岩土工程勘察第九章地下洞室的勘察与评价二

岩土工程勘察地下洞室的勘察与评价10.1初始应力、围岩应力和山岩应力10.2围岩的变形和破坏形式10.3围岩分类地下洞室：埋置于地下岩土体内的各种构筑物。应用：铁路和公路隧道，矿山地下巷道，国防地下仓库、指挥中心，城市地铁、地下商场、地下体育馆、地下游泳池等。锦屏二级水电站超长引水隧洞地下洞室的开挖引起的问题：应力状态的变化会引起不同程度的变形甚至破坏，地下洞室围岩的变形对周围环境的影响。因此在设计前，进行详细的岩土工程勘察提供设计所需的地质资料，掌握地下洞室所在岩体、土体的地质情况和稳定程度以及周围的环境情况，有十分重要的意义。

10.1初始应力、围岩应力和山岩应力初始应力：地下洞室施工前就已经存在于岩体中的应力称。围岩：应力重分布所波及的岩石。围岩应力：围岩中重新分布后的地应力。山岩压力：围岩作用于支护结构上的力。

初始应力是山岩压力的基础，是力的来源。围岩应力既取决于初始应力，又取决于洞体的形态、规模以及岩体的结构与特性。山岩压力来自围岩压力，但围岩应力要转化为山岩压力，必须通过岩体结构失稳的变形、破坏来实现。围岩应力与岩体特性的矛盾决定了山岩压力的大小和特征。初始应力岩体中的初始应力状态是相当复杂的，要受到地质构造、岩性、地形地貌等多种因素的影响。初始应力可以划分为自重应力场和构造应力场。

自重应力大量的实测地应力资料表明，对于未经受构造作用，产状较为平缓的岩层，其应力状态十分接近于由弹性理论所确定的应力状态。岩石泊松比：0.2~0.3。

构造应力围岩应力1.三种初始应力场距地表较浅的岩体且存在大量地表裂隙的情况。

没有经历构造运动作用的较深部岩体。很深的岩体围岩应力计算简图2.圆形洞室采用弹性力学中有孔板在周围外荷载作用下的公式式中没有弹性模量和泊松比，包含。洞室曾边界押附近吼切向吩应力骡产生比集中银现象3.碎其他洞狂室山岩压鲜力一般利地，凉由于弟岩体应隧洞兄内的救变形义作用港于支飘护或默衬砌乳上的膨压力予称为变形压折力，岩界体因漆破坏樱而松西动作读用于逢支护诵或衬欣砌上布的压驰力称乎为松动杀压力。1.育压谷力拱辞理论工程实锡践和模经型试验股的结果金表明，谈洞顶坍门落并不兄是没有提止境的报，当坍逝落进行担到一定棚程度后项，由岩邀块组成迅的上部还围岩体龟可以处蚂于新的特平衡状营态，称股为自然悟平衡断拱（压力拱）。兆而实馒际地是下洞组室的连施工榜并不熄等待颗自然爬平衡像拱形堂成后土才浇贺筑衬乡丰砌，他所以款作用拾于衬以砌上惧的垂直山天岩压力就可以标认为是压力拱哪与衬砌免之间岩肢石的重渐量。这恭样正有确决棚定压寨力拱织的形火状就菠成为都计算旨山岩盈压力近的关亡键。通常采砍用普罗园托奇耶势可诺夫些的压力斗拱理论念，简称板为普氏压船力拱理梢论。该理锦论将洞此室周围同的岩石罗看作是搭没有茄黏聚碍力的散粒乖体，计臭算出行洞室贤上方泉任何鉴一点客的垂疮直压帖力为缺：侧向宰山岩油压力岸采用朗肯土咸压力公抱式计算辉，两矮侧的殃山岩拥压力皱呈梯索形分写布1o砂土及松散材料2o整体性岩石岩石坚雅固性系概数根据慢普氏仁理论斗，-秃--掘比较朽破碎拾岩体（fK＜2），捡地下工洞室洒开挖真：品侧墙鄙：剪年切破希裂+档顶拱须“压纵力拱装”.压力拱诊稳定条字件：假丧定岩体架为散粒晒体，其润抗拉、棒抗弯能蝇力很小淡，洞室般顶部上随的压力装拱最稳总定的条肺件是沿保着拱的促切线方什向仅作发用压力坚。抛物线肢方程压力拱禽理论要爽求洞室撒上方的塞岩石能许够形成植自然平包衡拱，略因此要赵求洞室观上方有澡足够厚川度且相朽当稳定身的岩体姓，对于洞室蹈埋藏财浅、围岩为色粉砂或饱和哀软黏歇土等情厦况不眠能应颠用压遵力拱斥理论狠。2.脏弹塑性悼理论围岩内胀的弹塑忽性应力纺分布洞室痕开挖孙后，京随着重塑性隶松动泊圈的优扩展絮，对涨支护饥产生周的压闲力用候下式扇计算断：芬那公课式（未考坝虑岩石贷自重）卡柯公物式（考虑肠岩石自炕重）3.腥地质分愧析法10洪.2漠围压岩的籍变形链和破题坏形丹式岩土自工程你勘察岩体的访破坏形凶式表脆性朗破坏整体状淹结构及珠块状结补构岩体厅，在一例般开挖朋条件下俗表现稳炕定，仅卸产生局揪部掉块演，但在塌高应力碍地区，宽洞周应敢力集中薪可引起屋岩爆，信属于脆亡性破坏重，岩石宫成为碎瘦片射出膨可发出弱破裂响内声。块体运步动当块达状或摧层状裙岩体吩受明芹显的袭少数吸软弱里结构增面切假割，萄形成忘块体膨或数危量有疾限的唉块体免时，功这种宏块体笋和围沿岩的坝联系料很弱房诚，在贿自重猎力和著围岩眼应力垮的作亿用下越有向厕临空圈面运护动的翠趋势携，逐太渐形眼成块卫体运董动失宴稳方奇式：块体元塌落、劲滑动喂和转惨动、家倾倒以及块体依挤出等弯曲弦折断秆破坏弯曲折回断破坏阵是层状，尤慈其是夹软弱看夹层的互层捕岩体所凶特有的驴，但是绝在大型拜地下工歉程中受旺一组很林发育的冻结构面械所构成仆的似层状宽岩体也可产筝生类似棉的条块晌状的折戴断和倒磨塌。洞体所围岩寒是泥照盆系石英杏砂岩及板岩互层，产状厌平缓，洞佳形为衫城门茂洞形是。开圾挖中寸拱脚渠以上苹塌落道，形朴成超白挖，阅成为剑平板怀顶，脏洞体乎变为梯形断算面。巷道洞顶的岩层将受到力伪作用下井沉弯曲平，进而谨开裂、钩折断，敞形成塌何落体；侧墙可能采发生港弯曲屿倾倒弄破坏召或弯花曲鼓惭出破巴坏。松动解贼脱碎裂尼结构乌岩体份在泥每质软晒弱结男构面僻含量猜较少陪的情柏况下静有一暑定的沙承载宝压力趣的能呆力，血但是滤在张邻力、协单轴灿压力丽及振肺动力盆作用妥下容教易松蚂动，丧解脱沈成为股碎块擦散开趟或脱羞落。城工程切中洞顶表现为谨崩塌，现而在边墙则为怨碎块宾滑塌质、坍横塌。比如压碎仓岩带，如劫果挤燥压很赴紧，凤而且酸有的趴胶结决良好仗，无分泥质西物充归填，他施工薄起来活很是震顺利芦。相反，如勇果节猜理裂铃隙间谱有较总多泥嫩质充看填，坛裂隙愚张开韵，岩定石松素动，消则塌命方的南可能红性就绑比较吉大，衡尤其拍是在废地下胜水及狼震动督力作桃用下终较易茶失稳蹈。塑性饭变形父和剪貌切破条坏松散结算构岩体粱或碎裂回结构岩厉体中含她软弱结婆构面较泊多的情孔况下，嫂在开挖烂临空及杏围岩应芦力作用吉下产生站塑性变跨形及剪搞切破坏匀，往往掘表现为塌方、边墙坑挤入摇洞内、底鼓以及洞体稿收缩等。10查.3稠围巷岩分团类围岩分河级的目榆的是：①作股为选德择施酬工方哄法的办依据若；②进陆行科遗学管您理及盾正确汇评价缸经济乔效益引；③确定缸结构上玩的荷载莫(松散秋荷载)荡；④给出户衬砌结煤构的类潜型及其霸尺寸；⑤制定捡劳动定艳额、材醒料消耗继标准的委基础等闻等。围岩分亭级《工矿程岩诸体分奏级标况准》(GB5畅021此8-9妨4)采用艰定性都与定嚼量相悲结合划的方售法，业分两条步确旬定岩武体级漫别，篇先确让定岩泼体基鼓本质卷量，州再结袍合具踢体工汁程特略点确员定岩蜓体级依别。1.健定莲性分旦析定性烦分析拥中岩仁体的能基本披质量财指标私由岩奶石坚你硬程别度和浩岩体敞完整掉性两青个因宇素来拒确定鼓。岩石宰坚硬闭程度乐的定扑性划庄分斩表名称定性鉴定代表性岩石硬质岩坚硬岩锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后，大多无吸水反应末风化～微风化的；花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等较坚硬岩锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎；浸水后，有轻微吸水反应1.弱风化的坚硬岩；2.未风化～微风化的：熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩等软质岩较软岩锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后，指甲可刻出印痕1.强风化的坚硬岩；2.弱风化的较坚硬岩；3.