工程地质原理：围岩稳定性的工程地质研究

第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.1概述1、地下洞室围岩稳定问题的特点①普遍存在：水电工程、交通工程、国防工程；②与地质环境的联系更密切：置于岩土体内，处于复杂的地应力、地下水、地温和有害气体环境；③埋深大：几十至几百米，甚至可达上千米，如锦屏二级、南水北调西线、广蓄、二滩；④规模大：往往构成复杂的、庞大的地下建筑群；⑤问题多：变形破坏形式多样；⑥合理利用岩体的问题更重要：围岩是主体；⑦运营条件复杂：内水压力、外水压力、山岩压力、长期强度、蠕变、松弛。

第七章围岩稳定性的工程地质研究二滩的地下洞群：双曲拱坝，坝高245m，玄武岩，地下厂房：埋深200m，246m×28.5m×71.15m，主变室：2个，190m×17m×27m，45.25m×8m×6.09m，尾水洞：330m、7m（16m～14m），尾水闸门井：61.87m×6.5m×13m。

第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.1概述鲁布革的地下洞群：堆石坝，坝高100m，白云岩、灰岩，主厂房：115m×24m×45m，副厂房：14m×24m×45m，引水隧洞：φ8m，洞长8786.8m。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.1概述广州抽水蓄能电站的地下洞群：花岗岩，最大埋深570m，洞长3700m，φ9m，地下洞室总长约30km，其中引水发电系统总长约8.0km，高压隧洞由两个50°的斜洞和三个平洞组成，承受最大内水静压力6.1MPa，采用40~60cm厚的钢筋砼衬砌，衬砌后内径8.5～3.5m。

（2）具体任务全面认识岩体有效而适时地支护岩体实时跟踪观测岩体尽量保护岩体合理利用岩体选择最优洞线第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.1概述龙滩(红水河)小湾(澜沧江)(烈度8度、10度设防)三板溪(沅水)溪洛渡(金沙江)向家坝(金沙江)瀑布沟(大渡河)锦屏(雅砻江)10-20个拟建、在建世界级大型水电工程西电东送南水北调西线南水北调西线工程73km长隧,最大埋深1000多米(巴颜喀拉山)深埋长隧穿越活动断裂、冻土冻害、岩爆、突水...3900m3500m3400m3300m通天河雅砻江大渡河黄河290m500-1100m500-1100m170m2001年7月17日，广西南丹拉甲坡矿(锡矿)突水事故，死亡81人。地下工程突水灾害事故埋深>700m隔水层厚度30cm违规放炮作业事故原因：在-166米(深度700余m)的3号工作面实施爆破作业，致使隔水岩层击穿，发生透水。§7.2地下洞室围岩应力重分布（1）机理在地应力作用下，岩体产生压缩变形→洞室开挖在岩体内形成自由面→洞壁围岩失去径向约束而向洞内产生收敛变形（单向回弹变形）→因围岩发生收敛变形，使洞径、周长减小，即围岩在发生径向回弹变形的同时，切向压缩变形加剧→围岩切向压应力增大。所以，围岩应力重分布的实质是：围岩由三向受力状态→平面受力状态（洞壁）→将径向应力加到切向应力上（但不等），轴向应力变化不大。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.2地下洞室围岩应力重分布（2）重分布应力均质、连续、弹性、圆形断面围岩中的重分布应力(“弹性力学”G.吉尔西应力分布解)：式中：r0为洞半径；

r为质点距洞心的距离；σv为垂向自重应力。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.2地下洞室围岩应力重分布讨论：①r=

