岩石性质与工程分级课件

第一章岩石性质与工程分级

为了有效地进行施工破岩和井巷维护，必须对岩石及其组成、性质、分类方法等问题进行研究，并在此基础上制定出科学的岩石工程分级方法，以便为设计、施工和成本核算提供依据。

△岩石的性质：

△岩石的工程分级和围岩分类

△岩石的性质：

岩石的重力性质：比重、密度

岩石的结构性质：孔隙度、孔隙比

岩石的水理性质：吸水性、透水性、软化性

溶蚀性、膨胀性、崩解性

岩石的变形特征：

岩石的强度特性：

岩石的可钻性和可爆性：

§1-1岩石的物理性质

一、岩体的概念及组成

岩石→岩块→岩体

岩块：从地壳岩层中切取出来的小块体。

岩体：指地下工程周围较大范围内的岩石，它可能由一种或几种岩石组成。或者岩体是指一定工程范围内的自然地质体。

从采矿角度讲，岩体的组成为三个部分：

岩石地下水瓦斯

岩石：不分岩块与岩体的泛称。1、岩石

岩石是由一种或几种矿物所组成的集合体，它是岩体的基本组成部分，一般将岩石分为表土和基岩两个部分。

（1）表土：覆盖在地壳上部的第四纪沉积物称为表土或松散性岩石，如黄土、流砂、粘土、淤泥、砾石等。

（2）基岩：表土层以下的各种固结性岩石，如岩浆岩、沉积岩、变质岩。2、地下水：

地表以下岩体中的水称为地下水。地下水常充填于岩石的孔隙、层理、节理、裂隙和溶洞中，地下水有时会对井巷造成很大的危害。

3、瓦斯：（CH4、甲烷、沼气）

井下有害气体的总称。在煤系地层中瓦斯主要赋存于煤层之中，而且会扩散到附近岩体的裂隙或孔洞之中，瓦斯常常给井下的生产和安全带来严重影响甚至灾难。二、岩石的物理性质

1、岩石的重力指标

（1）相对密度：岩石固体实体积的质量与同体积水的质量之比。

d—相对密度

G—绝对干燥时的岩石质量，g

Vc—岩石固体实体积,cm3

Pw—水的密度g/cm3

（2）岩石的密度：岩石单位体积（含孔隙体积的）质量。

岩石的干密度：

岩石的湿密度：

（3）岩石的重度——单位体积岩石所受的重力称为重度。又称为重力密度，用γ表示。常见岩石的重量指标

岩石种类密度重度

砂岩2000～2600kg/m32.6～2.75

页岩2000～2400kg/m32.57～2.77

石灰岩2200～2600kg/m32.48～2.85

褐煤1200～1400kg/m3

无烟煤1300～1500kg/m32、岩石的结构性质——岩石的孔隙性

岩石的裂隙和孔隙的发育程度，通常用孔隙度和孔隙比来表示。

（1）孔隙度：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积与试件总体积之比。用n表示。

V—试件总体积

Vc—试件实体积

n—孔隙度（2）孔隙比：是指岩石试件中各种裂隙、孔隙的体积总和与岩石中矿物颗粒体积之比，用e表示。

岩石的孔隙度增大，使岩石的整体性削弱，使岩石的密度、强度降低，使透水性增大，风化速度加快，并导致力学强度降低。岩石中的裂隙分为原生裂隙、构造裂隙、次生裂隙三种。3、岩石的水理性质