未风化～微风化的：凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等软岩锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后，手可掰开1.强风化的坚硬岩；2.弱风化～强风化的较坚硬岩；3.弱风化的较软岩；4.未风化的泥岩等极软岩锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成团1.全风化的各种岩石；2.各种半成岩岩石故风化证程度至的划道分湾表级3.吓2.谊2名称风化特征未风化结构构造未变，岩质新鲜微风化结构构造、矿物色泽基本未变，部分裂隙面有铁锰质渲染弱风化结构构造部分破坏，矿物色泽较明显变化，裂隙面出现风化矿物或存在风化夹层强风化结构构造大部分破坏，矿物色泽明显变化，长石、云母等多风化成次生矿物全风化结构构造全部破坏，矿物成分除石英外，大部分风化成土状岩体盛完整拨程度萍的定牌性划喘分始表3婚.3射.1名称结构面发育程度主要结构面的结合程度主要结构面类型相应结构类型组数平均间距(m)完整1～2＞1.0结合好或结合一般节理、裂隙、层面整体状或巨厚层状结构较完整1～2＞1.0结合差节理、裂隙、层面块状或厚层状结构2～31.0～0.4结合好或结合一般块状结构较破碎2～31.0～0.4结合差节理、裂隙、层面、小断层裂隙块状或中厚层状结构≥30.4～0.2结合好镶嵌碎裂结构结合一般中、薄层状结构破碎≥30.4～0.2结合差各种类型结构面裂隙块状结构≤0.2结合一般或结合差碎裂结构极破碎无序结合很差散体状结构注：殃平均甘间距番指主嘉要结耍构面陆（1霸～2遣组）枣间距达的平跳均值茶。结构好面结枪合程鸣度的旗划分患表农3.肃3.订2名称结构面特征结合好张开度小于1mm，无充填物；结合好张开度1～3mm，为硅质或铁质胶结；张开度大于3mm，结构面粗糙，为硅质胶结结合一般张开度1～3mm，为钙质或泥质胶结；张开度大于3mm，结构面粗糙，为铁质或钙质胶结结合差张开度1～3mm，结构面平直，为泥质或泥质和钙质胶结；张开度大于3mm，多为泥质或岩屑充填结合很差泥质充填或泥夹岩屑充填，充填物厚度大于起伏差2.毅定量指刘标及两率者的对吵应关系岩石葡坚硬咱程度初的定愉量指元标，横应采心用岩概石单大轴饱和抗丧压强治度Rc，Rc应采锐用实用测心值。当祸无条民件取舍得实测询值时舞，也御可采愿用实狼测的件岩石截点荷杠载强太度指盾数IS（50）的算掠值，围并按镜下式王换算馅：RC森与定扶性划秀分的惩岩石叹坚硬度程度岩的对轿应关独系冲表距3.芬4.宏2Rc（MPa）＞6060～3030～1515～5＜5坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩岩体逮完整组程度弦的定微量指盾标，佳应采鲁用岩体颈完整沸性指数Kv，Kv应采用滴实测值纹。当无箭条件取反得实测听值时，也可堆用岩体体矛积节理艰数Jv，按表确定秀对应茄的Kv值。Jv与昌Kv对完照表迟表3涛.4.适3Jv（条／m3）＜33～1010～2020～35＞35Kv＞0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15＜0.15Kv与股定性划懂分的岩现体完整凉程度的害对应关撞系限表3笔.4.所4Kv＞0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15＜0.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎3.颤确果定基显本质处量等羽级岩体基傲本质量剧分级，陕应根据尺岩体基贼本质量准的定性油特征和洞岩体基逐本质量糕指标（BQ）两矮者相亦结合潜，按四表4.1笔.1确定。岩体歼基本派质量拍分级蒙表僻4.仁1.屈1基本质量级别岩体基本质量的定性特征岩体基本质量指标(BQ)Ⅰ坚硬岩，岩体完整＞550Ⅱ坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整550～451Ⅲ坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整450～351Ⅳ坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎～破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整～较破碎；软岩，岩体完整～较完整350～251Ⅴ较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎～破碎；全部极软岩及全部极破碎岩≤250岩体基翠本质量素指标（薪BQ）框，应根耻据分级努因素的李定量指朽标R岔c的况兆帕数泛值和叹Kv，榨按下式株计算：BQ＝杜90＋律3Rc给＋25款0Kv注：补使用壤上式焰时，袄应遵赔守下赴列限斜制条靠件：①当Rc＞修90K寻v＋3廉0时，铺应以挡Rc鼠＝9扭0K味v＋铜30哲和K逐v代牌入计关算B薯Q值赚。②当Kv鬼＞0哀.0绘4R技c＋丑0.中4时，应售以Kv讲＝0.愈04R远c＋0揪.4和拿Rc代倾入计算灿BQ值林。4.崭修每正当存在地下水、围昏岩处样于高初没始应部力状群态及岩体巧稳定性固受软弱结扶构面影宗响且由一羞组起控汽制作用煮时，岩士体基本岂质量指挺标按下邮式进行见修正：[BQ]＝BQ－10古0（K1＋K2＋K3）式中[BQ]-岩体剑基本厕质量怨指标袖修正液值；BQ-岩体基牵本质量甩指标；K1-地下洋水影善响修丑正系琴数；K2-主要霜软弱眠结构贼面产贝状影罪响修胃正系盏数；K3-初始应总力状态散影响修腿正系数饶。其中K1、K2、K3值，可洲分别按么表、、－3确定福。无盆表中努所列拣表情嫌况时雾，修昆正系比数取族零。[BQ]出现完负值救时，纷应按须特殊岛问题碧处理茄。地下水粗影响修奴正系数狂K1表－1＞450450～351350～251≤250潮湿或点滴状出水00.10.2～0.30.4～0.6淋雨状或涌流状出水，水压≤0.1MPa或单位出水量≤10L／min·m0.10.2～0.30.4～0.60.7～0.9淋雨状或涌流状出水，水压＞0.1MPa或单位出水量＞10L／min·m0.20.4～0.60.7～0.91.0BQK1地下水权出水状固态BQK1BQK1BQ地下水葛出水状梯态K1BQ结构面产状及其与洞轴线的组合关系结构面走向与洞轴线夹角＜30º结构面倾角30º～75º结构面走向与洞轴线夹角＞60º结构面倾角＞75º其它组合K2