r0时，即洞壁上：，，

；②λ=1，即很软、很深时，洞壁上：

，

，

；

围岩内：，，；③λ=0，即很硬时（刚体），洞壁上：

，

，

；

围岩内复杂。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.2地下洞室围岩应力重分布（3）影响应力重分布的因素①洞室断面形态：应力集中的程度、部位、范围因洞形而异；②地应力水平（含方向）；③岩性：坚硬程度、变形模量；④岩体结构：结构面产状有很大影响：主应力的大小、方向及最不利部位；⑤时间：洞壁应力集中到大于弹性极限（屈服应力）后，产生屈服现象，向围岩深部迁移→形成3个应力分布区：塑性松动区→弹性压密区→天然应力区应力降低区→应力升高区→天然应力区。⑥衬砌刚度及支护时间。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.2地下洞室围岩应力重分布§7.3围岩的变形与破坏1、脆性破裂（1）表现形式：岩爆、板裂。（2）机理：双向受压的、坚硬完整的岩石在高地应力作用下产生脆性破裂。（3）产生条件：1）岩性坚硬完整；2）高地应力；3）轴线垂直于σ1；4）钻爆施工产生爆破裂隙。第七章围岩稳定性的工程地质研究2、块体滑动与塌落（1）表现形式：滑动破坏。（2）机理：在重力和切向应力共同作用下产生滑塌破坏。（3）产生条件：1）岩性坚硬，但发育2~3组软弱结构面，软、硬互层，倾斜地层；2）地应力水平较高，或洞室规模较大.侧重结构面与临空面组合特征的研究。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.3围岩的变形与破坏3、弯曲折断（1）表现形式：内鼓、折断破坏。（2）机理：层间结合力差，岩体呈迭板状，且软硬互层，抗弯能力较差。缓倾岩层：洞顶岩体在重力和切向应力作用下产生下沉弯曲、张裂、折断、塌落；陡倾岩层：边墙在切向应力和径向应力作用下，岩层向洞内发生鼓出、弯曲、折断、垮塌(典型碧口水电站p198~199.图7-8.千枚岩、凝灰岩，倾角70°~80°）；倾斜岩层：拱角岩体在重力和切向应力作用下，向下、向临空方向下沉、张裂、塌落。（3）产生条件：1)中厚层、薄层软、硬互层状岩体；劈理带；3)裂隙密集带（一组特别发育）。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.3围岩的变形与破坏4、松动垮塌（1）表现形式：塌方、冒顶、拱顶破裂。（例：小浪底F236、F238断层）（2）机理：破碎、松散岩体在重力、渗压、动荷载作用下产生塌落（3）产生条件：1)断层破碎带、裂隙密集带、槽状、囊状风化带、溶洞堆积物;2）多位于洞顶→边墙.

溶洞堆积物第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.3围岩的变形与破坏5、塑性变形与膨胀（1）表现形式：内鼓、缩径、局部挤出、剪切、滞后性。如：青藏公路某隧道一个长240m的导洞，开挖断面3.0m×2.5m，半年后缩为1.5m×1.2m。（2）机理：塑性变形、膨胀、流变、蠕变。（3）产生条件：1）岩性软弱：形成年代新、胶结差；2）膨胀岩：含蒙脱石等粘土矿物、硬石膏等→物理化学效应；3）高围压。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.3围岩的变形与破坏瓦斯40.6%顶板事故33.8%水害8.28%火灾1.02%其它(包括粉尘)16.3%顶板事故瓦斯水害其它采矿工程主要灾害事故矿井火灾矿井瓦斯爆炸矿井突水第七章围岩稳定性的工程地质研究