岩石在水的作用下对矿山工程岩体稳定性有很大影响，体现指标为：吸水率、透水性、溶蚀性、软化性、膨胀性、崩解性等。

（1）岩石的吸水率：

（2）岩石的透水性：

（3）岩石的溶蚀性：

（4）岩石的的软化性：

（5）岩石的膨胀性和崩解性：

4、岩石的碎胀性

岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质称为岩石的碎胀性，用碎胀系数k来表示。

式中：k—碎胀系数

V1—岩石破碎膨胀后的体积

V—岩石处于整体状态下的体积

岩石的碎胀系数与岩石的物理性质、破碎后块度大小及排列状态有关。

利用岩石的破碎垮落后增大的体积可以用来支撑采空区的顶板。§1-2岩石的力学性质

岩石的力学性质是指岩石在机械力场作用下所表现出来的各种性质，包括四个方面：

（1）强度性质

（2）变形性质

（3）流变性质

（4）声学性质一、岩石的变形特征

变形：在载荷作用下，组成岩石的基本微粒之间的相对位置发生变化。

应变：表示变形量的大小。

应力：单位面积上所受的力。

当岩石上的作用载荷不断增大或者随着超过某一数值的恒定载荷作用时间的增长，便会导致岩石的破坏。

岩石的变形特征可以用应变曲线来表示。单向受压应变曲线图：

Ⅰ—OA段：裂隙在密闭合阶段

Ⅱ—AB段：线弹性阶段

Ⅲ—BC段：破裂发展阶段

Ⅳ—CD段：软化阶段

B—屈服点二、岩石的强度特性

岩石在外载荷作用下抵抗破坏的能力称为岩石强度。它反映了岩石的极限承载能力。强度特性分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗冲击强度等。

测定方法：

抗压强度

抗拉强度

抗剪强度

抗冲击强度

岩石受外载荷作用，变形达到一定程度就要破坏，对巷道而言，如围岩强度小于所受应力，围岩就要破坏，如冒顶、片帮、底臌等；如围岩强度大于所受外力，则巷道可不支护而长期稳定不变形。三、岩石的硬度

岩石的硬度泛指岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力，分为静压入硬度和回弹硬度。

静压入硬度

回弹硬度

四、岩石的可钻性和可爆性

岩石的可钻性和可爆性用来表示钻眼或爆破的难易程度。常用钻眼速度、钻眼时间、钻头进尺、每米炮眼磨钝钎头数、爆破炸药消耗量、炮眼长度等指标来表示。§1-3岩石的工程分级和围岩分类

一、岩石的工程分级

岩石的工程分级是按岩石的坚固性来分的。前苏联MM·普罗托奇雅可诺夫提出来用一个系数f来表示岩石破坏的相对难易程度，称为普氏系数。

RC—岩石的单向抗压强度（MPa）

根据f值的大小可将岩石分为10级共15种。二、围岩分类

围岩分类主要考虑

（1）围岩强度；

（2）围岩分层厚度；

（3）节理、裂隙发育程度；

（4）岩层倾角和地质构造等因素。

围岩分为5级。§1-4隧道工程围岩基本特性

第一节概述地面结构体系一般都是由结构和地基所组成，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，

（图4-1a）。地下结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同并相互作用的结构体系，即地下结构＝支护结构＋周边围岩；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(图1-4-1b)，这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的。

(a)

地面结构(b)地下结构图1-4-1结构物与地层关系地层被挖成隧道后的稳定程度称为隧道围岩的稳定性，这是一个反映地质环境的综合指标。所以说，研究隧道工程地质环境问题，归根到底就是研究隧道围岩的稳定性问题，它包括隧道围岩破坏或稳定的规律、影响围岩稳定的主要因素、标志围岩稳定性的指标和判断准则、分析围岩稳定性的方法以及为维护围岩稳定而必须采取的工程措施(如施工程序和方法、支护结构的类型、数量和架设时间等)。第二节围岩的工程性质

隧道围岩是指地壳中受隧道开挖影响的那一部分岩体，或是指对隧道稳定性有影响的那一部分岩体。这部分岩体在隧道开挖和支护过程中，将产生应力重新分布，其性质也有所变化。

一、岩体的变形特性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)

图1-4-2典型岩体全应力—应变曲线二、循环荷载作用下岩体的变形特性

对于弹性材料，其加载和卸载曲线相同。岩体属于非线性材料，如果卸载点超过了其屈服点，则卸载曲线和加载曲线不重合，形成塑性回滞环。如果经过多次反复加载与卸载，且每次施加的最大荷载与第一次加载的最大荷载一样，则每次加载、卸载曲线都各自形成一个塑性回滞环，如图1-4-3所示。

