隧道围岩分级与围岩压力的确定方法

隧道围岩分级与围岩压力的确定方法隧道围岩的概念及其性质影响围岩稳定性的因素隧道围岩分级隧道围岩压力的确定方法1、隧道围岩的概念及其性质（1）隧道围岩的概念（2）隧道围岩的工程性质（3）围岩与隧道工程的相互关系1、隧道围岩的概念及其性质（1）隧道围岩的概念定义:隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩（土）体隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。围岩（6-10倍洞径）1、隧道围岩的概念及其性质（1）隧道围岩的概念注意几个问题:围岩≠岩体围岩不是整个岩土体，是受隧道建设影响（工程意义上的影响）的那部分岩土体岩体≠岩石岩体=岩石+结构面围岩既可能是岩质，也可能是土质，或是二者混合体1、隧道围岩的概念及其性质（2）隧道围岩的工程性质物理性质质量指标（密度、容重等）孔隙指标（孔隙率等）水理指标（吸水率、含水率、饱水率等）其它指标（膨胀性、软化性、抗冻性等）力学性质强度指标（抗拉、抗剪、抗压等）变形特性（压缩变形、剪切变形、流变等）注意岩体和岩石性质的差异1、隧道围岩的概念及其性质（2）隧道围岩的工程性质质量指标（密度、容重等）

岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的质量和重量称为密度和容重。

可分为：天然密度、饱和密度、干密度、颗粒密度等孔隙指标（孔隙率、孔隙比）

岩石试样中孔隙体积与试样体积的百分比称为孔隙率。

孔隙体积与固体体积的比值称为孔隙比1、隧道围岩的概念及其性质（2）隧道围岩的工程性质水理指标（含水率、吸水率、饱水率等）

含水率是天然状态下岩石中水的重量与岩石干重量的百分比。

吸水率是干燥岩样在室温和一个大气压下吸入水的重量与岩石干重量的百分比。

饱水率是岩石在强制饱和状态下岩样的最大吸入水的重量与岩石干重量的百分比。

饱水系数是吸水率与饱水率的百分比。1、隧道围岩的概念及其性质（2）隧道围岩的工程性质其它物理指标（膨胀性、抗渗性、软化性、抗冻性等）

膨胀性是岩石浸水后体积增大的性质，用膨胀率和膨胀力衡量。

渗透性是在水压力作用下，岩石孔隙和裂隙透过水的能力，用渗透系数衡量。

软化性是岩石与水相互作用时强度降低的特性，用软化系数衡量。

抗冻性是岩石抗冻融破坏的性能，用抗冻系数衡量。1、隧道围岩的概念及其性质（2）隧道围岩的工程性质强度指标（抗压、抗拉、抗剪等）

岩石在荷载作用下破坏时承受的最大荷载应力称为强度。包括抗压、抗拉、抗剪强度等，其中以抗压和抗剪为最为重要，很少考虑抗拉强度。变形指标（压缩、剪切、流变等）

影响因素十分复杂。包括作用力的大小和方式；岩石物理性质，如矿物组成和结构构造；变形条件，如围压、温度、孔隙压力、时间、含水量等。1、隧道围岩的概念及其性质（3）围岩与隧道工程的相互关系围岩在隧道工程中具有三位一体特性:围岩是修建隧道的介质，是构成隧道的基本材料和环境;围岩是产生围岩压力的原因，是隧道结构的荷载来源；围岩同时可以分担一部分围岩压力，还是承载结构。1、隧道围岩的概念及其性质（3）围岩与隧道工程的相互关系围岩对隧道设计施工的影响:隧道开挖难易程度;隧道开挖后的稳定程度；隧道支护结构承受荷载的大小。2、影响隧道围岩稳定性的因素（1）影响因素总揽（2）影响因素详解2、影响隧道围岩稳定性的因素（1）影响因素总揽自然因素（地质条件）岩体结构特征结构面性质和空间组合特征岩石的力学性质初始地应力场人为因素（设计施工因素）隧道形状和尺寸隧道埋深地下水支护类型和时间施工方法2、影响隧道围岩稳定性的因素（2）影响因素详解1)岩体结构特征●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。岩体结构特征是指岩体的破碎程度或完整状态。●完整状态：整块状、大块状等。裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。2、影响隧道围岩稳定性的因素（2）影响因素详解2)结构面的性质和空间组合状态结构面性质结构面成因结构面光滑程度结构面充填状态结构面规模结构面空间组合（相互位置）结构面密集程度2、影响隧道围岩稳定性的因素（2）影响因素详解3)岩石的力学性质岩石的工程性质是多方面的，一般主要指岩石的强度或坚固性。在岩体结构状态成为控制围岩稳定的主要因素时，强调岩石强度意义是不大的。岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的。2、影响隧道围岩稳定性的因素（2）影响因素详解4)初始地应力场●初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。●已初步将初始应力考虑进围岩分级之中。在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。2、影响隧道围岩稳定性的因素（2）影响因素详解5)地下水●使岩质软化，强度降低，对软岩尤为明显，对土体则可促使其液化或流动；●有软弱结构面的围岩，会冲走充填物或使夹层液化，减少层间摩阻力促使岩块滑动；●在某些围岩中，如石膏、岩盐和蒙脱石为主的粘土岩中，遇水后产生膨胀，在未胶结或弱胶结的砂岩中可产生流砂和潜蚀。

2、影响隧道围岩稳定性的因素（2）影响因素详解6)隧道形状和尺寸形状方面（一般情况）:

圆形断面受力较好，稳定性好；高度跨度比（简称高跨比）越大越容易稳定；断面圆顺可以避免应力集中，有利于围岩稳定；

特殊地应力状态则需要具体分析。尺寸方面:

