隧道围岩分级与围岩压力讲义

第六章围岩分级与围岩压力1、影响坑道围岩稳定性的因素2、隧道围岩分级3、其他一些围岩分级方法简介4、围岩压力5、隧道围岩压力的确定第六章围岩分类与围岩压力1、几个概念：原岩、围岩，初始应力场、二次应力场，地压（广义地压与狭义地压），地压显现2、围岩分类1）原因：不能揭示地质条件与地下工程之间本质的、内在的联系；施工、支护方法有一定的地质适应性2）针对不同的工程要求，把与之相适应的地质条件进行分类，以满足地下工程设计、施工的需要。第六章围岩分类与围岩压力3）围岩分类方法的种类A、以岩石强度或物理力学性质指标为代表的分类方法B、以岩体构造、岩体特征为代表的分类方法C、与地质堪察手段相联系的分类方法D、以多种因素进行组合的分类方法E、以坑道稳定状态为代表的分类方法：铁路隧道围岩分类第一节影响坑道围岩稳定性因素1、几个基本概念：1）岩石（土）与岩（土）体岩石：不同矿物，各种地质作用；岩体的基础、构成部分；试件，试验岩体：整个地质体的一部分，岩块组合体，结构面，充填物，初始应力状态，平衡岩石的物性并不能代表岩体的物性，结构面对岩体的力学性质及受力状态有较大的影响第一节影响坑道围岩稳定性因素岩体的结构类型与特征：整体结构、砌体结构、镶嵌结构、压碎结构、松散结构、松软结构。2）岩体（原岩）与围岩原岩（岩体）处在原始状态下，未受到人为的工程外力的破坏或干扰。围岩：受到影响范围内的那部分岩土体。围岩范围的确定第一节影响坑道围岩稳定性因素3）结构面：在各种不同的地质作用中生成和发展的；沉积结构面、火成结构面、变质结构面、构造结构面以及次生结构面结构面对岩体的力学性质和岩体中的受力状态有较大的影响研究的内容：结构面本身的特征、组合形态、充填情况、延展性、密集程度等第一节影响坑道围岩稳定性因素因素内在因素（地质）人为因素（施工）第一节影响坑道围岩稳定性因素2、地质因素1）围岩的完整状态（破碎程度）组成岩体的岩块的大小，岩块的组合状态；裂隙率、裂隙间距裂隙的密集程度岩体的破碎程度裂隙：广义，层理、断裂、节理以及夹层等依据裂隙间距的岩体的分类第一节影响坑道围岩稳定性因素2）结构面的性质软弱结构面：完全割断联系无夹层或充填粘土夹层、未断联系但充填物软弱松散、抗剪强度很低软弱结构面往往会成为岩体破坏的控制因素。3）结构面的组合状态单一、组合（产生分离岩块），闭合、张开，连续、不连续，组数及密度，第一节影响坑道围岩稳定性因素4）初始应力状态自重应力、构造应力5）岩石本身的强度在完整岩体中围岩稳定状态往往取决于岩石强度。但是当岩石结构面为围岩稳定的主要因素时，岩石本身的强度对围岩稳定的影响并不大。第一节影响响坑道围岩稳稳定性因素6）地下水的影影响岩质软化，强强度降低，涌涌水3、人为因素1）隧道尺寸：：跨度大小、、断面积2）断面形状：：3）支护的结构构类型及支护护时间4）施工方法第二节隧道道围岩分类1、铁路隧道围围岩分类2、公路隧道围围岩分类3、岩石坚固性性系数分类方方法4、泰沙基围岩岩分类方法铁路隧道围岩岩分类1、铁路隧道围围岩的三个分分类指标1）坑道围岩的的结构特征和和完整状态围岩被各种结结构面切割的的破碎程度及及其组合状态态2）岩石的物理理力学性质坑道围岩的岩岩石强度、物物理、水理性性质，在分类类中主要是岩岩石单轴饱和和极限强度较较有意义，以以30MPa作为软、硬岩岩的分界指标标，<5MPa的岩体属于半半岩质，或略略具有结构强强度的土体铁路隧道围岩岩分类3）地下水的影影响“遇水降级””的经验处理理方法①整体的硬质质岩石中，一一般的地下水水对其稳定性性影响不大，，不考虑降级级；②块状硬质质岩和整体体软质岩中中，地下水水将影响其其稳定性，，产生局部部坍塌，或或软化软弱弱结构面，，围岩分级级时一般可可酌情降低低1级；铁路隧道围围岩分类③碎石状状松散结构构岩体，裂裂隙中有泥泥质充填物物，地下水水对稳定性性影响很大大，可根据据地下水的的性质、水水量、渗流流条件、动动水和静水水压力等情情况，可降降低1～2级；④强烈的的断裂带，，或软塑性性粘土和潮潮湿的粉细细砂，分类类时已考虑虑了一般含含水地质情情况的影响响，不再再降级。铁路隧道围围岩分类2、铁路隧道道围岩分类类的特征1）以坑道围围岩稳定性性为代表的的一类分类类方法2）复合指标标3）“经验””分类：定定性，与地地质勘查手手段联系不不密切公路隧道围围岩分级1、一般规定定采用《工程岩体分分级标准》规定的方法法、级别和和顺序，即即岩石隧道道围岩稳定定性等级由由好至坏分分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。考虑到到土体中隧隧道的围岩岩分类，将将松软的土土体围岩定定为Ⅵ级。