图1-4-3岩体加、卸载曲线

三、岩体的强度岩体的强度要比岩石的强度低得多，并具有明显的各向异性。一般情况下，岩体的抗压强度只有岩石抗压强度的70～80％，结构面发育的岩体，仅有5～10％。和抗压强度一样，岩体的抗剪强度主要也是取决于岩体内结构面的性态，包括岩体的力学性质、充填状况、产状、分布和规模等；同时还受剪切破坏方式所制约。

四、岩体的构造—力学特性岩体是由下述几部分构成的：

a)不同尺寸和类型的岩块；

b)结构面；

c)岩块间的充填物。从岩体构造—力学特性上看，大体上可分为无裂隙岩体和裂隙岩体两大类。地下工程在多数情况下是修筑在裂隙岩体中的。裂隙岩体的地质构造特征是结构面的存在。岩石只是岩体构成的一部分，它的性质不能代表岩体的物性，这一点是必须明确的。由上述条件决定的岩体构造－力学特性是它的非连续性、非均质性、各向异性和突变性。五、岩体的破坏准则理论和试验研究都表明，多数岩石在初始应力状态下处于弹性阶段，而在开挖成洞后，洞室周围岩体将产生松弛或进入塑性状态。弹塑性模型的基本概念是认为岩石在屈服极限之前，只有可恢复的弹性变形，达到屈服极限以后，变形由可恢复的弹性变形和不可恢复的永久变形(塑性变形)两部分组成，弹性变形按弹性理论计算，塑性变形按塑性理论计算。材料随着外力的增加由弹性状态过渡到塑性状态。当应力的数值等于屈服极限时，材料屈服，开始产生塑性变形，而就是单向应力状态下的屈服条件，也称作“塑性条件”，它是判断是否达到塑性状态的准则。目前，在实际设计中，采用最多的是摩尔—库仑破坏准则。图4-4表示受到主应力(>)作用时，材料屈服的应力圆。

由图可知图1-4-4材料强度包络线及应力圆

格里非斯认为，内部有裂隙的材料，在裂隙的尖端部位将引起应力集中，从而导致材料强度的降低。当拉应力集中值超过材料的抗拉强度时，裂隙就会扩展，从而导致岩石破坏。为了计算应力集中值，将这些裂隙假定为很小的扁平椭圆裂纹，按平面状态破坏理论处理，如图1-4-5所示。图1-4-5格里非斯准则除了上述准则外，尚有许多其他的破坏准则，如Mises准则、Drucker-Prager准则等。六、岩体的流变特性流变包括两方面：一种是指作用的应力不变，而应变随时间增长，即所谓蠕变；另一种则是作用的应变不变，而应力随时间而衰减，即所谓松弛，如图1-4-6所示。图1-4-6岩体的流变七、岩体结构分类及其破坏特征工程地质学中把岩体划分为四大种结构类型：Ⅰ.整体结构、块状结构Ⅱ.层状结构、板状结构Ⅲ.碎裂结构、镶嵌结构、层状碎裂结构Ⅳ.散体结构整体结构岩体的变形主要是结构体的变形，块状和层状结构岩体的变形主要是结构面的变形，碎裂和散体结构岩体的变形，开始是将裂隙或孔隙压密，随后是结构体变形，并伴随有结构面张开。破坏形式主要为剪切破裂和塑性变形。

八、隧道围岩失稳破坏性态隧道围岩变形、破坏和岩体结构的关系十分密切，根据工程实践观察，大致有以下五种情况：1、脆性破裂2、块状运动3、弯曲折断破坏4、松动解脱5、塑性变形和剪切破坏第三节围岩的初始应力场一、围岩初始应力场的组成(一)自重应力场在自重应力场中，地表以下任一深度H处的垂直应力等与其上覆岩体的重量(如图1-4-7，a所示)以压应力为正，为岩体的容重当上覆岩体为多层时，则为(图1-4-7，b)

