岩体工程概念汇总.doc

A 工程岩体分级一 、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: 二 、 组合多种因素的分级方法，代表：巴顿Q分法；工程岩体质量分级（国标）BQ法； RMR法；Heok-Brown法等。 三 、岩体分级中影响因素 3个基本因素： 岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。地质构造：岩体完整性或结构状态。地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。1个附加因素：初始地应力：适当考虑。四、 巴顿Q分法：1巴顿等人提出的“岩体质量Q”分级法。共分9级表达如下： 岩体完整性； 结构面形态、填充物特征及次生变化程度； 水与其它应力存在时对岩体质量的影响；组合了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。五 、BQ法 1计算BQ 2 修正BQ 1分级思路，属于“以岩体构造和岩性特征为代表”的分级方法。主要考虑4种因素：岩石坚硬程度 围岩完整状态 地下水 初始地应力 。1和2属于基本分级，3和4属于修正基本分级。2基本分级 修正基本分级 最终分级。3基本分级：按定性、定量相协调的要求，最终确定岩石的坚硬程度与岩体完整性指数。 第一步 岩体基本质量指标（BQ）按下式计算 BQ=90+3Rcw+250Kv RC岩石单轴饱和抗压强度的兆帕数值 KV岩体完整性指数值，用弹性波测试。 当RC90KV+30，RC90KV+30 当KV0.04 RC+0.4,， KV=0.04 RC+0.44修正基本分级：结合工程情况，计算岩体基本质量指标修正值BQ，并按表的指标值确定本工程的工程岩体级别。第二步 BQBQ100(K1+K2+K3) K1,K2,K3值，可分别按表确定。无表中所列情况时，修正系数取零。 BQ出现负值时，应按特殊问题处理。六、RMR法 R1-岩石抗压强度；R2-RQD；R3-节理间距；R4-节理状态； R5-地下水状态；R6-修正系数，指节理的产状对工程的影响 七、比较国内BQ法考虑的因素较粗，与国外常用RMR法与Q分法精细度有较大差距；RMR法与Q分法相似之处在于使用相同的或相似的参数计算岩体质量指标。区别在于Q分法更注重岩体结构的影响，RMR法直接采用抗压强度而缺少应力参量。 B地下工程 一 围岩压力是指地层对洞室的作用力。围岩不仅是荷载，同时又是承载体；地层压力由围岩和支护结构共同承受。 围岩压力分类如下：1形变压力：围岩变形在有限范围内而形成的压力。2松动压力：围岩变形过大，发生松动而形成的压力。这是最重要的两种压力形态。 形变压力和松动压力的联系：当变形压力达到最小时在支护，最终让围岩本身及构筑的支护结构共同来支护抵抗松动压力4冲击压力：明洞，落石，暗洞，坍方、岩爆。二 、围岩松动压力的形成和确定方法形成：(a) 变形阶段；(b) 松动阶段；(c) 塌落阶段；(d) 成拱阶段。确定方法(a)直接量测法 (b)理论估算法 (c)统计法（经验法、工程类比法）3、 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。 影响自然拱的因素：1隧道埋深成拱的必要条件 2隧道断面形状和大小拱的范围 3施工因素对围岩的扰动程度四 、塌落拱的概念：塌落拱是坑硐顶部围岩失去平衡所形成的拱形塌落圈。拱圈内塌落岩体的质量等于作用于人工衬砌工程之上的山岩压力。塌落拱可分为自然拱和压力拱。松软岩石生成的压力拱为抛物线形五、 松动压力的求解方法深、浅埋隧道的判定原则 Hp（22.5）hq H为覆盖层厚度HHp时为深埋 HHp时为浅埋I一III级围岩取Hp2hq IVVI级围岩取Hp2.5hq A 深埋隧道围岩松动压力的确定方法 1、 统计法 我国隧规所推荐的方法 围岩容重； hq坍落拱高度；s 围岩级别；w 宽度影响系数，由 w=1+i（B-5）计算：B 坑道宽度，当 B5m时，取 i =0.2，当 B5m时，取i =0.1。统计法公式的适用条件：H/B1.7，H为坑道的高度；深埋隧道；不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩；采用矿山法施工。