地下工程分类围岩压力.ppt

第四章地下工程,第四章地下工程第1节概述第2节围岩应力分布第3节围岩变形破坏第4节围岩分类第5节围岩压力第6节围岩稳定性评价第7节地下工程地质超前预报,第4节围岩分类,根据岩体工程地质特征，考虑支护及施工方法，将分类归为(国内外公开发表的围岩分级（类）方法近百种)：,一、洞室围岩质量分级,稳定性分析的基础，,意义-,洞室设计和施工的依据,二、洞室围岩分类,三、岩体地质力学分类（RMR分类）,四、巴顿岩体质量（）分类,国标工程岩体分级标准(GB50218-94,1995)提出按岩体基本质量指标BQ进行分级。两个定义：岩体工程：以岩体为工程建筑物地基及环境，并对岩体进行开挖或加固的工程，包括地下工程和地面工程。工程岩体：岩体工程影响范围内的岩体，包括地下工程围岩、工业与民用建筑地基、大坝基岩、边坡岩体等。,一、洞室围岩质量分级：,分级方法岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。应采用定性划分和定量指标两种方法确定。岩石坚硬程度定性划分：锤击、浸水、岩石风化特征观察。岩体完整程度定性划分：结构面发育程度（组数、平均间距）、主要结构面的结合程度、主要结构面类型和岩体结构类型。岩石坚硬程度的定量指标：岩石单轴饱和抗压强度。岩体完整程度定量指标：岩体完整性指数、岩体体积节理数,岩体基本质量级别的确定岩体基本质量分级，应根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标（BQ）两者相结合确定。,BQ的表达式为：,c-岩石饱和单轴抗压强度；Kv-岩体完整性系数。,应用时，当时，以和Kv代入上式计算BQ值；当时，以和c代入计算BQ值。,一、洞室围岩质量分级：,式中：Vpm-岩体纵波速度；vpr-岩块纵波速度。,无波速资料，可用岩体体积节理数（单位岩体体积内结构面条数）Jv查表求Kv值。,Kv用声波试验资料按下式确定：,一、洞室围岩质量分级：,用岩体体积节理数Jv查表求Kv值。,岩体的基本质量指标主要考虑了,围岩质量分级表,组成岩体的岩石坚硬程度,依据BQ值和岩体质量定性特征将岩体划分为5级。,岩体完整性,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-天然应力影响修正系数。,岩体基本质量指标修正值BQ,工程岩体级别的确定-在岩体基本质量分级基础上，结合工程特点，考虑地下水状态、初始地应力状态、工程轴线与主要软弱结构面产状的关系等必要的修正因素确定。,岩体质量指标关于,天然应力软弱结构面地下水,的修正,地下工程岩体自稳能力,根据修正值BQ的岩体分级可评价围岩自稳能力。,第4节围岩分类,岩体结构、,二、洞室围岩分类,国标锚杆喷射混凝土支护技术规范中提出的围岩分类方案。,系统地考虑了：,将岩体分为5类，并给出毛洞自稳性的工程地质评价。（P.264266),岩体声学性质指标,岩石强度、,结构面发育情况、,第4节地下建筑围岩分类,三、岩体地质力学分类（南非-RMR分类）,此分类系统由,根据各项指标的数值进行评分，求总分（表A）,得岩体类别及相应的强度指标（表C）,对总分作修正（表B）,5项指标组成。,地下水条件,节理条件,节理间距,RQD值,岩块强度,岩体地质力学分类表,分类参数及其评分值,岩体地质力学分类表,分类参数及其评分值（续）,岩体地质力学分类表,B.按节理方向修正评分值,节理走向和倾向对隧道开挖的影响,岩体地质力学分类表,C按总评分值确定的岩体级别及岩体质量评价,第4节围岩分类,分类指标为：,式中：RQD岩芯质量指标；节理组数；节理粗糙系数；节理蚀变系数；节理水折减系数；SRF应力折减系数。