隧道工程之第四章隧道的围岩分类围岩压力

隧道工程之第四章隧道的围岩分类围岩压力 第四章隧道的围岩分类围岩压力 1围岩的工程性质 ??理性质:容重、节理的产状等 ??理性质:岩体的溶水性、透水性、持水性等 ??学性质:抗压、抗拉、抗剪强度:变形跟强度 岩体的变形特征 ??拉、受压、剪切、流变 受压变形 ??石:线性、弹性 ??弱结构面:非线性、塑性 ??体:弹塑性体 剪切变形 ??要受结构面控制 ??结构面滑动:结构面的变形特性即为岩体的变形特性 ??石断裂: 结构面不参与作用，岩石的变形特性起到主导作用 ??结构面影响下沿岩石剪断,岩体的变形介于上述二者之间 流变特性 ??变:指应力不变，而应变随时间增长。 ??弛:应变不变，而应力随时间而衰减。 ??题:围岩流变特性对隧道的影响, 岩体强度 抗压强度 ??石:受微裂隙所制约，强度大 ??体:受结构面控制，强度小，并有各向异性 抗剪强度 ??体的抗剪强度受到结构面的制约 结论 ??体的强度要比岩石的强度低得多，一般情况下，岩体的抗压强度只有岩石的70-80%，结构面发育的岩体，只有5-10% 2??岩稳定性:隧道开挖后，围岩自身在不支护条件下的稳定程度 影响围岩稳定性的因素 ??质因素,客观因素 ??为因素,主观因素、工程因素 1、地质因素 从5个方面来分析: ??体结构特征;结构面性质和空间的组合;岩石的力学性质;地下水的影响;围岩的初始应力状态 (1)岩体结构特征 指岩体的破碎程度或完整状态(涉及到节理发育程度、裂缝率等)，具体而言，指构成岩体的岩块大小，以及这些岩块的组合排列情况(围岩完整性包括这两方面) ??整状态:整块状、大块状等 ??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 1 裂隙间距——表示岩块的大小;指沿裂隙法线方向上裂隙间的距离 (2)结构面性质和空间组合 ??质 1结构面的成因 4结构面的规模 2结构面的光滑程度 5结构面的密集度 3结构面的物质组成 空间组合 指结构面的相互位置状态 ??块状或者层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是软弱结构面的性质和他们在空间的组合状态。 (3)岩石的力学性质:主要指岩石的单轴饱和极限抗压强度。 (4)围岩的初始应力场 ??始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。 ??路隧道已初步将初始应力考虑进围岩分级之中。 ??高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。 (5)地下水的影响 ??化围岩; ??少层间摩阻力促使岩块滑动; ??膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。 2. 人为因素 ??道形状和尺寸 ??护结构类型 ??工方法 3围岩分级 围岩分级方法 3个基本因素: ??性:抗压强度、弹性模量、弹性波速等。 ??质构造:岩体完整性或结构状态。 ??下水:地下水发育时，围岩级别应降低。 1个附加因素: ??始地应力:适当考虑。 目前国内外围岩的分级方法，考虑上述三大基本要素，按其性质主要 分为: 1以岩石强度或物理指标为代表的分级方法 4组合多种因素的分级方 法 2以岩体构造特征为代表的分级方法 5以工程对象为代表的分级法 3以地质勘探手段相联系的分级方法 (1)以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 ??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。 ??岩石物性指标为基础的分级法 ??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、抗爆性、强度等。但核心还是岩石强度。 (2) 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。 2 ??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。 (3)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。 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。 ??芯复原率= 10cm以上的岩心累计长度/钻孔总长度×100% (4)组合多种因素的分级方法 ??表: 岩体质量分级法 巴顿等人提出的“岩体质量—Q”分级法。 ??合了6个参数:岩石质量指标、节理组数目、节理粗糙度、节理蚀变值、节理含水折减系数、应力折减系数。 ? 以工程对象为代表的分级法 ??门适用于喷锚支护的原国家建委颁布的围岩分级法(1979年) ??联在巴库修建地下铁道时所采用的围岩分级法(1966年)等 发展趋 势 ??级应主要以岩体为对象。 ??级宜与地质勘探手段有机的联系起来,有一个方便而又可靠的判断手段。随着地质勘探技术的发展，这将使分类指标更趋定量化。 ??级要有明确的工程对象和工程目的。 ??级宜逐渐定量化。 公路隧道围岩分级的出发点 ??调岩体的地质特征的完整性和稳定性; ??级指标应采用定性和定量指标结合方式; ??确工程目的和内容，并提出相应的措施; ??级应简明，便于使用; ??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。 我国公路隧道围岩分级 ?初步分级,相当于铁路的基本分级 依据:围岩主要定性特征 该特征由两个基本因素组成: ?岩石坚硬程度Rc(即强度) ?岩体完整性Kv(即弹性波速) 岩石单轴饱和抗压强度Rc:一般采用实测值 岩体完整性系数Kv :一般采用弹性波探测值 围岩基本质量指标BQ = 90 + 3R + 250K ?详细分级,相当于铁路的修正分级 修正BQ值:当有以下3方面影响时，应予修正: ?地下水K1 ?软弱结构面(比铁路多此条)K2 ?高初始地应力K3 [BQ]=修正BQ值=BQ-100(K1+K2+K3) 4围岩压力 岩体初始应力状态:隧道开挖前未扰动的岩体应力状态 3 ??括两部分:自重应力 构造应力:构造残余应力;新构造应力 ??般初始应力仅考虑自重应力 围岩压力分类 松动压力:支护不能及时限制围岩变形，导致围岩松动、坍塌对支护形成的压力。 形变压力:洞室开挖后，支护在限制围岩变形的过程中与围岩发生的接触压力。 ??题: 1.这两种压力性质上有何不同, 2.压力的性质与围岩稳定性有何关系, 膨胀应力:膨胀岩吸水膨胀而形成的对支护的压力。 冲击压力:岩爆产生抛射的岩块对支护形成的冲击力。明洞，落石;暗洞，坍方、岩爆。 ??题:膨胀应力与形变应力的区别, 影响围岩压力的因素 地质因素 工程因素 1岩体初始应力状态 1施工方法 2岩石力学性质 2支护设置时间 3岩体结构面 3支护本身刚度 4地下水等 4隧道断面形状等 围岩松动压力的形成——成拱作用 ??形阶段:坑道开挖后，在围岩重分布过程中，顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹 松动阶段:顶板中间部分的裂纹发展并张开，逐渐松动，石块开始掉落，支护所受的垂直压力急剧增加 坍落阶段:顶板继续坍落，石块与围岩母体分离，逐渐形成拱形 成拱阶段:顶板停止坍落，垂直压力与侧向压力都趋于稳定，形成自然拱 自然拱的概念:围岩的变形不能得到有效的控制，当变形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方形成拱形。 ??护结构仅承受自然拱范围内坍落岩石的重量，这就是作用在支护结构上的围岩松动压力。 影响自然拱的因素 ??道埋深,成拱的必要条件 ??道断面形状和大小,拱的范围 ??工因素,对围岩的扰动程度 围岩松动压力的确定方法 ??接量测法:符合实际，但有局限性，研究发展的方向。 ??论估算法:只能符合大致的规律，有待改进 ??计法(经验法、工程类比法):比较符合实际，但缺乏理论依据。是 目前使用较多的方法。 围岩应力的现场量测 ??接量测 ??接量测 4