2 普氏理论 理论：散粒体理论 岩体被节理、裂隙所切割，视为散粒体。 普氏系数f (岩体坚固性系数):是一个以岩体强度为主的指标，兼顾抗钻性、抗爆性、地下水等性质。前述自然拱概念最早由普氏提出：hq=b/f坚硬岩体: b=bt 松散破碎岩体： 式中bt为隧道净跨度的一半，Ht为隧道净高度。适用条件：一般来说，普氏理论比较适用于松散、破碎的围岩中。 3 泰沙基理论 理论：散粒体理论。假定：破裂面为折线OAB 方法：研究微分条带dh的平衡。 步骤：1.V=0，建立微分方程 2.边界条件：解微分方程，得： 当埋深h 达到一定程度时， 为恒值： 取侧压力系数k=1， 则有： 4、泰沙基和普氏的异同点都把隧道围岩看做散粒体，都只考虑了松动压力，没考虑变形压力而太沙基考虑了硐室尺寸、埋深及岩石的粘结力、内摩擦角等因素对岩体稳定性的影响B 浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 土柱法 要点：忽略滑动面上的阻力。 适于：埋深 H hq 垂直压力：q=H 水平压力按朗金公式：e = (H + 1/2 Ht)tg2(450 /2) Ht 为隧道净高 一院法 重点： 当Hhq 时，应该考虑滑动面上的阻力。 六 隧道设计计算隧道与地面结构受力的不同点围岩抗力的存在。围岩不仅是荷载，同时又是承载体。地层压力由围岩和支护结构共同承受，充分发挥围岩自身承载力的重要性。1围岩弹性抗力？ 当围岩在一定范围内，刚度达到一定时，围岩就会对衬砌结构产生抗力来限制其变形，这种力称为围岩抗力。2为什么隧道设计中要有弹性抗力这种概念？ 围岩不仅是荷载，同时又是承载体； 地层压力由围岩和支护结构共同承受； 充分发挥围岩自身承载力的重要性。3围岩弹性抗力的处理 以弹簧支承模拟围岩弹性抗力，即在每个节点上设置一根弹簧链杆，弹簧力即为围岩抗力；以温氏假定反映抗力与节点位移的关系 弹簧支承的方向：应按衬砌与围岩的接触状态而定4隧道结构体系的计算模型a结构力学模型，以支护结构作为承载主体,围岩对支护结构的作用间接地体现为两点：围岩压力围岩弹性抗力。采用结构力学方法计算。适用于：模筑砼衬砌 b 岩体力学模型，支护结构与围岩视为一体，共同承受荷载，且以围岩作为承载主体； 支护结构约束围岩的变形，采用岩体力学方法计算，围岩体现为形变压力。适用于：锚喷支护5结构力学方法基本原理：将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载的主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，与其对应的计算模型称为荷载结构模型。根据对荷载的处理不同，它大致有如下三种模式a主动荷载模式b主动荷载加被动荷载模式 c实际荷载模式6隧道衬砌承受的荷载及分类 (1) 主动荷载：主要荷载，附加荷 (2) 被动荷载(围岩抗力)共同变形理论 ，局部变形理论 7荷载结构法（结构力学方法）荷载结构法的设计原理认为，隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠的承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力，并进行结构截面设计。计算原理：其中k衬砌结构的整体刚度矩阵，p由衬砌结构结点位移组成的列向量，还有个是由衬砌结构结点荷载组成的列向量。8 什么是新奥法施工新奥法是一种隧道设计施工方法，全称新奥地利隧道施工方法。利用围岩的自承作用来支护隧道，促使围岩本身变为支护结构的重要组成部分，使围岩和构筑的支护共同形成坚固的自承环，当变形压力达到最小时在支护，最终让围岩本身及构筑的支护结构共同来支护抵抗松动压力的施工方法。（形变压力和松动压力在新奥法中的作用？) (为什么早了晚了都不行？支护时机？跟新奥法有什么联系？)C地基一 承载力1地基承受荷载的能力称为地基承载力。2地基岩体的承载力就是指作为地基的岩体受荷后不会因产生破坏而丧失稳定，其变形量亦不会超过容许值时的承载能力。3地基承载力分为极限承载力和容许承载力两种。 极限承载力是指地基发生强度破坏，致使丧失稳定时的最大承载能力。 