岩层移动、破坏顶板跨落岩爆开采沉陷巷道变形工作面端面冒落开采沉陷第七章围岩稳定性的工程地质研究

巷道变形与破坏第七章围岩稳定性的工程地质研究美国LuckyFriday金属矿采场中发生的岩爆：

(埋深超过700m,震级3.6-4.2,发生于1988年10月18日)冲击地压与岩爆岩爆造成损害细部岩块嵌入水管表面电缆被高速抛出的岩块割断(实验结果表明：岩石弹射速度>50m/s)§7.4影响地下洞室围岩稳定的因素（兼洞线选择）1、地质因素（1）地形地貌1）洞身：避开负地形←汇水或承载力不足2）进出口：要求上覆厚度大→陡，明流段（2）地层岩性坚硬、半坚硬、岩浆岩、正变质岩、岩溶、不良矿物块状岩体、层状岩体三大岩类分别阐述第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.4影响地下洞室围岩稳定性的因素（3）地质构造（重要因素）1）褶皱：导致不均匀性，一定程度上反映岩体的完整性和连续性：两翼：层间错动、块体滑动、山压不对称；核部：破碎、背斜松散、向斜汇水。2）断裂：取决于规模、胶结程度、力学性质、组合形式；导致掉块、塌方、超挖、突水、块体滑动；影响：弹性抗力、山岩压力和稳定性。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.4影响地下洞室围岩稳定性的因素（4）地质环境因素1）地应力：地应力的大小、方向→控制围岩能否破坏和破坏形式；控制围岩的应力重分布、决定能否产生岩爆；构造应力具有很强的方向性：要求轴线平行σ12）高地温：可较高：西藏一口井水温204℃；日本黑部川第三发电站尾水洞，岩层温度达175℃影响施工、产生温度应力、指示地质异常3）有害气体：CH4、CO2、CO、H2S危害：影响施工、磨蚀设备、瓦斯爆炸分布于：煤层、石油、硫化矿床、沥青。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.4影响地下洞室围岩稳定性的因素（5）地下水突水，塌方、塌滑也与地下水有关。影响：①外水压力；②动水压力；③溶解、软化、泥化作用；④吸水膨胀；⑤机械潜蚀分布：断层破碎带、岩溶、裂隙化脆性岩体（6）风化第七章围岩稳定性的工程地质研究第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.4影响地下洞室围岩稳定性的因素2、施工因素开挖方法爆破方法钻孔质量爆破质量支护方式等3、洞室的形态和尺寸圆形→椭圆形→城门洞形→方形→扁形。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.4影响地下洞室围岩稳定性的因素§7.5与衬砌及支护设计有关的几个参数与荷载有关的参数：内水压力、山岩压力、外水压力；与强度有关的参数：弹性抗力、承载力。1、围岩压力（山岩压力、地层压力、岩石压力、地压）（1）定义：由围岩的变形与破坏产生的、作用于支护或衬砌上的压力。是作用于衬砌的主要荷载。第七章围岩稳定性的工程地质研究（2）形成机理按形成机制及表现形式可分为：分布及类型随时间可转换。1）形变山压由于围岩的弹性回弹（开挖后即完成）和塑性变形（具滞后性）所产生的山压。所以一般仅考虑塑性变形形成的山压。软岩、破碎岩体较突出，分布取决于λ2）松动压力由于围岩的松动破坏（含松动垮塌、块体滑动、弯曲折断）所产生的山压。局部范围、大小取决于脱落体重量。3）膨胀压力是围岩吸水膨胀（含蒙脱石及大量伊利石矿物）所产生的山压。4）冲击压力由岩爆所产生的山压。高地应力地区，分布及大小难确定。形变山压：普遍存在；松动山压：局部存在；膨胀山压：特定环境下存在；冲击山压：特定环境下存在。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数（3）确定方法（非均布及偏压问题）方法很多、差异很大：考虑机理及岩体结构，建立不同的力学模型1）散粒体理论①普氏压力拱理论：安全储备？②太沙基理论③修正的普氏理论2）弹塑性平衡理论3）块体极限平衡理论第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数2、深埋隧洞外水压力（1）定义：是地下水作用在围岩和衬砌上的动、静水压力，是水工隧洞的基本荷载之一。可抵消内水压力的作用。但对于：无压隧洞和厂房外水压力过大内水水头骤减时例：云南绿水河电站，D=2m，H=2.2cm的低合金钢管，在182m外水水头压力作用下，约100m长的洞段严重变形。（2）影响因素：大小及分布受控于水文地质条件，确定时侧重考虑：补、排水条件：尤其是负地形（如冲沟）的汇水条件；不均匀和各向异性：岩体透水性、透水带（如断层破碎带）的分布；水头损失：水力折减。可能会导致衬砌和围岩的破坏，采取排水方法削减水头。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数（3）确定方法1）半理论半经验方法：岩体和衬砌都是均质时，且渗流断面大小不变：H0——内水压力，用水柱高度(m)表示；HA、HB——A点与B点对MN面的位能与压力之和(m);L1、L2——地下水渗径与衬砌厚度(m);K1、K2——岩体和衬砌的渗透系数(m/d)半径为r的圆形隧洞：第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数2)折减系数法：（规范推荐的方法、常用的方法）β：依据平硐编录资料由《水工隧洞设计规范》确定（P214、表7－5）3）实测法：渗压计4）类比法：第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数3、围岩弹性抗力（1）围岩的抗力：是指在内水压力作用下围岩对衬砌的反力。（2）围岩弹性抗力：围岩仅发生弹性变形（考虑衬砌的允许变形，确保衬砌在内水压力作用下不发生破坏）时所产生的反力。以礼河电站内水压力的34%~56%由玄武岩围岩承担。（3）弹性抗力系数K：是指围岩在放射状压力作用下产生一个单位变形时，单位面积上所需要的压力。是根据文克尔假定确立的，均质连续，各向同性，围岩厚度＞3D时，才能考虑其存在。K=f（围岩性质、断面形状、尺寸、衬砌与围岩接触程度等）