式中—第i层岩体的容重—第i层岩体的厚度图1-4-7地表水平时的自重应力场围岩自重应力场的变化规律应力是随深度成线性增加水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等(二)构造应力场地质力学认为：地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是地应力作用的结果。因而地质力学就把构造体系和构造形式在形成过程中的应力状态称为构造应力场。我国大陆初始应力场(包括自重应力场和构造应力场)的变化规律大致可以归纳为如下几点：①地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且除以各种构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，这种残余构造应力将对地下工程产生重大影响。②垂直应力的量值随深度增加而增大，而且水平应力普遍大于垂直应力。③水平主应力具有明显的各向异性。

二、围岩初始应力场的影响因素围岩的初始应力状态，一般受到两类因素的影响：第一类因素有重力、温度、岩体的物理力学性质及构造、地形等经常性的因素。第二类因素有地壳运动、地下水活动、人类的长期活动等暂时性的或局部性的因素；此外，在众多的因素中还要特别研究下面几点：1、地形和地貌。

2、岩体的力学性质。

3、地温。

4、人类活动。

第四节隧道围岩分级及其应用根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：

1)充分稳定的坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。

2)基本稳定的坑道会因爆破、岩块结合松弛等而产生局部掉块，但不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。

3)暂时稳定的大多数坑道是属于这个类型的。坑道开挖后呈现出不同程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而处于暂时稳定状态。

4)不稳定的

一、以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法在这种分级方法中，具有代表性的是前苏联普落托奇雅柯诺夫(M.JipoctonbnMonos)教授提出的“岩石坚固系数”分级法(或称“”值分级法，或普氏分级法)。这种分级方法在我国的隧道工程中得到了广泛的应用。我国工程部门在将值分级法应用到隧道工程的设计、施工时，已注意到必须考虑岩体的地质构造、风化程度、地下水状况等多种因素的影响，而将由单一岩石强度决定的值适当降低，即：式中值是由岩石强度决定的，是考虑地质条件的折减系数，一般情况下，＜1.0。

二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法60年代，我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上，提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩体综合分级法”，并于1975年经修正后被我国“铁路工程技术规范(隧道)”所采用。该分级法将隧道围岩分为6级。这类方法的优点是正确地考虑了地质构造特征、风化状况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。此外，这种分级法最早考虑了埋深对围岩级别的影响。其缺点是分类指标还缺乏定量描述，没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法，在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。

三、与地质勘探手段相联系的分级方法围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既可以反映岩石软硬，又可以表达岩体结构的破碎程度。因此，在弹性波速度基础上，综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素(岩性、风化程度、破碎状态、含水及涌水状态等)，将围岩分为7级。我国1986年施行的“铁路隧道设计规范”中将弹性波(纵波)速度引入隧道围岩分级中，将围岩分为6级(表1-4-4)。

围岩类别ⅥⅤⅣⅢⅡⅠ弹性波速(km/s)＞4.53.5～4.52.5～4.01.5～3.01.0～2.0＜1.0(饱和土＜1.5)表1-4-4弹性波(纵波)速度分级四、以多种因素进行组合的分级方法这种分级法认为，评价一种岩体的好坏，既要考虑地质构造、岩性、岩石强度，还要考虑施工因素，如掘进方向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等，因此就需要建立在多种因素的分析基础之上。五、以工程对象为代表的分级法这类分级法如专门适用于喷锚支护的原国家建委颁布的围岩分级法(1979年)、苏联在巴库修建地下铁道时所采用的围岩分级法(1966年)等，优点是目的明确，而且和支护尺寸直接挂钩，因此，使用方便，对指导施工很起作用。

