隧道围岩分级.pptx

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1、 隧道围岩 指隧道周围一定范围内，对隧道稳定性能产生影响的岩（土）体。说明：说明：隧道开挖后对其隧道开挖后对其稳定性稳定性产生影响的那产生影响的那部分岩部分岩(土土)体。体。围岩既指岩体也指土体。围岩既指岩体也指土体。隧道围岩分级 是正确进行隧道设计计算及施工组织的基础。第1页/共43页围岩的工程性质围岩的工程性质 物理物理 工程性质工程性质 水理水理 力学力学 岩石与岩体的区别：岩石与岩体的区别：岩石：均质、连续、各向同性岩石：均质、连续、各向同性 岩体：非均质、不连续、各向异性岩体：非均质、不连续、各向异性第2页/共43页 岩石与岩体有很大差别。概括来说，天然岩体与实岩石与岩体有很大差别。

2、概括来说，天然岩体与实验室内制作的岩石试件（岩石）有显著不同：验室内制作的岩石试件（岩石）有显著不同：（1 1）岩体赋存于一定地质环境之中，地应力，地温，）岩体赋存于一定地质环境之中，地应力，地温，地下水等因素对其物理力学性质有很大影响，而岩石试地下水等因素对其物理力学性质有很大影响，而岩石试件只是为实验室实验而加工的岩块，已完全脱离了原有件只是为实验室实验而加工的岩块，已完全脱离了原有的地质环境。的地质环境。（2 2）岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，）岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其中存在着各种地质构造和弱面，如不整合，褶皱，断其中存在着各种地质构造和弱面，如不整合，褶

3、皱，断层，节理，裂隙等等。层，节理，裂隙等等。（3 3）一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然）一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边界，只能根据解决问题的需要来圈定范围。边界，只能根据解决问题的需要来圈定范围。根据上述特征，将岩体定义为地质体的一部分，并根据上述特征，将岩体定义为地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组成的。体和结构面共同组成的。第3页/共43页 围岩的稳定性围岩的稳定性研究围岩稳定

4、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。第4页/共43页围岩级别的工程作用：围岩级别的工程作用：判断围岩稳定性。判断围岩稳定性。判断施工难易程度，投资依据。判断施工难易程度，投资依据。结构分析计算的依据结构分析计算的依据 第5页/共43页地质因素客观因素地质因素客观因素 人为因素主观因素、工程因素人为因素主观因素、工程因素 影响围岩稳定性的因素影响围岩稳定性的因素第6页/共43页1 1、地质因素、地质因素 从从5 5个方面来分析：个方面来分析：岩体结构特征岩体结构特征 结构面性质和空间的组合结构面性质和

5、空间的组合 岩石的力学性质岩石的力学性质 地下水的影响地下水的影响 围岩的初始应力状态围岩的初始应力状态第7页/共43页岩体结构特征岩体结构特征 指岩体的破碎程度或完整状态。指岩体的破碎程度或完整状态。破碎程度：破碎程度：裂隙率、裂隙间距。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。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：完整状态：整块状、大块状等。整块状、大块状等。按这按这2 2个指标有下图：个指标有下图：第8页/共43页 结构面性质和空间组合结构面性质和空间组合 性质性质 1)1)结构面的成因；结构面的成因；2)2)结构面的光滑程度；结构面的光滑

6、程度；3)3)结构面的物质组成；结构面的物质组成；4)4)结构面的规模；结构面的规模；5)5)结构面的密集度。结构面的密集度。空间组合空间组合 指结构面的相互位置状态。指结构面的相互位置状态。问题：问题：软弱结构面有怎样的害处？软弱结构面有怎样的害处？什么是不利空间组合？什么是不利空间组合？第9页/共43页围围岩岩节节理理（裂裂隙隙）发发育育程程度度划划分分 等级等级地质构造作用特征地质构造作用特征节理不发节理不发育育节理（裂隙）1-2组，规则，为原生型或构造型，多数的间距在1.0m以上，为密闭型。岩体被切割成块状节理较发节理较发育育节理（裂隙）2-3组，呈x型，较规则，以构造型为主，多数的间

7、距大于0.4m，多为密闭。部分微张开，少有填充物。岩体被切割成大块状节理发育节理发育 节理（裂隙）3组以上，不规则，呈x型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分微张开，部分张开，大部分为粘性土填充。岩体被切割成块、碎石状节理很发节理很发育育 节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.2m，微张开或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状第10页/共43页张家界图节理较发育节理较发育第11页/共43页 岩石的力学性质岩石的力学性质 主要指岩石的单轴饱和极限抗压强度主要指岩石的单轴饱和极限抗压强度R Rb b。岩石强度越高，隧道越稳定。岩石强度越高，隧

8、道越稳定。第12页/共43页(4)(4)围岩的初应力状态围岩的初应力状态 初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。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。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。在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。第13页/共43页 地下水的影响地下水的影响 软化围岩；软化围岩；减少层间摩阻力促使岩块滑动；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。具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。第14页/共43页2 2、人为因素、人为因素 隧道形状和尺寸隧道形状和尺寸 支护结构类型支护