（4）单位弹性抗力系数：隧洞半径为100cm时的K：

y（cm），σ（MPa）为设计隧洞的半径第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数（5）影响K0的因素：1）压力的大小和岩体的强度特征K0与压力呈负相关，但不完全呈线性关系：刘家峡云母石英片岩现场P215表7-6。2）受力方向与主要结构的关系：K0平行>K0垂直：碧口绢云母千枚岩K0平行/K0垂直=3~6南水工程砂岩K0平行/K0垂直=73）地应力状态内水压力<地应力：K0↑，云峰水电站引水洞（凝灰岩）埋深>内水水头时：K0↑内水压力>地应力：K0↓第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数（6）确定方法：1）现场试验直接测定法：给围岩施加已知压力，测围岩变形，按公式计算。常用方法：橡皮囊法，径向千斤顶法，水压法。《岩石力学》已讲。优缺点：2）间接测量计算法原理：均匀连续；非均匀、不连续，洞壁形成半径为R0的环形开裂区；开裂区的变形模量降低。R0可实测，经验：E1、E2分别为未开裂区和开裂区围岩的弹模。即利用K~E、μ的关系，通过测E、μ（静力法或动力法），换算K。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数当E、μ采用室内试验成果时，需乘修正系数A=f(岩体完整性）：3）工程类比法：考虑风化程度、岩体完整性（第一版，P214,表7-6）。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数4、高压隧洞围岩承载力在内水压力作用下，围岩中σθ可能为负（拉）。用覆盖比表示。（1）覆盖比：指岩层覆盖厚度与内水压力水头之比。（2）确定方法：很多。1）岩体上抬理论①假定：a.松散介质；b.承载力完全由覆盖厚度决定，不考虑构造应力；c.不考虑洞径及形状。②原则：取单宽:上抬压力（p1·D)<岩柱重量（γ·H·D)

第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数③最小覆盖厚度H：p·D≤γ·H·D→H≥p/γ缺点：没考虑岩石的强度因素，太偏保守云南以礼河电站支洞：上覆45m厚的破碎玄武岩，内水水头629m，围岩未见松动，开裂。④考虑抗剪强度修正：

B为开挖（毛洞）跨度（m）；D为衬砌后的跨度（m）；K为安全系数，取1.5；C为凝聚力（kPa）；γ为岩体重度（kN/m3）。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数2）岩石拉力理论①假定：a.连续弹性介质；b.考虑地应力；c.考虑应力重分布；d.侧重洞壁抗拉。②洞周切向应力：P217，式7-31（由P193，式7-1中令r=a得出）。注意：书中式7-31有误：

改为：由式7-31确定的为压应力。③洞顶切向应力：式7-32（由式7-31，令θ=90°得出）④洞腰切向应力：式7-33（由式7-31，令θ=0°或θ=180°得出）式7-34的导出？（作业）第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数式7-34的导出：假定：λ=1，破裂区厚度x（x/r→很小），破裂区外缘的重分布应力仍为2γH（即应力重分布区向围岩深处迁移）。在内水压力P1作用下，对于深埋洞室（具有圆孔的无限大薄板）洞壁附近：

由P193式7-1，令λ=1，则围岩中距轴线为r(r=a+x)的点σθ为：

围岩中：（见《弹性力学》上册P87）第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数3）地质分析法岩体结构：坚固完整岩体裂隙较发育岩体软弱和破碎岩体覆盖比：0.2~0.250.3~0.40.5~0.7因上覆岩体厚度太薄而发生拉裂破坏的例子：

下马岭水电站：长207m，D=5.4~4.2m，H=20m，弱风化玢岩，断裂较发育：

fb取4~6，K0取3500~8500MPa/m，隧洞上段136.6m，按84m水头考虑，采用混凝土衬砌，下部段75.7m，按107m水头考虑，采用8mm钢板衬砌。运行第3天，地面集中喷水，出现3条裂缝，宽约1cm。