0.4～0.60～0.20.2～0.4主要软爪弱结构侧面产状趁影响修嗽正系数哗K2表－2初始衰应力茶状态岭影响伞修正哪系数扯K3壳表砌－3＞550550～451450～351350～251≤250极高应力区1.01.01.0～1.51.0～1.51.0高应力区0.50.50.50.5～1.00.5～1.0初始应已力状态K3BQ确定战了岩极体级宝别后胡，可怨根据今岩体棵级别础评价可岩体宅的物挡理力街学参北数和灯围岩块自稳扑能力狸。岩体舱物理种力学填参数作表C汁.0紧.1岩体基本质量级别重力密度γ（kN/m3）抗剪断峰值强度变形模量E（GPa）泊松比υ内摩擦角φ（º）粘聚力C（MPa）Ⅰ＞26.5＞60＞2.1＞33＜0.2Ⅱ60～502.1～1.533～200.2～0.25Ⅲ26.5～24.550～391.5～0.720～60.25～0.3Ⅳ24.5～22.539～270.7～0.26～1.30.3～0.35Ⅴ＜22.5＜27＜0.2＜1.3＞0.35地下秀工程津岩体醋自稳纽奉能力梦表E痕.0规.1岩体级别自稳能力Ⅰ跨度≤20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方Ⅱ跨度10～20m，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度＜10m，可长期稳定，偶有掉块Ⅲ跨度10～20m，可稳定数日～1月，可发生小～中塌方；距度5～10m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小～中塌方；跨度＜5m，可基本稳定Ⅳ跨度＞5m，一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中～大塌方。埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度≤5m，可稳定数日～1月Ⅴ无自稳能力注：斯①小剂塌方畅：塌刷方高戒度＜漏3m抓，或很塌方耽体积芒＜3脚0m和3；②中塌恶方：塌刘方高度慕3～6丧m，或纺塌方体讯积30狸～10要0m3月；③大塌阻方：塌株方高度舅＞6m爷，或塌鹿方体积扣＞10我0m3侨。公路匀隧道谅围岩代分级《公路歌隧道设氏计规范鹊》(JT策GD前70棵－2掠00草4)注：万本表项不适悠用于鹅特殊款条件眨的围搞岩分赖级，骑如膨旦胀性书围岩饿、冻意土等杂。注宪：Ⅱ、敏Ⅲ、姻Ⅳ类辰围岩不，当永围岩球强度耀应力攀比小慰于本诸表规耻定时宅，围根岩类机别降厨低一晒级。水工良隧洞话围岩篇工程阀地质表分类围岩总利评分T是5项糟因素的赢评分之闹和。岩女石强度传、岩体欲完整程浓度、结日构面状况态、地事下水状导态、主第要结构腐面产状异这5项刊因素的搜评分都佩有一定狭的评分崇标准。《水利搜水电工钉程地替质勘察原规范》（G猎B茂50秀48潮7-叨20饺08杏）RM广R分类比尼奥牺斯基（）根摩据南惹非矿浸山开您采经粮验提胆出的的通过呆对岩钉体质晓量进甜行评票分，羽来对