9、结构类型 施工方法施工方法 第15页/共43页 超超挖挖第16页/共43页0.2 组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性残积土0.20.4 结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进全风化 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 550坚硬岩，岩体完整，整体状或巨厚层状结构围岩基本质量指标BQ或修正的围岩基本质量指标BQ围岩或土体主要定性特征围岩级别表4-7 公路隧道围岩分级注：本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。第28页/共43页1.1.岩石的坚硬程度岩石的坚硬程度 岩石坚硬程度定量指标用岩石单

10、轴饱和抗压强度Rc表达。Rc一般采用实测值，若无实测值时，可采用实测的岩石点荷载强度指数IS(50)来换算。岩石坚硬程度的划分见表4-8。1）弱风化的坚硬岩；2）未风化微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂页岩等锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎；浸水后有轻微吸水反应6030较坚硬岩 未风化微风化的花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后大多无吸水反应60坚硬岩硬质石代表性岩石定性鉴定Rc/MPa名 称表4-8 岩石坚硬程度划分表第29页/共

11、43页1)全风化的各种岩石；2)各种半成岩锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后可捏成团350.15极破碎碎裂状结构一般或差320350.350.15破碎中、薄层状结构一般镶嵌碎裂结构好0.40.23裂隙块状或中厚层结构节理、裂隙、层面、小断层差1.00.42310200.550.35较破碎块状结构好或一般1.00.423块状或巨厚层状结构节理、裂隙、层面差1.0123100.750.55较完整整体状或巨厚层结构节理、裂隙、层面好或一般1.0120.75完整平均间距/m组数相应结构类型主要结构面类型主要结构面的结合程度结构面发育程度Jv/(条/m3)Kv名称表4-9 岩体完整程度划分表

12、注：平均间距指主要结构面（1-2组）间距的平均值；结构类型划分见表4-2。第34页/共43页3.3.围岩基本质量指标围岩基本质量指标 围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标Rc值和Kv值按下式计算：BQ=90+3Rc+250Kv(4-22)当 Rc90Kv+30时，以 Rc=90Kv+30和 Kv代 入 式(4-22)计 算 BQ值；当Kv0.04Rc+0.4时，以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入式(4-22)计算BQ值。当隧道围岩处于高地应力区或围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用或有地下水作用时，应对岩体基本质量指标BQ进行修正，修正值BQ按下式计算：第35页/共43页

13、 BQ=BQ 100（K1+K2+K3）(4-23)式中K1地下水影响修正系数；K2主要软弱结构面产状影响修正系数；K3初始应力状态影响修正系数。K1、K2、K3值可分别按表4-10 4-12确定，无表中所列情况时，修正系数取0。表4-10 地下水影响修正系数K1 1.00.70.90.40.60.2淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa或单位出水量10L/(minm)0.70.90.40.60.20.30.1淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa或单位出水量450BQ地下水出水状态第36页/共43页0.20.400.20.40.6K2其它组合结构面走向与洞轴线夹角60，结构面倾角 75结构面走向

14、与洞轴线夹角30，结构面倾角30 75结构面产状及其与洞轴线的组合关系0.51.00.51.00.50.50.5高应力区1.01.51.01.51.01.51.01.0极高应力区550初始应力状态表4-11 主要软弱结构面产状影响修正系数K2 表4-12 初始应力状态影响修正系数K3 注：初始应力状态根据表4-13判断。BQ第37页/共43页471)硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性差；2)软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间较长，成洞性差高应力41)硬质岩：开挖过程中有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成

15、洞性差；2)软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞极高应力Rc/max主要现象应力情况表4-13 高初始应力地区围岩在开挖过程中出现的主要现象第38页/共43页无自稳能力无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日跨度5m，一般无自稳能力，数日数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中大塌方。埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度小于5m，可稳定数日 1个月跨度1020m，可稳定数日 1个月，可发生小中塌方；跨度510m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小中塌方；跨度5m，可基本稳定跨度1020m，

16、可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度10m，可长期稳定，偶有掉块跨度20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方自 稳 能 力围岩级别表4-16 隧道各级围岩自稳能力判断注：1.小塌方：塌方高度3m,或塌方体积6m,或塌方体积100m3。第39页/共43页例题一、某工程中的岩体定量指标如下：1、单轴饱和抗压强度Rc=62MPa；2、岩石的弹性波速度为4200m/s；3、岩体的弹性波速度为2400m/s；4、岩体所处地应力场中与工程主轴线垂直的最大主应力为9.5MPa；5、岩体中主要结构面倾角20度，岩体处于潮湿状态。该岩体的级别为（）第40页/共43页例题二、某工程中的岩体定量指标如下：1、单轴饱和抗压强度Rc=68MPa；2、岩石的弹性波速度为5.6km/s；3、岩体的弹性波速度为4.2km/s；4、岩体所处地应力场中与工程主轴线垂直的最大主应力为10MPa；5、岩体中主要结构面倾角60度，岩体处于干燥状态。该岩体的级别为（）第41页/共43页例题三、某隧道初步勘察工作资料如下：1、点荷载强度指数为2.9MPa；2、岩体体积节理数3条；3、隧道埋深80m，岩体重度为22KN/m3，处于自重应力场中；4、结构面产状影响系数为0.4，岩体处于潮湿状态。该隧道围岩的级别为（）第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页