问题：2种衬砌交接处，围岩中2条长32m，1cm宽的大裂缝及若干小裂缝：衬砌设计错用了K0。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.5与衬砌和支护设计有关的几个参数§7.6围岩分类实质是工程地质类比法，几百种，7大类：①单一指标：fk、Rc②一个综合指标：RQD、山压、Vp③少量指标并列：铁道部门的分类方法④多个指标并列：原水电部门的分类方法⑤多个指标复合：多个指标乘除：巴顿分类（Q分类）；多个指标加减：RMR分类⑥岩体力学属性：⑦膨胀岩类：第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类分类目的：①系统地认识围岩的工程特性；②是揭示具有复杂结构面性状的围岩变形失稳机制的基础研究工作；③确定设计参数；④确定支护类型、支护时机。分类方法：①单指标分类：如据fk的分类（按强度或力学属性分类）②多指标分类：BQ分类(Rc及完整性）③围岩质量分类：如，Q分类、RMR分类等。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类1、按强度或岩体力学属性的分类：按强度分类：Rc、fk（坚固系数）按岩体属性分类：70年代初由中科院地科所与长地提出（P220,表7-7）。不同类型的岩体采用不同的计算方法。2、按围岩稳定性的综合分类按岩体结构类型的分类按岩体特征、完整性、地下水等地质因素综合评价围岩的稳定性。P221，表7-8，水工隧洞围岩分类。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类3、按岩体质量等级的围岩分类（1）按岩体质量指标(RQD）分级1）RQD的定义：（由美国伊利诺斯大学，迪尔Deer首先提出）

L：回次进尺；

Lp：本回次进尺中≥10cm的柱状岩芯总长。背景：采用φ=75mm的双层单动岩芯管金刚石钻头钻进（岩芯=54mm）国内现状：RQD偏低。实质：表征岩体的完整性。优点：目的明确，方法简单，建议具体，容易获取→大量广泛采用。缺点：不全面→进一步提出了Q分类，RMR分类。2）岩石质量等级RQD0~2525~5050~7575~9090~100岩石质量很差差较好好很好第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类（2）

RMR分类（BieniawskiZ.T.）也叫地质力学围岩分类，1973年由比尼奥斯基根据矿山开采掘进经验提出：根据6个方面的参数对岩体质量进行评分（分别评分后累加）P223,表7-91）岩石单轴抗压强度(Rc)或点荷载强度：权重13.4%分7级：0~15分，软岩分得细2）RQD：权重17.9%分5级：3~20分，基本等分，>90不容易→单独分出，与岩石质量等级对应3）不连续面间距：权重17.9%分5级：5~20分，>2m和<6cm的不再分，与RQD有重复4）不连续面状态：权重26.8%分5级：0~30分，侧重糙度、连续性、开度、壁面风化、充填5）地下水：权重17.9%分5级：0~15分，侧重渗水量（10m长洞段），裂隙水压力与最大应力比，洞壁渗水状态6）不连续面方向条件：权重10.7%分5级：-12~0分，侧重结构面产状与洞线的关系（P222正文描述）由上述可知，RMR分类侧重考虑了岩体的完整性(第2和第3项)：权重35.8%；侧重考虑了结构面的影响（第2、3、4、6项）：权重73.2%第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类根据RMR分值（6项累加，0~100分），将围岩分为5级（P223,表7-10）岩体分级ⅠⅡⅢⅣⅤ质量描述很好好中等差很差RMR100~8180~6160~4140~21≤20应用：据此可获得：岩体自稳时间，开挖支护要求，φ、c值，E值等。第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类（3）Q分类：也叫巴顿分类。Q：岩体质量指标。于1974年由挪威学者巴顿根据200多个已建隧洞提出的、服务于隧洞支护设计的分类：

第一项：地下水与地应力对岩体的影响；第二项：代表节理面抗剪强度，接近实际节理面φ；第三项：反映岩体完整性和岩块大小，评分0.5－200之间。

第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类1）RQD:①据钻探资料计算；②也可据平硐或露头资料：RQD=115-3.3Jv，Jv：1m3岩体中节理总条数，当Jv<4时，RQD=100；③RQD=(Vm/Vr)2×100=Kv×100RQD以5为取值间隔，以10为最小值，分5级，取0~100%，标准同前2）节理组数系数Jn：分7级，评0.5~20分。节理组数无或很小1组~1组+零散节理2组~2组+零散节理

