隧道工程围岩分级

第4章隧道围岩分级与围岩压力学习本章的目的：（1）要求掌握有关隧道的勘查、设计、构造原理和有关计算方法；（2）理解隧道围岩稳定性的影响因素及其与施工方法的关系；（3）了解隧道围岩分级时考虑的因素。第4章隧道围岩分级与围岩压力4.1隧道围岩的概念与工程性质4.2围岩的稳定性4.3围岩分级4.4围岩压力的确定第4章隧道围岩分级与围岩压力

Surroundingrockclassificationandpressure第4章隧道围岩分级与围岩压力4.1隧道围岩的概念与工程性质围岩的概念围岩:隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。说明：围岩既指岩体也指土体。围岩的工程性质物理工程性质水理力学第4章隧道围岩分级与围岩压力岩石与岩体的区别：

岩石：均质、连续、各向同性岩体：非均质、不连续、各向异性岩体力学性质获取的方式：现场试验：真实、费时、费钱室内试验：不易取样、代表性差问题：

1.结构计算与力学性质的关系？

2.隧道结构计算的难点？1、岩体的变形特性

受拉、受压、剪切、流变问题：岩体能受拉吗？

1)受压变形

岩石：线性、弹性软弱结构面：非线性、塑性岩体：弹塑性体，见下图。

第4章隧道围岩分级与围岩压力图4-1典型岩体全应力应变曲线第4章隧道围岩分级与围岩压力岩体：①压密阶段(OA)②弹性阶段(AB)③塑性阶段(BC)④破裂和破坏阶段(CD)

2)剪切变形

(1)沿结构面滑动

(2)岩石的断裂

(3)在结构面的影响下沿岩石剪断第4章隧道围岩分级与围岩压力3)流变特性●蠕变：指应力不变，而应变随时间增长。●松弛：应变不变，而应力随时间而衰减问题：围岩流变特性对隧道的影响？图4-2岩体的流变第4章隧道围岩分级与围岩压力2、岩体强度

岩石强度：通过试件获得。岩体强度：低于岩石强度，约为岩石强度的70～80％。第4章隧道围岩分级与围岩压力4.2围岩的稳定性第4章隧道围岩分级与围岩压力4.2.1研究围岩稳定性的意义围岩的稳定性：隧道开挖后，在不支护条件下围岩的稳定性。问题：什么是隧道工程的头等大事？研究围岩的稳定性，如何促使围岩稳定。围岩级别的工程作用：①判断围岩稳定性。②判断施工难易程度，投资依据。③结构分析计算的依据

第4章隧道围岩分级与围岩压力⑴地质因素～客观因素⑵人为因素～主观因素、工程因素第4章隧道围岩分级与围岩压力4.2.2影响围岩稳定性的因素1、地质因素从5个方面来分析：⑴岩体结构特征⑵结构面性质和空间的组合⑶岩石的力学性质⑷地下水的影响⑸围岩的初始应力状态第4章隧道围岩分级与围岩压力⑴岩体结构特征指岩体的破碎程度或完整状态。●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。●完整状态：整块状、大块状等。按这2个指标有下图：第4章隧道围岩分级与围岩压力⑵结构面性质和空间组合●

性质

1)结构面的成因；

2)结构面的光滑程度；

3)结构面的物质组成；

4)结构面的规模；

5)结构面的密集度。●空间组合指结构面的相互位置状态。问题：软弱结构面有怎样的害处？什么是不利空间组合？第4章隧道围岩分级与围岩压力张家界图节理较发育⑶岩石的力学性质

主要指岩石的单轴饱和极限抗压强度Rb。岩石强度越高，隧道越稳定。第4章隧道围岩分级与围岩压力(4)围岩的初应力状态

●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。第4章隧道围岩分级与围岩压力⑸地下水的影响●软化围岩；●减少层间摩阻力促使岩块滑动；●具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。

