隧道之一隧道围岩分类及围岩压力讲义

第1节隧道围岩性质１岩石和岩土岩石：经过地质作用形成的由一种或多种矿物组成的天然集合体。按其成因，岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。结构面：节理、裂隙、断层和沉积岩与由沉积岩变质的变质岩在生成过程中形成的层理和层面统称。第1章隧道围岩分类及围岩压力岩块：由结构面切割出的完整块体

岩石和岩土相互转化绝大部分土是地表岩石，它是经过漫长地质历史年代的同化作用而生成的。有物理风化和化学风化两种过程，土体经长期的高压、脱水、团结后，又会形成岩石。岩石和土的区别只是颗粒胶结的强弱２隧道围岩性质原岩：

未经人为扰动（如挖掘、开采等）的岩体为原岩。原岩应力状态：

原岩内部存在的应力状态。原岩应力在一定时期内可以认为是相对平衡的。围岩:

将开挖后隧道周围发生应力重新分布的岩体称为围岩.二次应力（次生应力）：

围岩中重新分布的应力。弹性状态的原岩应力开挖后围岩的次生应力状态可能出现两种情况：（１）围岩的次生应力状态继续保持弹性状态，弹性理论的基本定律仍然适用，这种情况围岩是稳定的，隧道可以不加支护；（２）围岩的次生应力状态在隧道的某些部位超过了岩体的屈服极限，甚至强度极限，这时围岩就会出现过大的变形，进而破坏，为保持隧道的稳定，必须采取支护措施，强制围岩稳定。地下水也是影响隧道稳定的重要因素。水对岩土有软化作用，并降低岩土体强度和质量等级。

围岩本身具有一定的自承载能力，充分发挥围岩的自承载能力，会大大降低隧道支护成本。隧道开挖后，适当控制围岩的变形，对隧道的维护具有重要意义。第2节隧道围岩分类围岩分类的目的

围岩分类的目的就是在对岩土体稳定性进行评价时提供一种客观而统一的比较手段和衡量标准，以便根据岩土体的质量为工程设计和布局提供合理的计算参数和实用指标，为工程选择合理的施工方法提供可靠的依据。１围岩分类方法围岩分类需要满足科学性和实用性要求，围岩分类方法必须来源于实践，然后再返回到工程实践中去检验，并得到不断的完善。同时，任何一种围岩分类方法都是为一定目的服务的，它必然存在一定的局限性。因为这些方法都是针对某种类型岩石工程或专门需要而制定的。１.１围岩分类的几个基本问题

１.１.１围岩分类的基本内容

一个完整的围岩分类方法应包括三个组成部分，即:分类因素分类标准工作指标分类因素：

是确定围岩级别所必须事先知道的定性或定量指标，通常分为基本分类因素和修正分类因素。

分类标准：

是确定围岩级别的具体方法，它可以归结为经验分类法、数学理论分类法和经验与数学理论相结合的方法。

工作指标：

应该包括围岩的物理力学参数、自稳能力及所能承受的极限荷载、或者隧道支护的设计荷载、甚至是围岩的加固支护措施等。围岩分类因素的选择围岩分类不可能包含全部众多因素，分类因素的选择一般应考虑如下几点原则：

（1）从重性原则（2）独立性原则（3）简易性原则围岩分类因素权重的分配

在正确选定分类因素以后，各因素在确定围岩级别时，权重的分配就成为分类方法合理与否的关键。对于不同质量的岩体，各种因素的影响程度是不一样的。

２围岩分类方法（1）以岩石强度或岩芯质量等单一指标为基础的分类方法代表人物：前苏联普罗托奇雅可诺夫“岩石坚固性系数”即普氏系数分类法，它以岩石的普氏系数为指标，将岩石分为10～15个级别。f＝Rc／10（2）以岩体结构或构造为主的分类方法中国科学院地质研究所是岩体结构分类方法的代表。这种方法认为岩体与一般连续介质的区别主要在于它是被各种各样的结构面切割而成的裂隙体，结构面的分布、组合关系及其性质在很大程度上控制着工程岩体的稳定性。同时认为，根据结构面切割程度的严重性，应采用不同的力学介质模型。（3）以结构面参数或声波参数为基础的分类方法

此类方法有著名的节理岩体地质力学分类法（CSIR方法），该分类方法由宾尼亚斯基（Z．J．Bieniawski）提出，并得到国际岩石力学学会（ISRM）的推荐。CSIR围岩分类法是根据岩体中五个实测参数，结合结构面的空间方位与开挖方向之间的相对关系，以综合评分值的代数和作为划分围岩级别的依据，即:

CSIR＝A＋B＋C＋D＋E＋F３围三岩分三类的三国家三标准19三94三年，三经过三专家三讨论三和推三荐，三《工三程岩三体分三级标三准》三作为三我国三国家三标准三正式三颁布三执行三。《三工程三岩体三分级三标准三》是三以现三有行三业和三专业三标准三的共三性作三为制三定的三基础三和出三发点三的，三明确三提出三了岩三体基三本质三量的三概念三和由三定性三划分三、定三量指三标两三种手三段确三定岩三体基三本质三量的三方法三。定性三划分岩体三基本三质量三级别三时:岩石三坚硬三程度三根据三锤击三声、三回弹三程度三、击三碎难三易和三浸水三后的三反应三来确三定；岩体三完整三程度三根据三岩体三中结三构面三的发三育程三度和三结合三程度三（如三结构三面的三张开三度、三贯通三度、三起伏三粗糙三度和三充填三状况三）来三确定三。定量三划分岩体三基本三质量三级别三时，三根据三岩体三基本三质量三指标三BQ三的大三小确三定：BQ三＝9三0＋三3R三c＋三25三0K三v式中三R三c—三—岩三石单三轴饱三和抗三压强三度，三MP三a；Kv三——三岩体三完整三系数三。使用三上式三确定三岩体三基本三质量三指标三：当R三c＞三90三Kv三＋3三0时三，应三以R三c＝三90三K三v＋三30三代人三计算三：当K三v＞三0.三04三R三c十三0三.4三时．三而以三Kv三＝0三.0三4三Rc三十三0.三4代三人计三算。３隧三道围三岩分三类３.三１铁三路隧三道围三岩分三类我国三19三86三年施三行的三《铁三路隧三道设三计规三范》三中明三确规三定，目前三铁路三隧道三围岩三分类三采用三两种三方法三，即三以围三岩稳三定为三基础三的分三类方三法和三按弹三性纵三波速三度的三分类三方法三。（１三）节三理发三育程三度的三基本三特征（２三）地三质构三造影三响程三度（３三）层三状岩三层厚三度的三划分（４三）分三类对三地下三水的三处理三采取三降级三的方三法３.三３水三工隧三洞围三岩分三类《水三工隧三洞设三计规三范》三（S三D三13三4—三84三）推三荐的三围岩三分类三见表三1三－－三6。三该分三类是三一种三定性三的分三类，三表中三的岩三体结三构、三岩石三的坚三硬程三度、三节理三的发三育程三度及三层状三岩层三的厚三度划三分均三可参三考前三面分三类相三关的三描述三。岩三体完三整性三系数三几按三式（三O一三3）三计算三，V三表示三围岩三的纵三波速三度。三所用三的声三波指三标以三孔测三法测三试值三为准三，如三果用三其他三方法三测试三时，三可通三过对三比试三验进三行换三算。一般三条件三下确三定围三岩类三别时三，应三以岩三石的三单轴三饱和三抗压三强度三为准三，做三单轴三抗压三强度三后可三不做三点荷三载强三度；三当隧三道跨三度小三于5三m三、服三务年三限小三于三10三年时三，可三不做三岩体三声波三指标三测试三。３.三２《三锚杆三、喷三射混三凝土三支护三技术三规范三》（三GB三8三6—三85三）围三岩分三类这种三分类三以定三量和三定性三两大三指标三为基三础确三定围三岩分三类三，见三下表三；表中三Is三为岩三石的三点荷三载强三度；三Rc三为岩三石的三单轴三饱和三抗压三强度三；S三m为三岩体三强度三应力三比，三按下三式计三算：Sm三＝K三vR三c／式中三为垂三直于三隧道三洞轴三线平三面的三较大三主应三力，三若无三地应三力实三测数三据时三用下三式计三算：＝γ三H式中三γ三——三上覆三岩层三平均三容重三，N三／m三3；H—三—上三覆岩三层厚三度，三m。第3三节三围岩三压力三及其三确定１围三岩压三力广义三的围三岩压三力三：岩体三力学三中把三由于三开挖三而引三起的三围岩三或支三护结三构上三的力三学效三应统三称为三广义三的围三岩压三力三。狭义三的围三岩压三力三：作用三在支三护结三构上三的部三分围三岩压三力三。影响三围岩三压力三大小三的主三要因三素：（１三）岩三体的三初始三地应三力状三态（２三）岩三体的三物理三力学三性质（３三）岩三体结三构（４三）工三程性三质（５三）支三护结三构类三型及三支护三时间围岩三压力三就其三表现三形式三可分三为如三下四三类：（１三）松三动压三力：由于三开挖三而引三起围三岩松三动或三坍塌三的岩三体以三重力三形式三作用三在支三护结三构上三的压三力称三为松三动压三力，三亦称三散体三压力三。（２三）变三形压三力：开挖三必然三引起三围岩三变形三，支三护结三构为三抵抗三围岩三变形三而承三受的三压力三称为三变形三压力三。变形三压力三与支三护结三特性三和时三间的三关系（３三）冲三击压三力：冲击三压力三是围三岩中三积累三的大三量弹三性变三形能三，受三开挖三的扰三动，三这些三能量三突然三释放三所产三生的三巨大三压力三。（４三）膨三胀压三力：某些三岩体三由于三遇水三后体三积发三生膨三胀，三从而三产生三膨胀三压力三。(1三)隧三道开三挖后三，在三围岩三应力三重分三布过三程中三，顶三板开三始沉三陷，三并出三现拉三断裂三纹(三图a)，三可视三为变形三阶段；(2三)顶三板的三裂纹三继续三发展三并且三张开三，由三于结三构面三切割三等原三因，三逐