Jn0.5~12~34~6节理组数3组~3组+零散节理≥4组,强烈破碎破碎岩体

Jn9~121520在洞室交叉处按3×Jn计算，在洞口按2×Jn计算第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类3）节理面粗糙度系数Jr：分6级或2级，评0.5~4分A：节理壁直接接触或<10cm剪切的节理面直接接触B：剪切后节理壁不直接接触充填有较厚的粘土、砂砾或压碎岩阻隔节理壁：Jr取1.0当节理间距>3m时，Jr+1粗糙度不连续分布粗糙或不规则、波状起伏平滑波状起伏擦痕面波状起伏或粗糙、不规则、面平平滑、面平镜面、且分布产状与稳定不利的Jr4321.51.00.5第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类4）节理水折减系数Jw：分6级，评0.05~1分折减因素Jw水压力(kPa)A：无水或少量水流(q<5L/min)1~0.66<100B：中等水流或中等压力，水间或冲走节理填充物0.66~0.50100~250C：大水流或高压力，节理内无充填物的坚实岩石0.50~0.33250~1000D：大水流或高压力，水大量冲走充填物0.33~0.2-0.1250~1000E：爆破时，特大水流或特大水压但水压逐渐衰减0.2-0.1~0.1-0.05>1000F：爆破时，特大水流或特大水压衰减不明显0.2-0.1~0.1-0.05>1000第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类5）节理蚀变系数Ja：分5、4、7级，评0.75~20分A：节理壁直接接触闭合或充填物坚硬、不软化、不透水仅见微蚀变痕迹微蚀变，不含软化矿物薄膜、砂粒及无粘土岩屑等有粉砂，壤土膜及未软化的少量粘土有软化或低抗剪的粘土矿物膜及少量蒙脱石，膜不连续，厚<2mB：剪切<10cm时节理壁即直接接触充填砂粒，无粘土岩屑等充填有很密实的未软化的粘土，连续，厚<5mm充填有中密实、软化的粘土，连续，厚<5mm充填有蒙脱石，连续，厚<5mmC：剪切后节理壁不直接接触充填有粉砂质或砂质粘土带及少量未软化粘土充填有散碎岩屑及粘土带充填有厚的连续的粘土带JaΦr(近似)0.75125~35225~30320~2548~16425~30616~24812~168~126~1256~246~126~2410~206~24第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类根据Q值将岩体分为9个等级：

缺点：①没有考虑结构面产状的影响；②没有考虑可能不稳定的锲形体。

应用：①确定支护压力：P225，图7-26。②确定最大稳定跨度和山岩压力：③确定支护类型。岩体类别特别好极好很好好一般坏很坏极坏特坏Q1000~400400~100100~4040~1010~44~11~0.10.1~0.010.01~0.001第七章围岩稳定性的工程地质研究§7.6围岩分类第八章喀斯特及喀斯特地区的工程地质问题§8.1基本概念及研究意义1、定义：在可溶性岩石分布区，由于地表水和地下水对可溶岩进行化学溶蚀、机械侵蚀、迁移和堆积作用所形成的各种地貌现象，叫Karst。（19世纪末得名）在地表的岩溶地貌有：溶沟、石芽、峰林、孤峰等；在地下的岩溶地貌有：落水洞、溶洞、暗河、石钟乳、石笋、石柱等；属于溶蚀地貌的有：溶沟、石芽、峰林、溶洞等；属于堆积地貌的有：石钟乳、石笋、石柱等。2、研究的工程意义大型天然地下洞穴的利用；岩溶水的开采；地下水库的兴建；矿产的开发利用及危害；水库岩溶渗漏及渗透稳定；岩溶地基塌陷；地下洞室建设中的危害：突水、地下泥石流、围岩稳定；路、桥地基稳定性分析。§8-2Karst发育的基本条件和分布规律1、Karst

发育的基本条件2句话、4个条件：可溶的透水岩层；具有侵蚀性的水流。（1）岩石是可溶的：可溶性岩石是Karst发育的物质基础，按成分分成三大类：碳酸盐岩（真岩溶）、硫酸盐岩、氯化物（假岩溶）。（2）岩层是透水的（岩层的透水性）：是必要条件，有2个意义：1）扩大接触面积，地表→地下；2）加速水的循环，溶解→饱和。透水性越好，岩溶越发育，透水性对渗漏通道具有控制作用。影响透水性的因素：断裂构造和层面的分布。第八章喀斯特地区的工程地质问题§8.2喀斯特发育的基本条件和分布规律（3）水具有溶解能力水对岩石的溶解能力主要取决于水中侵蚀性CO2的含量：石灰岩在纯水中的溶解度：25℃时为14.3mg/l