第4章隧道围岩分级与围岩压力2、人为构因素⑴隧扭道形状品和尺寸⑵诉支护咬结构辟类型⑶施陪工方法第4章隧点道围岩侮分级与匀围岩压能力超挖4.3围岩分烟级4.3坟.1概述围岩兼分级舅：根据喊岩体降的若袭干指半标，炕按照娇稳定末性将糟围岩富分成拆不同括的级台别。工程患目的：（1）结构届设计依块据（2）施乔工方湾法依止据（3）工程项造价依傲据第4章复隧道登围岩厦分级愤与围垃岩压州力围岩挂分级摄的发琴展过远程：土石抓分类描法单一羞因素连分类规法综合丧物性缸分类图法第4章隧片道围岩丸分级与逃围岩压如力其它分蓬级法：第4章隧测道围岩据分级与台围岩压酬力组合哲多因辽素分铁类法与地质勘泉探手段宾相联摆系的分类法总结：早期东～仅嫁岩石英强度波；现在～研综合多敢种因素摇，如岩央体构造驳、岩石解强度、RQ领D指标等竟。围岩长分级扁方法3个基界本因厘素：①岩性雕：抗压强拒度、弹宗性模量坊、弹性绑波速等夫。②地质楚构造魄：岩体坝完整别性或膀结构蹄状态蛛。③地下水租：地下水建发育时哪，围岩泰级别应崇降低。1个附途加因健素：④初始地量应力：适当再考虑剧。第4章隧剥道围岩愧分级与个围岩压荣力（一冻）以叙岩石疫强度择或岩输石的浊物性爬指标格为代统表的禽分级拳法1.以岩碰石强痕度为舅基础赠的分愧级法代表潮：土石分钥类法～粘坚石、衫次坚石洲、松石避、土。2.以岩夹石物室性指泛标为秧基础捉的分探级法代表变：岩石坚训固性系香数(f值)分级荣法～梳普氏约法f值：一钞个综合寄的物性互指标值恼，如岩蒸石的抗似钻性、垒抗爆性归、强度烈等。但核似心还暖是岩酒石强被度。第4章那隧道留围岩右分级变与围纤岩压慢力(二)以岩只体构届造、舍岩性段特征咐为代寨表的妇分级代方法代表享：●泰沙蛾基法～考虑围趴岩的完格整状态挎和岩性恶，共9级。●我国交织通隧道完围岩分燥级法～借鉴类了泰乏沙基涉法，虾考虑跑岩体慢综合绑物性互，共6级。第4章双隧道集围岩爹分级性与围潜岩压意力（三）护与地质掉勘探手请段相联龄系的分映级方法代表么：●弹性波底速分级爆法～波速是联反映岩健性与岩沟体结构宫的一项正综合指拆标，波透速越高摄，围岩透越好。第4章隧命道围岩脏分级与纽奉围岩压烧力波速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●岩石质水量指标～RQD指标也间是反映撞岩性与伐岩体结它构的一叙项综合四指标。RQD指标的治具体含龄义为岩方芯复原纠率:第4章受隧道套围岩颈分级弹与围捕岩压苹力R>0.90.75<R<0.90.5<R<0.750.25<R<0.5R<0.25优良好差很差表中R为RQ链D指标。(四)组合览多种垮因素部的分水级方忆法代表垒：岩体质扣量分级熊法巴顿等田人提出犯的“岩体质斩量—Q”分级锈法。廊表达枯如下吃：第4章隧泰道围岩罪分级与掉围岩压骂力组合应了6个参数麦：岩石质前量指标蝇、节理逃组数目塞、节理耽粗糙度索、节理是蚀变摸值、嘴节理纳含水齐折减次系数握、应萄力折驶减系伴数。(五)我国铁跪路与公泼路隧道氏的围岩畅分级方司法1.铁路忌隧道⑴沿革●岩体综危合分类～60年代，怠成昆线相，五类践。●隧道围裙岩分类～74年版基，首裤部铁谦路隧用道规执范，挖六类召。●隧道围谨岩分类～86年版漠，加取入围典岩弹体性波宾速指笑标。●隧道围赏岩分级～99年版，果采用国闸标分级票排序，叼改称“围岩踪蝶分级”，六级恳。●隧道第围岩约分级～200惩1年版，蛙不变。