容许承载力是指地基发生变形破坏，致使其变形量超出容许范围内时的最大承载力。二 岩基的破坏模式 a开裂，较均质岩体、坚硬、应力水平较小 b压碎，应力较大 c劈裂，应力大 d冲切，多孔隙岩体 e剪切，节理、弱软岩体（滑移体） f直面滑动三 破坏机理分类：1材料压剪破坏模式 2楔形块体滑动破坏模式 3已知滑面滑动破坏模式四 极限承载力的确定方法 1现场试验法2材料破坏极限平衡方法3楔形体破坏极限平衡方法4经验规范法五 极限承载力的确定方法a材料压剪破坏承载力(基础脚部岩体压碎)均匀、各向同性不连续岩体的极限承载力约等于岩体的三轴抗压强度式中：Rc-岩体无侧限抗压强度；qf-岩基承载力。b楔形体滑动破坏承载力(基脚岩体剪切破坏) (1）基本值设 破坏面由两个互相直交的平面组成；荷载qf的作用范围很长，可为平面应变； 承载平面，即qf作用面上，剪力不存在； 对每个楔体，采用平均体积力。（2）受力图 式中： 称为承载能力系数，均是的函数六、岩石桩基工程1采用静荷载试验确定嵌岩桩极限承载力嵌岩桩静荷载试验的试桩数不得少于3根，当试桩的极限荷载实测值的极差不超过平均值的30%时，可取其平均值作为单桩极限承载力标准值，建筑物为一级建筑物，或为柱下单桩基础，且试桩数为3根时，应取最小值为单桩极限承载力，当极差超过平均值的30%时，应查明误差过大的原因，并应增加试桩数量。2 理论计算确定嵌岩桩极限承 公式 Rk为嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值；Rsk为桩侧土总摩阻力标准值；Rrk为总嵌固力标准值；Rpk为总端阻力标准值。嵌岩桩的桩侧土摩阻力标准值RsK的确定当桩穿越土层厚度小于10m时一般不计算桩侧上摩阻力当穿越的土层较厚时，对于地质不良区或软弱土层，均不宜计算嵌岩桩的桩侧土摩阻力。对其他土层，嵌岩桩的桩侧土摩阻力标准值按下式计算: 式中为第层士的桩侧土摩阻力折减系数，对粘性土取0.6，对无粘性土取0.5； 为第层土的桩侧土极限摩阻力标准值，由试验确定；嵌岩桩嵌入基岩部分的总嵌固力标准值RrK的确定嵌岩桩嵌入基岩部分的嵌固力标准值，由下式计算:式中为嵌固力分布修正系数，按下表取用；为岩石饱和单轴抗压强度标准值； 为嵌岩部分桩的周长; 为桩的嵌岩深度， 当嵌岩深度超过5倍桩径时，取hr=5d 嵌岩桩的极端阻力标准值确定嵌岩桩的桩端阻力标准值按下式计算:式中，p为端阻力分布修正系数，参考下表; Ap为桩端截面面积 3嵌岩桩的沉降嵌岩桩基沉降量由下列三部分组成：桩端压力作用下，桩端的沉降量桩顶压力作用下，桩本身的缩短量考虑沿桩侧由侧壁粘聚力传递荷载而对沉降量的修正值桩深入岩体深度为L，基岩面以上桩长为，桩半径为a，桩顶荷载为Pt，桩底端载荷为Pe，基岩变形模量为Em，桩身混凝土的变形模量为Ec，泊松比为.4现场试验确定嵌岩桩的桩基承载力确定单桩承载力、桩身轴向应力、分层岩土摩擦力、极限端阻力、桩弹性压缩、岩土塑性变形。 锚杆抗拔力的确定锚杆的抗拔力R。由下列4个因素决定：（1）锚杆钢筋的强度；（2）锚杆与砂浆的粘结力；（3）砂浆与岩石间的粘结力；（4）砂浆周围岩石抗拔能力。单根锚杆的抗拔力，对一级建筑物应通过现场试验确定，对于其他建筑物可按下式计算： 式中，Rt为锚杆的抗技力; d为锚杆孔的直径；为锚杆的有效锚固长度，必须大于40;为砂浆与岩石间的粘结强度设计值（Mpa）七 岩溶一般应注意以下原则：尽可能选择非可溶性岩石分布地段或弱岩溶分布地段布置建筑物。尽可能避开岩溶集中发育地段、基岩起伏剧烈且有软土分布地段。若难于避开时，应使建筑物轴线方向与岩溶发育带垂直或斜交，以减少地基处理。尽量避开地下水随季节变化造成淹没的地段。岩溶地基的处理清爆换填梁板跨越桩基支撑跨越地下水宜疏导不宜堵。D 边坡工程（多看老师PPT)一 、边坡破坏模式：滑坡、滑塌（坍塌）、崩塌、剥落、拉裂、流动1.滑坡(slides)是斜坡部分岩土体在重力作用下，沿一定的软弱面，缓慢地整体向下移动，具有蠕动变形、滑动破坏和渐趋稳定三个阶段，有时也具有高速急剧移动现象。 2.滑塌(slipslumps)是因开挖、填筑、堆载引起斜坡的滑动或塌落，一般较突然，粘性土类边坡有时也会出现一个变形发展过程。 3.崩塌(fallslumps)是整个岩土体块脱离母体，突然从较陡的斜坡上崩落、翻转、跳跃、堆落在坡脚，规模巨大的称为山崩，规模较小的称为塌方 4.溃屈发生在层状结构岩体顺向坡内的一种破坏形式，又称滑动弯曲破坏，岩体上部沿层面滑动，下部发生弯曲和鼓胀.溃屈 层状结构顺层边坡，岩层倾角与坡角大致相似，上部坡体沿软弱面蠕滑，由于下部受阻而发生岩层鼓起、拉裂等现象。5.剥落(falls)是斜坡岩土长期遭受风化、侵蚀，在冲刷和重力作用下，岩(土)屑(块)不断沿斜坡滚落堆积在坡脚。 6.倾倒发生在层状及似层状结构岩体的一种破坏形式，岩体向临空方向倾倒，底部形成折断面.倾倒是指层状反坡向结构及部分陡倾角顺层的边坡，表部岩层因蠕动变形而向临空一侧发生弯曲、折裂，形成所谓“点头哈腰”的现象。多发生于塑性的薄层岩层或软硬相间岩层组成的反坡向结构的边坡中，陡倾角顺层边坡或脆性岩层顺层边坡垂直于层面的节理发育、切割较深时，表层亦可能发生倾倒蠕动变形。7.落石，是指破碎且节理裂隙发育硬质岩斜坡，软、硬岩土层和断层破碎影响带岩块逐渐松动、坠落现象，及大型危岩倒塌、坠落，统称危崖落石。8.蠕变蠕动变形，是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现象，有表层蠕动和深层蠕动两种类型。 A表层蠕动主要表现为边坡表部岩体发生弯曲变形，多是从下部未经变动的部分向上逐渐连续向临空方向弯曲，甚至倒转、破裂、倾倒。表层蠕动多发生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩体中，层面或结构面走向与斜坡面走向平行或交角很小。一般反坡向倾斜或倾角大于60者更易发生。 B深层蠕动，是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的软弱岩层时，由软弱岩层发生塑性流动而引起的长期缓慢的边坡蠕动变形。二、发生条件1 崩塌形成条件 1地形45 2脆性岩石或上硬下软 3高陡裂隙2 岩崩的形成机理，一般有下列三种。 A边坡被陡倾裂隙深切，在外力及自重力的作用下逐渐向坡外倾斜、弯曲，陡倾裂隙被拉开，岩体下部因弯曲而被拉裂、折断，进而倾倒崩塌。 B在坚硬岩层的下部存在有软弱岩层，当它发生塑性蠕变(塑性流动或剪切蠕变)时，则可导致上部岩层深陷、下滑、拉裂以至倾倒崩塌。 C下部有洞穴或采空，岩体沉陷、陷落，将边部岩体挤出，倾倒崩塌。三、边坡稳定性1概念:2影响边坡稳定性的因素可分为内在因素和外在因素来年各个方面：内部因素：岩土体的性质、地质构造、岩土体的结构、岩体初始应力等。外部因素：水的作用、地震、岩体风化、工程荷载条件、人工开挖等。3 在工程设计中，判断边坡稳定性大小习惯上采用边坡稳定安全系数来衡量。 稳定性系数=可供利用的抗滑力/滑动力四、滑坡体的稳定性在野外，从宏观角度观察滑坡体，可以根据一些外表迹象和特征，可粗略的判断它的稳定性。 不稳定的滑坡体常具有下列迹象：(1)滑坡体表面总体坡度较陡，而且延伸很长，坡面高低不平；(2)有滑坡平台、面积不大，且有向下缓倾和未夷平现象；(3)滑坡表面有泉水、湿地，且有新生冲沟；(4)滑坡表面有不均匀沉陷的局部平台，参差不齐；(5)滑坡前缘土石松散，小型坍塌时有发生，并面临河水冲刷的危险：(6)滑坡体上无巨大直立树木。 已稳定的老滑坡体有以下特征：(1)后壁较高，长满了树木，找不到擦痕，且十分稳定；(2)滑坡平台宽大、且已夷平，土体密实，有沉陷现象；(3)滑坡前缘的斜坡较陡，土体密实，长满树木，无松散崩塌现象。前缘迎河部分有被河水冲刷过的现象；(4)目前的河水远离滑坡的舌部，甚至在舌部外已有漫滩、阶地分布；(5)滑坡体两侧的自然冲刷沟切割很深，甚至已达基岩；(6)滑坡体舌部的坡脚有清晰的泉水流出等等；五、荷载1岩土体的自重作用在地下水位以上时，岩土体的自重采用天然重度；在地下水位以下时，则应根据计算方法正确选择。（水土合算或分算）在边界面上和计算的分条、分块面上以面力计算水压时采用饱和重度：以体力法计算水压力时采用浮重度，同时在滑面上扣除自坡外水位起算的静水压力；降雨情况下的非饱和岩、土体采用具一定含水量的重度，根据测试或估算确定上述各种重度应取平均值。 2地下水作用(孔隙水、裂隙水或层间承压水)对具有疏掉地下水设施的边坡，应首先确定经疏排作用后的地下水