几个隧道围岩分级综合性指标

●岩体的弹性波传播速度：弹性波传播速度与岩体的强度和完整性成正比，其指标反映了岩石的力学性质和岩体的破碎程度的综合因素，通常用Kv来评价：

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

（1）概念

掘巷后：（1）巷道周边应力集中；（2）围岩强度降小(三向应力状态→两向应力状态）（3）开挖扰动等围岩应力与围岩强度的关系发生变化（超过则破坏，等于为极限平衡，小于则稳定）；●围岩松动圈分类法（2）松动圈声测方法及原理

声测法测试围岩松动圈的物理基础，是各类岩石中声波速度不同，同种岩石则随破裂程度的增加，声速降低。（3）围岩松动圈分类围岩类别分类名称围岩松动圈/cm支护机理及方法备注小松动圈I稳定围岩0～40喷混凝土支护围岩整体性好，不易风化的可不支护中松动圈Ⅱ较稳定围岩40～100锚杆悬吊理论，喷层局部支护局部锚杆支护Ⅲ一般围岩100～150锚杆悬吊理论，喷层局部支护刚性支护有局部破坏，采用可缩性支护大松动圈Ⅳ一般不稳定围岩(软岩)150～200锚杆组合拱理论，喷层、金属网局部支护刚性支护大面积破坏，采用可缩性支护Ⅴ不稳定围岩(较软围岩)200～300锚杆组合拱理论，喷层、金属网局部支护围岩变形有稳定期Ⅵ极不稳定围岩(极软围岩)>300组合拱理论联合支护围岩变形在一般支护下无稳定期围岩松动圈分类有三个突出优点：

（1）绕过了地应力、围岩强度、结构面性质测定等困难问题，但又着重抓住了它们的影响结果，即松动圈是一个综合指标；（2）松动圈系实测所得，未在重要方面作任何假设；（3）松动圈大小很容易用声测法获得，确定支护参数时直观简单，现场应用十分方便。

●岩石质量指标（RQD）：是综合反映岩体的强度和岩体的破碎程度的指标。所谓岩石质量指标是指钻探时岩心复原率，或称为岩芯采取率:

RQD（％）＝10cm以上岩芯累计长度×100

单位钻孔长度岩石质量指标分级认为：RQD>90％为优质； 75％<RQD<90％为良好； 50％<RQD<75％为好； 25％<RQD<50％为差；

RQD<25％为很差

RQD是一修正的岩芯取出率，仅考虑长度大于100mm的完整岩芯。美国伊利诺斯大学狄勒（Deere）在1964年形成该标准，但直到1967年才以出版的形式首次提出该概念。●围岩的自稳时间

：被认为是综合岩性指标，隧道开挖后，围岩通常都有一段暂时稳定的时间，不同的地质环境，自稳时间是不同的，劳费（H.Lauffer）认为隧道围岩的自稳时间ts可用下式表示：

ts=常数×L－(1＋a)

式中：L－隧道未支护地段的长度；a－视围岩情况在0～1之间变化，好的岩体可取a=0;极差的a=1

劳费（H.Lauffer）根据围岩的自稳时间和未支护地段的长度，将围岩分为：

稳定的、易掉块的、极易掉块的、破碎的、很破碎的、有压力的、有很大压力等七级●岩体质量指标（Q指标）Q＝（RQD/Jh）(Jr/Ja)(Jw/SRF)

RQD－岩石质量指标；Jh

－节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大；Jr

－节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小；Ja

－节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大；Jw－节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw取值愈小SRF－应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值愈大。1974年挪威地质学家巴顿(N.Barton)等人所提出的“岩体质量—Q”分级法。Q与六个表明岩体质量的地质参数有关，表达如下：

Q＝（RQD/Jh）(Jr/Ja)(Jw/SRF)式中：RQD－岩石质量指标，其取值方法见式（5－1）；

Jh

－节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大，可参考下列经验数值；没有或很少节理，Jh＝0.5～1.0；

两个节理组时，Jh＝4；

破碎岩体时，Jh＝20。

Jr

－节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小，可参考下列经验数值；不连续节理，Jr＝4；

平整光滑节理，Jr＝0.5等。

Ja

－节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大，可参考下列经验数值；节理面紧密结合，节理中填充物坚硬不软化，Ja＝0.75；

节理中填充物是膨胀性粘土，如蒙脱土，Ja＝8～12等。

Jw－节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw取值愈小，可参考下列经验数值；微量渗水，水压<0.1Mpa,Jw=1.0；

渗水量大，水压特别高，持续时间长，Jw＝0.1～0.05等。

SRF－应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值愈大。可参考下列经验数值；脆性而坚硬、有严重岩爆现象的岩石，SRF＝10～20；

坚硬、有单一剪切带的岩石，SRF＝2.5。

根据不同的Q值，将岩体质量评为九等，详见表1-4-5。岩体质量特别好极好良好好中等不良坏极坏特别坏Q400～1000100～40040～10010～404～101～40.1～10.01～0.10.001～0.01表1-4-5岩体质量评估

国家技术监督局与建设部于1995年联合发布《工程岩体分级标准》，适用于各类型岩石工程，涵盖103个岩石工程案例。该分级标准以“岩体基本质量”代表岩体品质，并据此进行岩体优劣分级。●考虑岩石强度围岩基本质量指标BQ《工程岩体分级标准》岩石坚硬程度与完整程度两个基本因素，进行岩体基本质量定性特征分级描述，岩体基本质量指标－BQ值的计算，依此做为岩体初步分级基准。

BQ＝90＋3Rc+250KVRc－岩石单轴饱和抗压强度，MPa；KV－岩体完整性指数＝（岩体弹性纵波速度/岩石弹性横波速度）2对已获取的岩体基本质量指标值进行修正，获得岩体基本质量指标修正值－[BQ]值，并据此进行各类工程岩体之详细分级。[BQ]＝BQ－100×（K1+K2+K3）K1－地下水影响；K2－主要软弱结构面产状影响；K3－初始应力状态影响。岩体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]值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，岩体完整至较完整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

《工程岩体分级标准》将岩体分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等五级，并针对不同跨度地下工程，概述各级岩体稳定能力。六、我国现行铁路隧道围岩分级在1975年铁道部颁布了以围岩结构特征和完整状态为分类基础的新的铁路隧道围岩稳定性分级法，它总结了我国建国以来在修建铁路隧道中使用值分级法所积累的经验，并参考了国内外有关围岩分级成果。

我国公路隧道围岩分级的出发点:●强调岩体的地质特征的完整性和稳定性；●分级指标应采用定性和定量指标结合方式；●明确工程目的和内容，并提出相应的措施；●分级应简明，便于使用；●考虑吸收其它围岩分级优点，并尽量和我国其它工程分级一致。㈠围岩分级的基本因素及围岩基本分级1、围岩分级的基本因素围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素确定。岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指标两种方法确定。我国公路隧道围岩分级考虑因素