●隧道绣围岩察分级～200返5年版偶，不物变。第4章隧肺道围岩季分级与轧围岩压苏力⑵分级的异理论基湖础●以围萌岩的辉稳定洲性判控断为挨基础。属于“以岩私体构高造和罪岩性选特征葱为代捐表”的分级盯方法。●主要考主虑4种因素遵：①岩黎石坚术硬程屋度②围业岩完甚整状翼态③地名下水④围岩苹初始地优应力第4章隧贸道围岩狂分级与诉围岩压锄力基本席分级修正打基本长分级基本分胆级瓶修正炎基本分削级兴最终蓄分级⑶基本分撑级依据议：围跪岩主刘要工站程地思质条欲件，屡由两僚条组扇成：①岩坛石坚话硬程见度软硬冈岩分照界指瓶标：30彻Mp篇aRb>30硬岩5<宿Rb≤3蒸0软岩Rb<5极软乌岩②围己岩完借整程叠度指标1：结构马面发育酿程度指标2：地骗质构桶造影泛响程程度由此两区指标，片将岩体恭完整程陆度分为5个级晴别，短见下晃表：第4章隧花道围岩驴分级与匀围岩压焰力岩体完恐整程度四的划分完整程度结构面发育程度地质构造影响程度完整不发育轻微较完整较发育、不发育较重、轻微较破碎发育、较发育严重破碎极发育、发育极严重、严重极破碎极发育极严重围岩炕受地次质构宣造影伶响程弃度等授级划得分围岩节与理（裂服隙）发化育程度允划分等级地质构造作用特征轻微围岩地质构造变动小，无断裂（层）；层状岩体一般呈单斜构造；节理不发育较重围岩地质构造变动较大；位于断裂（层）或褶曲轴的邻近地段；可有小断层，节理较发育严重围岩地质构造变动较强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多见扭曲及拖拉现象；节理发育很严重位于断裂（层）破碎带内；节理很发育；岩体呈碎石、角砾状，有的呈粉末泥土状等级地质构造作用特征节理不发育节理（裂隙）1-2组，规则，为原生型或构造型，多数的间距在1.0m以上，为密闭型。岩体被切割成块状节理较发育节理（裂隙）2-3组，呈x型，较规则，以构造型为主，多数的间距大于0.4m，多为密闭。部分微张开，少有填充物。岩体被切割成大块状节理发育节理（裂隙）3组以上，不规则，呈x型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分微张开，部分张开，大部分为粘性土填充。岩体被切割成块、碎石状节理很发育节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.2m，微张开或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状(4窗)铁路谋隧道背围岩册分级吊表基本分厌级+围岩颠弹性捐纵波眯速度=铁路饱隧道嚷围岩雁分级岭表见教材P82故-83。⑸特点◆给邀出了否单线萍隧道舍围岩绒开挖视后的琴稳定朴状态去。◆尚畅未考处虑地乘下水未和地阵应力破。⑹修正泊分级◆叛地下灶水地下给水的3种处钩理方砖法：①分例级时占按无是水考俘虑，望而是朝根据萌地下啄水的绣状态学，适淘当降怪低围认岩等熔级(1～2级)；②分级阶时按有取水考虑井，当确狡认围岩吐无水则棚提高围热岩等级次；③直接晋将地下霉水状况(水质啊、水旷量、洞流通偶条件零、静聪水压垂力等)作为则一个嘉分级帝指标孟。铁路隧现道分级搭按第1种方煮法处嫁理：地下站水影胞响的僚修正地下水墓状态的老分级表级别状态渗水量[L/(min·10m)]Ⅰ干燥或湿润<10Ⅱ偶有渗水10~25Ⅲ经常渗水25~125

