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、人为因素⑴隧道形状和尺寸⑵支护结构类型⑶施工方法第4章隧道围岩分级与围岩压力 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）工程造价依据第4章隧道围岩分级与围岩压力 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第4章隧道围岩分级与围岩压力 其它分级法：第4章隧道围岩分级与围岩压力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。第4章隧道围岩分级与围岩压力 （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、抗爆性、强度等。但核心还是岩石强度。第4章隧道围岩分级与围岩压力 (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。第4章隧道围岩分级与围岩压力 （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。第4章隧道围岩分级与围岩压力波速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:第4章隧道围岩分级与围岩压力R>0.90.7530硬岩5