公路隧道围围岩分级2、分级方法法国内外现有有的围岩分分级方法有有定性、定定量、定性性与定量相相结合3种方法，且且多以前两两种方法为为主。《公路隧道设设计规范》采用定性划划分和定量量相结合的的综合评判判方法，两两者可以相相互校核和和检验，以以提高分级级的可靠性性。分级方法与与隧道工程程建设的阶阶段、公路路等级和隧隧道长度、、所进行的的调查和测测试工作的的深度的不不同相关。。公路隧道围围岩分级3、公路隧道道围岩分级级隧道围岩分分级的综合合评判方法法宜采用两两步进行，，并按以下下顺序进行行：（1）根据岩石石坚硬程度度和岩体完完整性程度度两个基本本因素的定定性特征和和定量的岩岩体基本质质量指标BQ，综合进行行初步分级级。（2）对围岩进进行详细定定级时，应应在岩体基基本质量分分级基础上上考虑修正正因素的影影响，修正正岩体基本本质量指标标值[BQ]。公路隧道围围岩分级（3）按修正后后的岩体质质量指标[BQ]，结合岩体体的定性特特征综合评评判，确定定围岩的详详细分级。。例如Ⅰ级围岩，坚坚硬岩，岩岩体完整，，巨整体体状或巨层层状结构；；BQ或[BQ]大于550Ⅲ，坚硬岩，，岩体较破破碎，巨块块碎石状镶镶嵌结构；；较坚硬或或较软硬岩岩层，岩体体较完整，，块状体或或中厚层结结构；BQ或[BQ]450～351公路隧道围围岩分级4、岩石坚硬硬程度的划划分（1）定性划分分可分为坚硬硬岩、较坚坚硬岩、较软岩、软软岩和极软软岩等（2）定量指标标用岩石单轴轴饱和抗压压强度Rc表达。一般般采用实测测值，若无无实测值时时，可采用用实测的岩岩石点荷载载强度指数数IS（50）的换算值公路隧道围围岩分级4、岩体完整整程度的划划分（1）定性划分分可分为完整整、较完整整、较破碎碎、破碎、、极破碎等等（2）定量指标标常用岩体完完整性系数数Kv表示。一般般用弹性波波探测值，，若无探测测值时，可可用岩体体体积节理数数Jv确定对应的的Kv值。公路隧道围围岩分级5、围岩基本本质量指标标BQRc—岩石单轴饱饱和抗压强强度Kv－岩体完整整性系数公路隧道围围岩分级6、围岩详细细定级，BQ的修正（1）需修正的的情况地下水围岩稳定性性受软弱结结构面影响响，且由一一组起控制制作用；存在高初始始地应力（2）[BQ]计算公路隧道围围岩分级K1－地下水影影响修正系系数K2－主要软弱弱结构面产产状影响修修正系数K3－初始应力力状态影响响修正系数数（3）K1、K2、K3的确定公路隧道道围岩分级级7、公路隧道道围岩分级级可按岩石隧隧道的围岩岩定性特征征，围岩基基本质量指指标BQ或其修正值值[BQ]，土体隧道道中的土体体类型、密密实程度等等定性特征征，按表确确定围岩分分级当根据岩体体基本质量量定性划分分与[BQ]值确定的级级别不一致致时，应重重新审查定定性特征和和定量指标标计算参数数的可靠性性，并对它它们重新观观察、测试试。在工程可行行性研究和和初步勘测测阶段，可可采用定性性划分或工工程类比的的方法进行行围岩级别别划分。公路隧道道围岩分级级级参数ⅠⅡⅢⅣⅤⅥRQD（％）>9585~7575~8650~7525~50<25BQ>550550~451450~351350~251<250Vp(km/s)>4.53.5~4.52.5~4.01.5~3.01.0~2.0<1.0（饱和粘土）I0.8～1.00.6~0.80.4~0.60.2~0.4<0.2岩石坚固性性系数分类类法1、种类f值分类法、、普氏分类类法：以岩岩石的综合合物理指标标fkp作为分类基基础的分类类方法2、fkp的确定，岩石强度指指标的一个个反映，能能反映岩石石各方面的的性能；但但是没有充充分考虑围围岩体的构构造因素。。f岩体＝kf岩石k考虑地质条条件的折减减系数岩石坚固性性系数分类类法3、特点优点：指标标单一，使使用方便；；缺点：不能能全面反映映岩体固有有的性态。。太沙基围岩岩分类法以岩体构造造、岩体特特征为代表表进行分类类的，以有有水条件为为基础的。。这类分类法法是在早期期提出的，，限于当时时的条件，，仅把不同同岩性、不不同构造条条件的围岩岩分成九类类，每类都都有一个相相应的地压压范围值和和支护措施施建议。这这类分类法法曾长期被被各国采用用，至今仍仍有广泛的的影响。其他围岩分分级法1、“岩体体质量——Q”的分类属于组合多多种因素的的分类方法法。1974年挪威地质质学家巴顿顿等人提出出的“岩体体质量——Q”的分类方法法。岩体质质量值Q实质上是岩岩块尺寸、、抗剪强度度和作用力力复合指标标，根据不不同的Q值，可将岩岩体进行分分类。其他围岩分分级法2、按弹性波（（纵波）速速度的分类类方法属于以地质质勘探手段段相联系的的分类方法法。围岩弹性波波速度是判判断岩性、、岩体结构构的综合指指标，它既既可反映岩岩石软