围岩基本分类地下水状态分级ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅠⅠⅡⅢⅣⅤ—ⅡⅠⅡⅣⅤⅥ—ⅢⅡⅢⅣⅤⅥ—◆初始舱地应码力初始地应力状态主要现象评估基准（Rc/σmax）极高应力1.硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差<42.软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞高应力1.硬质岩:开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂纹较多，成洞性较差4-72.软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移极显著，持续时间长，成洞性差初始地置应力影腰响的修锯正围岩基本分级修正级别初始地应力状态ⅠⅡⅢⅣⅤ极高应力ⅠⅡⅢ或ⅣⅤⅥ高应力ⅠⅡⅢⅣ或ⅤⅥ两点升说明抱：设计雅阶段俩：采用店修正聪后的竭围岩龙分级映。施工阶长段：根据实侍际情况优，进一聪步判定嫂围岩分鼻级，依担据仍然饰是：岩石坚数硬程度围岩惩完整圾状态地下水初始索地应段力2.公路蜂隧道⑴初步分济级～相佣当于铁吸路的基验本分级依据啊：围秆岩主竟要定额性特爽征该特征雁由两个侧基本因歪素组成鸽：●岩石仔坚硬程垒度Rc(即强慕度)●岩体完仍整性Kv(即弹性用波速)推出围岩该基本河质量绢指标BQ烛=9脚0+吃3Rc+25荒0Kv⑵详细雾分级悦～相粗当于粒铁路拜的修跟正分叛级修正BQ值：当肆有以下3方面序影响留时，根应予她修正导：①地下译水K1②软弱结槽构面(比铁鞭路多敬此条)K2③高初始逼地应力K3[B便Q]总=修正BQ值=BQ省-10改0(K1+K2+K3)K1～K3各值可泊查公路此隧道规粱范附录怀～A.0势.2-宫3公路执围岩袖分级倾表：参数坝：①围岩陶主要定誓性特征②BQ值，或[B骗Q]值(当需要郊修正时)第4章致隧道懒围岩住分级声与围惑岩压示力(六)问题海及研她究方菠向1.问题指标尾定性险的多陶、定否量的宪少。院如何惠做到织准确库、方症便、己好用奖？2.研究⑴发展筋物探手对段，增敬加定量匪指标。⑵发浪展分充析理次论模糊悄数学垦～围浇岩分棍级；隧道结位移阻～围棒岩分焦级；人工肾智能券专家蛋系统若～围浆岩分位级等像。4.充4围岩压迎力4.箭4.傲1岩体露初始庄应力乳状态自重应厘力构造炉应力地下水欲压力温度应疼力原岩毛洞稳定前洞室开挖支护第4章仔隧道眨围岩捏分级纠与围伙岩压正力一、围育岩压力歼及其分左类(一)围岩汉压力围岩商压力地层吵对洞拖室的零作用沾力广义：振包括有漂、无支凝护时的催压力狭义霞：仅充指对唱支护证的压边力第4章岩隧道扯围岩番分级厅与围涉岩压提力（二凑）围有岩压取力分煎类1．松娇动压宋力～围岩变电形过大重，发生过松动而具形成的雨压力。2．形变烘压力～围岩变良形在有余限范围翁内而形愚成的压妇力。这是最肿重要的易两种压棋力形态宾。问题蜓：1.这两种唉压力性维质上有法何不同寺？2.压力的晚性质与盟围岩稳霞定性有吉何关系俭？第4章供隧道许围岩豪分级技与围丧岩压洁力3．膨胀匀压力～膨胀判性岩至层。4．冲哄击压泼力～明洞，品落石；暗洞，寇坍方、垫岩爆。第4章相隧道络围岩烟分级怕与围圆岩压够力4.悟4.译2影响围误岩压力晨的因素㈠地质离因素1.岩体捡初始纲应力袄状态2.岩石力崇学性质3.岩体结兰构面4.地下水枣等㈡工程掀因素1.施工乱方法2.支护殃设置插时间3.支护贴本身那刚度4.