隧道围岩分级与围岩压力

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1、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。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Surroundingrockclassificationandpressure4.1隧道围岩的概念与工程性质4.1.1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。4.1.2围岩的工程性质物理工程性质水理力学岩石与岩体的区别

2、：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。图4-1典型岩体全应力应变曲线岩体：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3)流变特性●蠕变：指应力

3、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％。4.2围岩的稳定性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⑴地质因素～客观因素⑵人为因素～主观因素、工程因素4.2.2影响围岩稳定性的因素1、地质因素从

4、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：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？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

5、强度Rb。岩石强度越高，隧道越稳定。(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。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。2、人为因素⑴隧道形状和尺寸⑵支护结构类型⑶施工方法超挖4.3围岩分级4.3.1概述围岩分级：根据岩体的若干指标，按照稳定性将围岩分成不同的级别。工程目的：（1）结构设计依据（2）施工方法依据（3）工程造价依据围岩分级的发展过程：土石分类法单一因素分类法综合物性分类法其它分

6、级法：组合多因素分类法与地质勘探手段相联系的分类法总结：早期～仅岩石强度；现在～综合多种因素，如岩体构造、岩石强度、RQD指标等。4.3.2围岩分级方法3个基本因素：①岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。②地质构造：岩体完整性或结构状态。③地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。1个附加因素：④初始地应力：适当考虑。（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法1.以岩石强度为基础的分级法代表：土石分类法～坚石、次坚石、松石、土。2.以岩石物性指标为基础的分级法代表：岩石坚固性系数(f值)分级法～普氏法f值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性

7、、抗爆性、强度等。但核心还是岩石强度。(二)以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法代表：●泰沙基法～考虑围岩的完整状态和岩性，共9级。●我国交通隧道围岩分级法～借鉴了泰沙基法，考虑岩体综合物性，共6级。（三）与地质勘探手段相联系的分级方法代表：●弹性波速分级法～波速是反映岩性与岩体结构的一项综合指标，波速越高，围岩越好。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●岩石质量指标～RQD指标也是反映岩性与岩体结构的一项综合指标。RQD指标的具体含义为岩芯复原率:R>0.90.75

8、