,四、巴顿岩体质量分类（挪威-系统）,第4节围岩分类,个参数组合反映了岩体质量的三个方面，即：,表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响。,岩体完整性；,结构面形态、充填特征及次生变化等情况；,四、巴顿岩体质量分类,第四章地下工程第1节概述第2节围岩应力分布第3节围岩变形破坏第4节围岩分类第5节围岩压力第6节围岩稳定性评价第7节地下工程地质超前预报,第5节围岩压力,围岩在重分布应力作用下产生变形（位移），进而引起施加于支护衬砌上的压力，称围岩压力。,围岩压力是围岩与支衬间的相互作用力，是外力。,围岩应力是岩体中的内力。,若围岩强度高，不需支护可自稳，便不存在围岩压力。,围岩压力的大小是支护设计的重要依据。,一、概念,围岩塑性变形（塑性挤入、膨胀内鼓、弯折内鼓）所形成，随时间增长。,产生条件-,围岩应力超过岩体屈服极限；,深埋洞室围岩受压过大；,粘土质岩、含蒙脱石较多的膨胀岩遇水产生膨胀变形。,1、形变围压-,围岩压力分类-,形变围压,松动围压,冲击围压,2、松动围压-,3、冲击围压-,岩爆形成，受控于天然应力值、围岩力学性质，且受洞室埋深、施工方法、洞形的影响。,围岩塌落掉块，块体自重施于支护上的压力。,大小取决于围岩性质、结构、地下水活动、支护时间等。,围岩压力估算：小塌方：塌高3m中等塌方：塌高36m大塌方：塌高6m,第5节围岩压力,1、弹塑性力学计算,开挖后形成塑性圈，此时塑性变形对支护产生形变围岩压力，,形变围压-在连续、均质、各向同性弹性岩体中开挖水平洞室，设,由前节可导出公式：,洞壁位移前后塑圈体积不变，因此：,二、围岩压力确定方法,公式表明，形变围压与洞壁位移成反比，因此只要适当增大塑圈半径，就可减少支护压力（围压）。,式中：R0-洞径；G-岩体剪切模量；c,-岩体强度值；R1-塑圈半径；uamax-实际可接受的洞壁围岩最大位移值;,推论：围岩处于塑性变形阶段也具有自承能力（有限的）。,代入并整理，得：,当塑性松动圈发展到一定范围而未及时支护，松动圈内岩石可能掉块，形成松动围压。其值比形变围压值增高。,当松动圈塌落时形成的最大松动围岩压力pimax可按下式计算：,-岩体密度；c-内聚力；k1,k2松动压力系数；,松动围压,设定：上覆岩体厚H5b1（b1平衡拱半跨）时，在上覆岩体中由于塌落而形成自然平衡拱。则，作用于支护上的围压等于平衡拱与衬砌间的岩块自重，与拱外岩体无关。,岩体坚固性系数fk-取决于岩体的c,值及岩石抗压强度c。,拱高为：,2、普氏理论（自然平衡拱),普氏理论计算示意图,普氏理论对松散岩体有一定的应用价值，而对于坚硬岩体则不适用或只能近似使用。,作用于侧壁的围岩压力为：,按土压力理论，A,B处侧压力为：,侧壁不稳时，作用于洞顶上的围岩压力为：,水电部推荐公式：,铁道部推荐公式：,Sx、Sy-水平、铅直围岩压力系数，查规范。,s-围岩类别；-跨度影响系数,=1+i(B-5)；B-洞跨；i-围压增减率，当b5时，取i=0.1，,3、经验类比法-,坚硬岩体往往被各种结构面切割成块体。开挖后，临空的块体会向洞内滑移。此时围压按块体极限平衡理论求。,计算时，只考虑分离体重力（体积力），未考虑结构面抗力（内聚力）。,围压计算：(不稳定分离体位于洞顶),V-不稳定分离体的体积；F-分离体与支衬结构的接触面积。,步骤：,结构分析，找出潜在不稳定分离体；,确定其形态、位置、滑移面抗剪强度参数；,稳定性校核。,4、块体极限平衡理论-,计算时，不考虑滑移面的内聚力，i为结构