隧道丸断面金形状波等第4章厨隧道紫围岩相分级度与围突岩压场力1.围岩松僻动压力寄的形成自然扣拱的凑概念乱：围岩园的变变形不岁能得闭到有愉效的阳控制价，当亡变形陵超过护一定屑限度标后，蓄围岩修发生趋松动蛙、坍旗落，俯最终补在洞访室上笼方形范成拱寒形。(a微)变形阶立段；(b)松动睡阶段灭；(c改)塌落阶朋段；(d绝)成拱榨阶段齐。4.4桥.3围岩肢松动曾压力崇的形造成和拥确定灶方法第4章隧屡道围岩水分级与梢围岩压雾力自然港拱影响自宋然拱的胜因素：●隧道埋衬深～成拱的巨必要条且件●隧道断久面形状汤和大小评～拱的范冻围●施工节因素忠～对围岩俘的扰动舰程度第4章隧跃道围岩鬼分级与币围岩压榴力2、围岩祥压力的黄确定方季法直接闷量测妨法理论估踏算法统计获法（蜓经验忌法、巡寿工程和类比票法）1)深埋隧快道围岩抬松动压冻力的确阳定方法(1)统计法—我国《隧规》所推壶荐的方方法式中γ—围岩容附重；hq—坍落栽拱高授度；s—围岩源级别袖；w—宽度影棉响系数谱，由w=1杠+i（B-5）计算齐：B—坑道盲宽度狸，当B＜5m时，取i=欺0.2，当B＞5m时，取i=疫0.1。第4章隧织道围岩陪分级与搁围岩压炎力水平压乎力见表4-词7：表4-7围岩萍水平遍均布六压力第4章隧班道围岩返分级与乖围岩压杠力围岩级别Ⅰ、ⅡⅢⅣⅤⅥ水平均布压力0＜0.15q(0.15～0.3)q(0.3～0.5)q(0.5～1.0)q统计带法公滚式的舅适用尿条件冻：H/B＜1.追7，H为坑道言的高度志；深埋隧戴道；不产生缎显著偏碑压力及遍膨胀力裁的一般马围岩；采用矿载山法施度工。第4章格隧道评围岩延分级欣与围狗岩压津力据统到计，伙围岩效垂直励松动痛压力产的分森布可西概括秤为4种，如旗图4-在7。图4-7围岩维竖向扯松动随压力范的分捎布图牙形第4章隧底道围岩土分级与恰围岩压万力统计队法公牲式仅访针对愧图中窝第一获种情欺况。(2狸)普氏理削论散粒沟体理扶论：缓岩体钥被节黄理、促裂隙答所切梅割，续视为腰散粒荒体。普氏系谷数f(岩体坚粘固性系叉数):第4章隧衬道围岩骡分级与渔围岩压些力岩体坚恰固性系勒数f的概攀念：f—是一个宅以岩体旅强度为选主的指军标，兼铜顾抗钻脑性、抗菌爆性、凑地下水习等性质巷。第4章隧暗道围岩丘分级与暴围岩压何力前述自社然拱概撇念最早越由普氏纯提出：图4-题8自然嗽拱的吧两种睡形态①坚硬岩敬体:②松散披破碎充岩体虫：式中桶为版隧道崖净跨歪度的捐一半竹；上为处隧道税净高信度。第4章隧渡道围岩顶分级与只围岩压直力一般来拆说，普灿氏理论栋比较适摩用于松倦散、破溜碎的围帽岩中。(3)泰沙烛基理架论理论室：散备粒体颤理论旦。第4章展隧道甩围岩驻分级患与围饿岩压愧力◆假定武：破裂面待为折线—OA泽B◆方法送：研究惰微分肝条带dh的平烟衡。◆步骤：1.口ΣV刊=0，建猛立微孔分方愧程2.边界条帐件：第4章隧蹈道围岩鸭分级与钥围岩压晚力3.解微蒙分方教程，得：4.讨论：⑴当么埋深h达到一辉定程度覆时，拿为窜恒值：⑵取嘱侧压力缩慧系数k=1，维则有饰：⑶与普音氏法对裁照，能杠发现什羞么？2)浅埋捐隧道岛围岩扬松动版压力鼓的确罢定方番法⑴慎深、带浅埋谜隧道信的判纷定原梦则第4章隧颗道围岩务分级与穴围岩压急力Hp＝（2～2.5）hqI一II旺I级围岩厚取:Hp＝2hqIV～VI级围岩饺取:Hp＝2.肢5hqH≥狸Hp时为深从埋H＜Hp时为浅绝埋H为覆临盖层便厚度(2碎)浅埋隧助道围岩撒松动压杯力的确伙定方法①土柱法要点：董忽略滑烟动面上脑的阻力扰。适于延：埋绵深H洁≤h币q垂直压岗力：q=γ吃H水平压假力按朗撒金公式孩：e=棉