新奥法隧道结构设计隧道工程(6)荷载计算.pptx

5隧道围岩分级与围岩压力5.1隧道围岩分级及其作用5.2围岩压力的确定5.3影响围岩稳定性的因素 ●围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的岩体；●围岩压力：是指隧道开挖后，围岩作用在隧道支护上的压力，是隧道支撑或衬砌结构的主要荷载之一。其性质、大小、方向以及发生和发展的规律，对正确地进行隧道设计与施工有很重要的影响。●地质环境：隧道工程所赋存的地质环境的内涵很广，包括地层特征、地下水状况、开挖隧道前就存在于地层中的原始地应力状态、地温梯度等。 5.1隧道围岩分级及其应用●目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础（工程类比法就是建立在围岩分级的基础上的）。●围岩分级的目的①作为选择施工方法的依据；②进行科学管理及正确评价经济效益；③确定结构上的荷载（松散荷载）；④给出衬砌结构的类型及其尺寸；⑤制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等； ●人们对围岩的认识是不断深入的：从在国外的情况看：土石方工程分类法(开挖难易程度)岩石的坚固性来分类:如坚固性系数fRQD从围岩稳定性出发分类来代替多年沿用的坚固性为基础的分类从分级指标方面：大多数从定性描述经验判断定量描述●以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩分类的总趋势。 1、隧道围岩分级的因素指标及其选择⑴单一的岩性指标●一般多采用岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基本的分级指标，具有试验简单，数据可靠的优点；●岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量、泊松比等物理力学参数；●岩石的抗钻性、抗爆性等工程指标。 ⑵单一的综合岩性指标●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 ●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，即：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％5m,取i＝0.1。 ●适用条件为：①H/B<1.7，式中H为隧道高度；②深埋隧道；③不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道；④采用钻爆法施工的隧道。●铁路新规范：q＝γh，h=0.41×1.79S这是全国1046座铁路隧道得出的经验公式，其中S—新规范围岩的分级。●围岩的水平匀布压力e的确定，按下表中经验公式计算围岩级别I、IIIIIIVVVI水平匀布压力0<0.15q(0.15～0.3)q(0.3～0.5)q(0.5～1.0)q 下面压力分布图形只概括一般情况，当地质、地形或其它原因可能产生特殊荷载时，围岩压力的大小和分布应根据实际情况分析确定。在分析支护结构时，一般以竖向和水平的匀布荷载图形为主，并用局部压力、偏压以及非匀布的荷载图形进行校核，较好的围岩着重于局部压力校核。围岩压力分布特征 ⑵浅埋隧道围岩松散压力的计算①深、浅埋隧道的判定原则●隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法不同，一般情况下应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。●深埋隧道围岩松散压力值是以施工坍方平均高度(等效荷载高度值)为根据，为了形成此高度值，隧道上覆岩体就有一定的厚度。根据经验，这个深度通常为2～2.5倍的坍方平均高度值，即：Hp＝（2～2.5）hq 式中：Hp－深浅埋隧道的分界深度；hq－荷载等效高度；q－深埋隧道竖向均布压力。在矿山法施工的条件下，I一III级围岩取Hp＝2hqIV～VI级围岩取Hp＝2.5hq当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋，H＜Hp时为浅埋 ②浅埋隧道围岩压力的确定方法浅埋隧道围岩压力分下述两种情况分别计算：●埋深(H)小于或等于等效荷载高度hq时，荷载视为均布竖向压力q=γH式中:q—匀布布竖向压力；γ—深度上覆围岩容重；H—隧道埋深，抬隧道顶至地面的距离。