断面越大，稳定性越差2、影三响隧三道围三岩稳三定性三的因三素（2）影三响因三素详三解7)隧道三埋深埋深三较浅三时，三随着三埋深三的增三加，三隧道三由浅三埋逐三步进三入深三埋，三围岩三自稳三能力三增大三；埋深三很大三时，三随着三埋深三的增三加，三初始三应力三场随三之增三大，三可能三出现三岩爆三、大三变形三问题三，围三岩稳三定性三可能三下降三。2、影三响隧三道围三岩稳三定性三的因三素（2）影三响因三素详三解8)支护三类型三和时三间较早三支护较迟三支护2、影三响隧三道围三岩稳三定性三的因三素（2）影三响因三素详三解9)施工三方法开挖三方法三与扰三动强三度普通三爆破三法、三控制三爆破三法；矿山三法、三盾构三法或三掘进三机；断面三划分三与扰三动次三数大断三面、三小断三面；分部三开挖三。3、隧三道围三岩分三级（1）围三岩分三级的三目的（2）围三岩分三级的三发展三及类三型（3）铁三路和三公路三隧道三围岩三分级3、隧三道围三岩分三级（1）围三岩分三级的三目的围岩三分级三的目三的①三作为三选择三施工三方法三的依三据；②三进行三科学三管理三及正三确评三价经三济效三益；③三确定三结构三上的三荷载三；④三给出三衬砌三结构三的类三型及三其尺三寸；⑤三制定三劳动三定额三、材三料消三耗标三准基三础等三；3、隧三道围三岩分三级（2）围三岩分三级的三发展三及类三型土石三分类单一三指标三分类综合三指标三分类围岩三分级三的发三展趋三势①三越来三越重三视岩三体而三非岩三石；②三与勘三察手三段紧三密联三系；③三针对三明确三的工三程对三象及三目的三；④三分类三逐渐三量化三；3、隧三道围三岩分三级（2）围三岩分三级的三发展三及类三型（A）以三岩石三强度三或岩三石的三物性三指标三为代三表的三分级三法a.以岩三石强三度为三基础三的分三级法代表三：土三石分三类法三～坚三石、三次坚三石、三松石三、土三。b.以岩三石物三性指三标为三基础三的分三级法代表三：岩三石坚三固性三系数(f值)分级三法～三普氏三法f值：三一个三综合三的物三性指三标值三，如三岩石三的抗三钻性三、抗三爆性三、强三度等三。但核三心还三是岩三石强三度。3、隧三道围三岩分三级（2）围三岩分三级的三发展三及类三型（B）以三岩体三构造三、岩三性特三征为三代表三的分三级方三法代表三：●泰三沙基三法～三考虑三围岩三的完三整状三态和三岩性三，共9级。●我三国交三通隧三道围三岩分三级法三～借三鉴了三泰沙三基法三，考三虑岩三体综三合物三性，三共6级。3、隧三道围三岩分三级（2）围三岩分三级的三发展三及类三型（C）与三地质三勘探三手段三相联三系的三分级三方法代表三：弹性三波速三分级三法～波三速是三反映三岩性三与岩三体结三构的三一项三综合三指标三，波三速越三高，三围岩三越好三。波速Kv>0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15<0.15完整性完整较完整破碎较破碎极破碎3、隧三道围三岩分三级（2）围三岩分三级的三发展三及类三型（C）与三地质三勘探三手段三相联三系的三分级三方法代表三：岩石三质量三指标～RQ三D指标三也是三反映三岩性三与岩三体结三构的三一项三综合三指标三。R>0.90.75<R<0.90.5<R<0.750.25<R<0.5R<0.25优良好差很差3、隧三道围三岩分三级（2）围三岩分三级的三发展三及类三型（D）组三合多三种因三素的三分级三方法代表三：岩体三质量三分级三法巴顿三等人三提出三的“三岩体三质量—Q三”分级三法。三表达三如下三：组合三了6个参三数：岩石三质量三指标三、节三理组三数目三、节三理粗三糙度三、节理三蚀变三值、三节理三含水三折减三系数三、应三力折三减系三数。3、隧三道围三岩分三级（3）铁三路和三公路三隧道三围岩三分级(A三)铁路三隧道三围岩三分级三沿革●岩体三综合三分类～60年代三，成三昆线三，五三类。●隧道三围岩三分类～74年版三，首三部铁三路隧三道规三范，三六类三。●隧道三围岩三分类～86年版三，加三入围三岩弹三性波三速指三标。●隧道三围岩三分级～99年版三，采三用国三标分三级排三序，三改称“围岩三分级”，六三级。●隧道三围岩三分级～20三01年版三，不三变。●隧道三围岩三分级～20三05年版三，不三变。