石灰岩在天然水中的溶解度：可达几百mg/l，原因CO2参与了化学反应：CaCO3+CO2+H2O=Ca++CO32-+H++HCO3-水中CO2的来源：①雨水溶解空气中的CO2；②土壤和地表附近强烈的生物化学作用所形成的CO2；③火山作用、变质作用、含煤地层。水中CO2含量的动态变化：①流速降低，CO2含量降低；②随着溶解的进行，CO2

含量降低。第八章喀斯特地区的工程地质问题§8.2喀斯特发育的基本条件和分布规律（4）水是流动的水的流动状态是指水在岩层中的循环和交替情况。循环条件取决于：①岩层的透水性；②地下水的补、排条件。2、分布规律从发育条件分析岩溶分布规律。3、Karst

发育规律（1）随深度的变化1）岩溶化程度：随H增加而减弱是一般规律。但不排除深饱水带发育大溶洞。2）岩溶基准面：尚待进一步研究，主要基准面：受区域中最低的河（湖、海）面控制。暂时或局部基准面：受地区中位置较高的河流、河谷面控制。3）地下暗河向源侵蚀，使地下分水岭与地形分水岭不相符合：例P243（2)不均匀性含速度、程度及空间分布，从发育条件分析。第八章喀斯特地区的工程地质问题§8.2喀斯特发育的基本条件和分布规律（3）阶段性和多代性是缓慢的地质过程：发生、发展和消亡：一个岩溶旋回：

幼年期→青年期→中年期→老年期↓↓↓↓主要在地表发育主要向地下发育溶洞、暗河、顶板坍塌地表水流发育，出现泛滥平原、孤峰、残丘

↓

↓

↓

少量漏斗、落水洞大部分地表水转为地下水地下形态向地表形态转化、地下水部分转化为地表河

多个岩溶旋回：地壳升降；气候变化；侵蚀基准面下降。我国南方岩溶发育大致分4个期：第一版P245，表8-11。第八章喀斯特地区的工程地质问题§8.2喀斯特发育的基本条件和分布规律（4）成层性原因：岩溶水排泄基准面的变化，与河流地质作用相应：河流：下蚀→旁蚀→再下蚀↓↓↓岩溶水：垂直→水平→垂直↓↓溶洞：垂直管道水平溶洞←（5）地带性受气候控制，我国岩溶类型：热带岩溶；亚热带岩溶；温带岩溶。另有：高寒气候岩溶；干旱区岩溶；海岸岩溶。水平溶河与阶地在高度和时代上的可比性：但复杂，应慎重。第八章喀斯特地区的工程地质问题§8.2喀斯特发育的基本条件和分布规律§8.3喀斯特地区的主要工程地质问题1、喀斯特渗漏问题（1）研究内容：1）是否渗漏；2）通道及排泄；3）渗漏形式；4）防渗处理。（2）产生渗漏的基本条件：1）地形上有低（于正常蓄水位）邻谷、洼地，且分水岭单薄；2）库底和库岸岩溶发育；3）地下分水岭低于正常蓄水位（含局部）；4）无可靠（连续、有一定厚度）隔水层：因构造错动等原因而导致不连续。第八章喀斯特地区的工程地质问题§8.3喀斯特地区的主要工程地质问题（3）渗漏条件分析：1）河谷地质结构的研究据岩层组合、埋藏条件及与河谷的关系，可划分为四类河谷地质结构：①无隔水层的河谷：岩溶发育受岩性和构造裂隙的控制，渗漏问题严重：沿岩层走向或控制性断裂构造，多能形成统一含水层：潜水。②有隔水层的横向谷、斜向谷：岩层走向与流向垂直：坝基可找到隔水层（倾向上游比倾向下游好，尤为缓倾时），两岸渗漏问题突出，岩层较陡时与无隔水层相似（虽有隔水层，但不起隔水作用）。岩层平缓时侧重研究岩溶发育程度（受隔水层分布影响）。第八章喀斯特地区的工程地质问题§8.3喀斯特地区的主要工程地质问题③有隔水层的纵向谷：岩层走向与流向平行。坝址区：渗漏问题严重（无论是单斜谷、向斜谷、还是背斜谷）；库区：向斜谷：天然防渗条件好，侧重横向断层的错动；单斜谷：向一侧渗漏，侧重隔水层的分布；背斜谷：陡倾比缓倾好，产状很重要。④断层发育的河谷：断层破坏隔水层，使隔水层不起作用：使不同隔水层直