侧向压力e，按匀布考虑时，其值为：e=γ(H+1/2Hi)tg2(450–Φ/2) 式中:e—侧向匀布压力；γ—围岩容重，以kN/m3计；H—隧道埋深，以m计；Hi—隧道高度，以m计；Φ—围岩计算摩擦角，其值可查有关规范。●埋深大于hq、小于等于Hp时采用松散介质极限平衡理论进行分析，即：围岩松动压力=滑动岩体重量－滑面上的阻力 q浅＝Q浅/B=γH（1－H/B·λtgθ）e=γ(H＋h)λ/2式中：λ一侧压力系数，即：λ=(tanβ-tanΦ)/｛tanβ[1+tanβ(tanΦ-tanθ)+tanΦtanθ]｝tanβ=tanΦ+｛(tan2Φ+1)tanΦ/(tanΦ-tanθ)｝1/2 ⑶围岩应力的现场量测实测围岩压力的方法很多，可归纳为两类：直接量测和间接量测●直接量测：主要采用压力盒、压力传感器等，压力盒按工作原理分为机械作用式、电测式和液压式等，目前使用较多的是钢弦式压力盒。●间接量测：利用量测隧道衬砌的应变、变形来推算作用在其上的围岩压力的方法，即间接量测法。如电阻应变片、钢筋应变计、遥测应变计、混凝土应变砖等 5.3影响围岩稳定性的因素隧道围岩分级的是对隧道开挖后，围岩稳定程度的分级和评价。围岩分级的因素，也就是影响隧道围岩稳定性的因素。影响坑道围岩稳定性的因素一般认为有两类：一类是客观存在的地质因素；另一类是设计和施工因素，或称为人为因素。前者是基本的，后者是通过前者而起作用的。 1、地质因素的影响⑴岩土体结构状态●岩土体结构是长时间地质运动的产物，在地质因素的影响中起着主要作用。●围岩的结构状态通常用其破碎程度或完整状态来表示●岩体的完整状态或破碎程度有两个含义，一是构成岩体的岩块大小，二是这些岩块的组合形态。 ⑵岩石的工程性质●岩石的工程性质是多方面的，一般主要指岩石的强度或坚固性。●在岩体结构状态成为控制围岩稳定的主要因素时，强调岩石强度意义是不大的。●岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的。⑶围岩的初应力状态围岩的初应力状态对岩体的构造一力学特征是有一定影响的。因此，在围岩分级中，如何根据地质构造的特征引进初应力的影响，是需要进一步研究的问题。 ⑷地下水的作用和影响在不同的围岩中水的影响一般有下列几种情况：●使岩质软化，强度降低，对软岩尤为明显，对土体则可促使其液化或流动；●在有软弱结构面的围岩中，会冲走充填物或使夹层液化，减少层间摩阻力促使岩块滑动；●在某些围岩中，如石膏、岩盐和蒙脱石为主的粘土岩中，遇水后产生膨胀，在未胶结或弱胶结的砂岩中可产生流砂和潜蚀。 2、设计和施工因素，或称为人为因素人为的因素也是造成隧道丧失稳定的重要条件⑴隧道的形状和尺寸，尤其是跨度影响较为显著在同类围岩中，跨度愈大，隧道围岩的稳定性就愈差⑵支护结构的类型及支护时间●隧道自稳时间：是指从开挖后到顶部开始发生可以察觉到的移动、松弛时为止所经历的时间。●围岩的自稳时间对隧道围岩的稳定性产生重要影响。 ⑶施工方法在同类岩体中，采用普通爆破法施工和控制爆破法施工，采用矿山法施工和盾构法或掘进机施工，采用大断面开挖和小断面分部开挖，对隧道稳定性的影响都不相同。⑷隧道的埋深随着埋深的增加，初始应力场也随之增大，因此，在施工过程中也可能出现诸如岩爆或大变形现象。因此，在高应力场或极高应力场的条件下，围岩级别应适当降低。 隧道围岩稳定性与围岩分级是息息相关的。隧道稳定性的分类对选择和确立围岩的分级指标有直接意义。因此，所作的分析和说明也仅是与其有关的一些方面。有关隧道围岩稳定性的详细讨论请参考有关专著。 本章学习思考题1、隧道围岩分类的意义是什么？2、围岩单一性指标和综合性指标分别有哪些？3、围岩分类岩性指标选择的原则是什么？4、我国公路隧道围岩分类特点是什么？5、我国公路隧道围岩分类主要考虑哪些指标因素？6、施工围岩分类有何特点？其分类的评定指标有哪些？7、什么是围岩？什么是围岩压力？8、什么是初始应力场、构造应力场和重力应力场？9、隧道开挖后初始应力场将如何变化？ 10、确定围岩压力有哪些方法？11、深埋隧道围岩压力如何确定？12、《隧规》深埋围岩压力计算公式的适用条件是什么？13、深埋隧道和浅埋隧道的分界如何确定？14、围岩应力现场量测有哪些方法？15、影响隧道围岩稳定性的自然因素和人为因素有哪些？16、在隧道工程中，如何综合考虑人为因素使功能造价最优？ 谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH