隧道围岩分级及围岩压力

1、第一章隧道围岩分级和围岩压力surroundingrockclassificationandpressure，第一节围岩分级第二节围岩压力和拱作用第三节围岩压力的计算，第一、概述第一围岩的概念：隧道挖掘后，在其周围形成应力分布范围内的岩体(流沙和花岗岩围岩的稳定性：隧道开挖后不加支护时围岩自身的稳定性充分稳定、基本稳定、暂时稳定、不稳定。 第一节围岩分级、下一张、流砂、管涌现象、回流、花岗岩、回流、长期工程实践表明，各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律，稳定性相似2围岩等级目的：为隧道设计和施工提供依据。 (1)可以相应地选择适当的施工方法；(2)确定支撑结构上的载荷(松散的载荷)

2、(3)确定衬砌结构的类型及其尺寸，分析下一张、隧道围岩的变化情况，返回到街道隧道施工现场，下一张、砂性土围岩、下一张、开口部围岩分级方法的介绍现行的围岩分级法，与岩性有关的要素：如岩的强度和变形性(抗压强度、弹性模量、弹性波速等)可以将岩分为硬岩、软岩、膨胀岩等。 2与地质构造有关的因素：岩体的完整性或构造状态。 例如软弱结构面的分布和性状、风化程度、节理发育程度、块度的大小等，其等级指标在围岩等级中占有重要地位。 3地下水相关因素：水是稳定隧道的重要原因，地下水对围岩稳定性的影响有： (1)地下水软化围岩，降低围岩体的强度；(2)地下水软化围岩体中的构造面，降低围岩体的剪切强度，使围岩体容易

3、滑动；(3)地下水形成压力水体，周围的岩石总而言之，地下水不利于围岩的稳定性。 三、目前国内外隧道围岩分级方法： (一)以岩石强度和物理性质为指标的分级法： 1以岩石强度为指标的分级法(我国解放初期的分级法，成渝线建设时使用过):岩石越硬坑道越稳定，围岩越好。 该分级法一般有围岩4种：坚岩、次坚岩、松石和土四级。 地坑院，下一张，地坑院，下一张，地坑院出入口，下一张，地坑院出入口，下一张，地坑院室内，返回2岩石物理性质为指标的分级法：前苏联的普氏分级法(也称为值分级法)，值是综合的物性指标，表示岩石的相对坚固性。 例如岩石的耐钻性、耐爆性、强度。 -岩石饱和单轴极限抗压强度。 我国还考虑到围岩

4、的节理、裂隙、风化等地质条件的影响。 地质条件的减少系数使实质上由强度决定的“”的值适当地减少。 (2)以岩体构造、岩性特征为指标的分级法： 1太沙基(K.terzaghi )分级法：将不同的岩性、构造条件的围岩分为9级，对应各级有相应的压力范围和支护措施。 这种分级法在美国和英国等地广泛应用。 2岩体综合物性指标分级法：该分级法是我国现有的铁路隧道围岩分级法。 这个分级法把围岩分为六个阶段。 (3)与地质勘探手段有关的分级方法： 1围岩弹性波的纵波速度分级：波速度越高，围岩越好。 该法是日本最初提出的，将围岩分为七级。 2以岩石质量为指标的等级法： RQD(rock quality desi

5、gnation )等级法。 用岩芯复原率表示岩石的质量指标，岩芯的完整性与岩体原始裂缝、硬度、均匀性等状态有关。所谓岩芯复原率，是指单位长度的钻头，10cm以上的岩芯所占的比例。 该围岩分级方法将围岩分为优、良、良、恶、恶五个阶段。 下一块，岩芯，回归，3 .各种因素组合而成的岩体质量-Q等级法： 1974年挪威地质学家伯顿将围岩分为九级。 -岩石质量指标-节理组数-节理粗糙度-节理食品值-节理含水减率-(stress rebate factor )应力的减少系数-岩块的大小-岩块间的剪切强度-作用应力、四，我国铁路隧道的围岩分级法， 我国目前铁路隧道设计规范(TB 100032005 )明确

6、规定采用基于围岩稳定性的分级法和基于弹性波速度的分级法。 该分级法主要考虑围岩的构造特征和完善状态、岩石强度和地下水等工程地质条件和弹性波的纵波速度因素，将围岩分为6级，根据其稳定性，与、有差异。 1、围岩的结构特征和完整状态围岩体通常在各种结构面上大小不同，形态不同，被切成种类不同的岩石单元体(即结构体)，围岩结构特征是结构面和结构体的特征。 结构特征表示围岩体的受力特征，完全状态表示围岩体受到各种地质力表现的形态。 把围岩的结构特征与完整状态结合，成为评价围岩稳定性的最直接和最重要的指标。 地质结构变动特征(分为轻微、重、严重、严重)、结构面密集度、节理(裂隙)发育度(不发育、发育、发达)

7、、风化度(全风化、强风、弱风化、微风化)岩层厚度为厚层(大于0.5m )、中层(0.10.5m )。 可分为差围岩的构造特征和完全状态好的大地质变动剧烈、规模、次数少的大构造面密集度小的大节理(裂隙)发育度小的大风化度小的小岩层的厚度为表1-1-2围岩构造类型及其特征，2 .围岩强度、构造特征和完全状态相同时，围岩的稳定一般来说，没有裂缝或较少的围岩具有整体结构，其强度可以用岩石试料的抗压强度和剪切强度来表示，对于多裂缝的围岩体，其强度可以用工程类比法来判断。 风化作用使岩石成分变化，降低强度时，必须用风化后的强度来决定岩石的等级。 岩石硬度程度的划分表1-1-2，3，3 .地下水遇到地下水时

8、，按照以下原则调整围岩等级： (1)级及级硬质岩石，不考虑降级。 (2)级围岩或级软质岩石根据地下水的种类、水量的大小和危害程度调整围岩级。 地下水影响围岩的稳定，发生局部崩溃或软土面软化的情况下，可以适当降低1个阶段。 (3)级、级围岩为碎石状松散结构，裂缝中有黏土填充物时，可根据地下水的种类、水量的大小、渗透条件、动水和静水压力等情况判断对围岩的危害程度，适当降低12级。 对于(4)级围岩，分级时考虑了一般含水地质状况的影响，但对于特殊的含水地层(如有饱和水或大压力水流的情况)需要另行处理。 我国铁路隧道围岩分级、五、围岩分级的发展趋势： 1分级时以岩体为对象。 岩块和岩块之间包含柔软构造

9、面的2等级与地质勘探手段有机地相关。 等级指标更量化的3等级需要明确的工程对象和工程目的。 一、围岩压力(一)围岩压力的定义：引起地下挖掘空间周围的岩体和支撑结构变形或破坏的力。 狭义理解：围岩压力是围岩对支护结构的作用力。(二)围岩压力的分类：根据力的发生形态，一般将一个松弛压力(loosening pressure )因挖掘而松弛或崩溃的岩体以重力形式直接作用于支护结构的压力称为松弛压力。 松弛压力根据作用于支护的力的位置分为纵压力、横压力、底压力。 第二节围岩压力和拱作用、返回、下一张、南京地铁支撑、下一张、南京地铁临时支撑、返回、2变形压力(弹性阻力)变形压力由于围岩变形受到与其紧密接

10、触的支护，如锚支护等的抑制，围岩和支护结构都因此，变形压力除了与周围岩石的应力状态有关外，还与支护时间和支护刚性有关。 3当“膨胀压力”(inflate pressure )岩体具有吸水膨胀崩溃的特征时，围岩吸水膨胀崩溃产生的压力称为膨胀压力。 和变形压力的基本差异是吸水膨胀引起的。 4“冲击压力”(通常是由锁定突发引起的。 冲击压力是在围岩中积蓄了大量的弹性变形能后，通过隧道的挖掘解除了围岩的约束，能量突然放出的压力。 下张、五道岭隧道内衬砌、返回、二、矿井挖掘前后围岩应力状态(一)矿井挖掘前围岩应力状态(初始应力状态)矿井挖掘前，地层处于相对静止状态。 地层中的任何土石都被上、下、左、右、

11、前、后土石挤压，保持了相对平衡，故称为原始应力状态。 它取决于上霸地层的自重、地壳运动的残馀应力和地下水活动等因素。 连续介质理论：假设岩体是均匀连续的介质，岩体为半无限体，地面水平。 为了便于研究，只考虑上霸地层自重引起的原始应力，对深度h上的一个单元进行了应力分析。 由于该单元体三对大小相等，方向受到相反的压力，所以该单元体处于力的平衡状态和变形运动的相对静止状态。 由于上霸地层的自重，垂直压力为：式中：地层容积重h床到单元体的深度。 单元体的侧方变形受周围地形的限制，产生侧方压力，其中由上位霸地层的自重和地层的物理力学性质决定：式中：侧方压力系数。 根据、岩体为半无限体、侧方应变()为零

12、的条件，将地层视为各向同性的弹性体，公式中：泊松比，根据地层的性质，可导出值在0.140.5之间变化。 (二)矿井挖掘后围岩应力状态(二次应力状态)围岩应力的再分布：坑道挖掘后，由于其周边岩体的逃逸作用，原来的平衡状态被破坏，围岩的应力状态发生变化，同时产生位移，促进应力的再调整，达到新的平衡。1-2-2a坑道挖掘前的围岩应力状态1-2-2b坑道挖掘后的围岩应力状态，三、围岩的拱形作用在坑道挖掘后，如果任意变形、松弛、崩塌，最后在坑道上方形成比较稳定的拱形洞穴。 被称为“天然拱门”和“平衡拱门”。 其上的岩体的一部分受到上霸地层的所有重力，就像装载环一样，把装载重力传递到两侧，就是所谓的围岩的

13、拱形作用。 四、影响围岩压力的因素1 .时间因素。 无论什么围岩，矿井挖掘后的暴露时间越短越好。 2 .矿井的尺寸和形状要素。 围岩压力随着矿井尺寸的增大而增大，在矿井有引起应力集中的形状，即有明显的角时，围岩压力相对较大。 3 .坑道的埋入因素。坑道的埋设深度在一定范围内时，围岩压力随着埋设深度的变大而变大时。当坑道的埋入深度超过该范围时，围岩压力的大小几乎不受埋入深度的变化的影响。 4 .支护因素。 有支撑的矿井围岩的压力比没有支撑的矿井小，支撑必须比比支撑晚的围岩的压力小。支撑和矿井周边的密合越好，围岩的压力越小，支撑的刚性越小，即在柔软的支撑的情况下，矿井的围岩压力相对小。 5 .爆破

14、因素，采用爆破法开采对周围岩石的稳定极为不利，特别是对地质条件差的周围岩石，爆破紊乱大，周围岩石的压力太大，岩体松弛或崩塌。 因此，隧道施工要严格控制爆破剂量，提倡采用光面爆破、预裂爆破等先进的爆破技术。 6 .挖掘回填因素。 衬砌背后的超挖掘部分在施工时回填不密，周围的岩石得不到良好的支撑，持续松动，严重时周围的岩石崩塌，引起衬砌的破损。 第三节深埋隧道围岩压力的计算方法，一、概要1 .围岩压力的确定方法(1)现场测定法。 (2)理论计算法。 (3)统计法。 目前，隧道和地下工程经常通过上述三种方法相互验证。 2 .影响隧道围岩压力的主要因素(1)围岩压力的大小与围岩等级成正比。 (2)围岩压力的大小与矿井的跨度成比例。 回来，二、国内、国外深埋隧道围岩压力的确定方法，一、普氏理论作用于支撑结构的垂直压力，作用于支撑结构的侧方压力为式中坑道高度的水平均布围岩压力() 围岩计算摩擦角。