3、隧三道围三岩分三级（3）铁三路和三公路三隧道三围岩三分级(B三)现行三铁路三隧道三围岩三分级基本三理论三：“以岩三体构三造和三岩性三特征三为代三表的”的综三合指三标分三级方三法基本三方法三：按围三岩稳三定性三由好三至差三划分三为Ⅰ三Ⅱ三Ⅲ三Ⅳ三Ⅴ三Ⅵ级基本三流程三：基本三分级——三——三—修正三基本三分级==三==三==三==最终三围岩三分级岩石坚硬三程度岩体完整三程度地下三水地应三力3、隧三道围三岩分三级（3）铁三路和三公路三隧道三围岩三分级(C三)现行三铁路三隧道三围岩三分级三方法围岩三基本三分级修正三基本三分级①岩石三坚硬三程度软硬三岩分三界指三标：30三Mp三aRb>3三0硬岩5三<Rb≤3三0软岩Rb<5极软三岩②岩体三完整三程度指标1：结三构面三发育三程度指标2：地三质构三造影三响程三度由此三两指三标，三将岩三体完三整程三度分三为5个级三别。3、隧三道围三岩分三级（3）铁三路和三公路三隧道三围岩三分级(C三)现行三铁路三隧道三围岩三分级三方法围岩三基本三分级修正三基本三分级①岩石三坚硬三程度②岩体三完整三程度③围岩三弹性三波测三试④地下三水修三正⑤地应三力修三正3、隧三道围三岩分三级（3）铁三路和三公路三隧道三围岩三分级(C三)现行三铁路三隧道三围岩三分级三方法围岩三基本三分级修正三基本三分级钻探三取芯岩体三完整三程度地下三水发三育程三度地应三力测三试岩样三试验岩石三强度踏勘三调绘节理三裂隙三发育三程度地质三构造三影响三程度弹性三波测三试注水三试验地应三力水三平最终三围岩三分级4、隧三道围三岩压三力的三确定（1）围三岩压三力的三形成三及类三型（2）围三岩压三力的三理论三计算三方法（3）铁三路、三公路三隧道三围岩三压力三规范三确定三方法（4）围三岩压三力实三测方三法4、隧三道围三岩压三力的三确定（1）围三岩压三力的三形成三及类三型原岩毛洞稳定三洞室开挖支护自重三应力初始三地应三力构造三应力地下三水压三力温度三应力松动三压力围岩三压力形变三压力膨胀三压力冲击三压力4、隧三道围三岩压三力的三确定（2）围三压压三力的三理论三计算三方法(A三)普氏三压力三拱理三论(B三)太沙三基理三论4、隧三道围三岩压三力的三确定（2）围三压压三力的三理论三计算三方法(A三)普氏三压力三拱理三论基本三前提三：松散三并具三有一三定粘三性的三围岩三中；三埋深三较大三；压力三拱的三概念三：在具三有一三定粘三结力三的松三散介三质中三开挖三隧道三后，三其上三方会三形成三一抛三物线三状的三天然三拱，三这实三质上三就是三在松三散介三质、三裂隙三岩层三中开三挖坑三道时三的破三坏范三围。三而作三用在三支护三上的三竖向三压力三就是三这个三破坏三范围三（天三然拱三）以三内的三松动三岩体三的重三量。4、隧三道围三岩压三力的三确定（2）围三压压三力的三理论三计算三方法(A三)普氏三压力三拱理三论压力三拱的三受力三特征三：(1三)在任三何一三截面三上无三弯矩三作用三；(2三)拱脚三能保三持稳三定而三不致三产生三水平三滑动三。压力三拱外三部围三岩稳三定，三内部三的围三岩才三会形三成围三岩压三力。问题三：如三何确三定压三力拱三高度hk？隧道三宽度Bt隧道高度Ht压力三拱高度hk压力三拱宽三度2b侧壁三破裂三角45三°+三φ0/2TVHPYXhkbxyA任意三点A右侧三结构三对A弯矩三为零三，得三：对拱三脚，x=三b,三y=三hk，则三：拱脚三在摩三阻力三作用三下，三不能三滑动三，应三有安三全系三数K>三1，则三：因此三：通常三取K=三24、隧三道围三岩压三力的三确定（2）围三压压三力的三理论三计算三方法(A三)普氏三压力三拱理三论似摩三擦系三数f的概三念及三其确三定：三将具三有一三定粘三性的三松散三围岩三视为三无粘三性的三松散三体。(1三)具有三粘性三时的三抗剪三强度(2三)无粘三性松三散体三的抗三剪强三度按照三抗剪三强度三不变三的原三则进三行等三效，三应有三：似摩三擦系三数f又称三为普三氏系三数4、隧三道围三岩压三力的三确定（2）围三压压三力的三理论三计算三方法(A三)普氏三压力三拱理三论按照三普氏三压力三拱理三论，三确定三普氏三系数三、普三氏压三力拱三高度三后，三即可三计算三作用三在隧三道支三护结三构上三的围三岩压三力。通常三将竖三向压三力视三为均三布压三力，三侧向三压力三为梯三形分三布。4、隧三道围三岩压三力的三确定（2）围三压压三力的三理论三计算三方法(B三)太沙三基理三论理论三假设三与受三力特三征：围岩三为散三粒体;形成三两个三主动三滑动三面；竖向三压力三均匀三分布三；侧压三力与三竖向三压力三成正三比；4、隧三道围三岩压三力的三确定（2）围三压压三力的三理论三计算三方法(B三)太沙三基理三论由单三元体三竖向三力平三衡可三得微三分方三程：解得三：4、隧三道围三岩压三力的三确定（3）铁三路、三公路三隧道三围岩三压力三规范三确定三方法等效三荷载等效三荷载三高度深浅三埋判三别深埋三隧道H>三HpH<三Hp松散三围岩浅埋三隧道hp<H三<H三pH>三Hp4、隧三道围三岩压三力的三确定（3）铁三路、三公路三隧道三围岩三压力