定围围岩坍塌高高度的经验验公式：式中：S——坑道围岩级级别；——围岩的天然然容重（kN/m3)；——跨度影响系系数，其值值为：式中：B——坑道宽度（（m)——B每增减lm时的围岩压压力增减率率，以B=5m的垂直均布布压力为准准。当B<5m时，i=0.2B=5～15m时,i=0.1;B＞15m时，可参照照0.1采用。各级围岩的的天然容重重参见表。。注：①IV级中的老黄黄土用17～18kN/m3；②V级中的新黄黄土用15kN/m3；③天然容容重是指围围岩天然湿湿度下的单单位重量。。围岩压力力的水平分分力可按表表计算。。例题：某隧隧道通过IV级围岩，开开挖尺寸如如图。矿山山法施工，，围岩天然然容重=22kN/m3，试确定围围岩压力值值。坑道高度与与跨度之比比为：作用在支护护结构上的的垂直均布布围岩压力力为：因Bt=9.9m>5m，故i=0.1则w=1+0.1××(9.9一5）=1.49所以q=0.45××2S-1×22×1.49=118kPa水平均布围围岩压力为为：e=(0.15～0.3)qe=（0.15～0.3)×118=17.7～35.4kPa例题：隧道道高度Ht=7.6m、隧道宽度度Bt=9.9m的公路隧道道，围岩普普氏系数=1.5，硬粘土土，=600,=22kN／m3。试用普氏氏理论确定定围岩压力力值。〔解〕此时，平衡衡拱跨度Bt为：平衡拱高度度h为：垂直压力视视为均布时时：侧压力视为为均布时：：大跨隧道与与小净距隧隧道围岩压压力探讨随着高速公公路建设的的发展，公公路隧道得得到了广泛泛的应用，，其形式也也多种多样样，大跨隧隧道及小净净距隧道是是其中特殊殊的结构形形式。在地地形复杂的的山区高速速公路设计计中，此种种结构形式式的隧道对对于改善公公路线型、、节省占地地、节省工工程投资有有着重要意意义，特别别是在山区区高速公路路隧道中修修建的中短短隧道，有有着较大的的优势。现行规范的的围岩压力力计算仅仅仅适用于隧隧道跨度小小于15m的清况。对对于大跨隧隧道及小净净距隧道的的围岩压力力计算采用用何种计算算模式还处处于研究之之中。1、大跨隧道道大跨隧道具具有扁平的的拱形结构构（如图）），与两车车道公路隧隧道断面相相比，具有有以下特征征：（1）开挖后的的应力重分分布变得不不利。对圆圆形断面隧隧道来说，，在弹性介介质、静水水压力场中中，开挖后后隧道周边边的最大主主应力是初初始应力的的2倍，若围岩岩的单轴抗抗压