●岩石坚硬程度；●岩体完整程度；●考虑岩石强度围岩基本质量指标BQ；●地下水；●初始应立场。岩石类别单轴饱和抗压极限强度(MPa)代表性岩石硬质岩极硬岩＞60花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩；硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩等沉积岩；片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩硬岩30～60软质岩较软岩15～30凝灰岩等喷出岩；砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、炭质页岩、泥灰岩、泥岩、煤等沉积岩；云母片石或千枚岩等变质岩软岩5～15极软岩＜15岩石坚硬程度划分为极硬岩、硬岩、较软岩、软岩和极软岩等5类（表1-4-6）表1-4-6岩石坚硬程度的划分岩体完整程度划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎等5类(表4-7)。完整程度结构面特征结构类型岩体完整性指数完整结构面1～2组，以构造型节理或层面为主，密闭型巨块状整体结构＞0.75较完整结构面2～3组，以构造型节理、层面为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物块状结构0.75≥＞0.55较破碎结构面一般为3组，以节理及风化裂隙为主，在断层附近受构造影响较大，裂隙以微张型和张开型为主，多有充填物层状结构、块石碎石结构0.55≥＞0.35破碎结构面大于3组，多以风化型裂隙为主，在断层附近受构造作用影响大，裂隙以张开型为主，多有充填物碎石角砾状结构0.35≥＞0.15极破碎结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填，充填物厚度大散体状结构≤0.15表4-72、围岩基本分级围岩级别岩体特征土体特征围岩弹性纵波速度(km/s)Ⅰ极硬岩，岩体完整-＞4.5Ⅱ极硬岩，岩体较完整；硬岩，岩体完整-3.5～4.5Ⅲ极硬岩，岩体较破碎；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整-2.5～4.0Ⅳ极硬岩，岩体破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整或较破碎；软岩，岩体完整或较完整具压密或成岩作用的粘性土、粉土及砂类土，一般钙质、铁质胶结的碎(卵)石土、大块石土，黄土(Q1、Q2)1.5～3.0Ⅴ软岩，岩体破碎至极破碎；全部极软岩及全部极破碎岩(包括受构造影响严重的破碎带)一般第四系坚硬、硬塑粘性土，稍密及以上、稍湿、潮湿的碎(卵)石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄土(Q3、Q4)1.0～2.0Ⅵ受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带软塑状粘性土、饱和的粉土、砂类土等＜1.0(饱和状态的土＜1.5)

根据岩石坚硬程度和岩体完整程度，我国公路隧道将围岩分为6级(见下表)。㈡围岩分级的影响因素及分级的修正1、地下水在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的，在同级围岩中，遇水后则适当降低围岩级别。降低的幅度主要视：①围岩的岩性及结构面的状态；②地下水的性质、大小、流通条件及对围岩浸润状况和危害程度而定。本围岩分级中关于地下水影响的修正参照表1-4-9和表1-4-10。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表1-4-9地下水状态的分级围岩级别地下水状态级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅠⅠⅡⅢⅣⅤ-ⅡⅠⅡⅣⅤⅥ-ⅢⅡⅢⅣⅤⅥ-表1-4-10地下水影响的修正2、初始应力场围岩的初始应力状态对岩体的构造一力学特征是有一定影响的。因此，围岩分级中考虑了初始应力状态的影响，将初始应力场采取修正系数的方法，对围岩级别予以降级(表1-4-11和表1-4-12)。初始地应力状态主要现象评估基准()极高应力硬质岩：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＜4软质岩：岩心常有饼化现象，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，新生裂缝较多，成洞性较差4～7软质岩：岩心时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间长，成洞性差围岩级别初始地应力状态ⅠⅡⅢⅣⅤ极高应力ⅠⅡⅢ或ⅣⅤⅥ高应力ⅠⅡⅢⅣ或ⅤⅥ表1-4-11初始地应力状态评估表1-4-12初始地应力影响的修正1、围岩压力的概念

●围岩压力：是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。§1-5隧道围岩压力的确定●围岩压力按作用力发生形态分为：⑴松散压力：是指由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构的压力。

⑵形变压力：是指由于围岩变形受到与之密贴的支护的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。

⑶膨胀压力：是指由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力。

⑷冲击压力：是指围岩中积累了大量的弹性变性能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，

⑴松散压力：常通过下列三种情况发生：①在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩石；②在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧片帮冒落；③在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿弱面发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。

⑵形变压力：是指由于围岩变形受到与之密贴的支护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。形变压力除与围岩应力状态有关外，还与支护时间和支护刚度有关。

⑶膨胀压力：是指由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力。它与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起的。

⑷冲击压力：是指围岩中积累了大量的弹性变性能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量突然释放所产生的压力。冲击压力是岩体能量的积累与释放问题，所以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩体，在高地应力作用下，易于积累大量的弹性变形能，一旦遇到适宜条件，就会突然猛烈的大量释放。2、围岩松散压力的产生

开挖隧道所引起的围岩松动和破坏的范围有大有小，对于一般裂隙岩体中的深埋隧道，其波及范围仅局限在隧道周围一定深度，作用在支护结构上的围岩松散压力远远