4-课后习题答案-第四章

第四章隧道围岩分级及围岩压力4.1什么是围岩？什么是围岩压力？围岩压力确定的方法有哪些？各自的特点是什么？答：围岩是指地下工程中，包围着洞室或隧道的岩石或土层。围岩压力是指围岩对洞室或隧道的压力，是地下工程设计和施工中需要考虑的重要因素之一。

围岩压力的确定方法有以下几种：

直接测量法：通过在洞室或隧道周围安装应变计、压力计等仪器，直接测量围岩的应力状态，从而确定围岩压力。

数值模拟法：利用计算机数值模拟软件，建立围岩的数学模型，模拟围岩的应力状态，从而确定围岩压力。

经验公式法：根据已有的实测数据和经验公式，计算出围岩压力。

岩体分类法：根据围岩的岩性、结构、断裂等特征，将其划分为不同的岩体类型，然后根据不同岩体类型的特点，确定围岩压力。

这些方法各有特点：

直接测量法可以直接获得围岩的应力状态，精度较高，但需要在施工前进行，成本较高。

数值模拟法可以模拟不同条件下的围岩应力状态，可以预测围岩的变形和破坏情况，但需要建立准确的数学模型，且计算量较大。

经验公式法简单易行，适用于一些简单的工程，但精度较低，不适用于复杂的工程。

岩体分类法可以根据不同的岩体类型确定围岩压力，适用范围广，但需要对围岩的岩性、结构、断裂等特征进行准确的判断。

在实际工程中，通常会综合运用以上方法，以获得更准确的围岩压力数据。

4.2隧道围岩分级的意义是什么?答：隧道围岩分级是指根据围岩的岩性、结构、断裂等特征，将其划分为不同的岩体类型，以便确定围岩的力学性质和稳定性，从而为隧道设计和施工提供依据。

隧道围岩分级的意义主要有以下几点：

确定围岩的力学性质：不同类型的围岩具有不同的力学性质，如强度、变形性能等，通过分级可以确定围岩的力学性质，为隧道设计和施工提供依据。

预测围岩的稳定性：不同类型的围岩在不同的应力状态下具有不同的稳定性，通过分级可以预测围岩在不同应力状态下的稳定性，为隧道设计和施工提供依据。

选择合适的支护措施：不同类型的围岩需要采用不同的支护措施，通过分级可以选择合适的支护措施，提高隧道的安全性和稳定性。

评估隧道的风险：不同类型的围岩在不同的应力状态下具有不同的风险，通过分级可以评估隧道的风险，为隧道的管理和维护提供依据。

综上所述，隧道围岩分级对于隧道设计和施工具有重要意义，可以提高隧道的安全性和稳定性，降低隧道施工和运营的风险。

4.3围岩单一性指标和综合性指标分别有哪些？如何确定？答：围岩单一性指标是指围岩的某一特定性质，如岩石的强度、岩石的变形模量、岩石的压缩强度等。常用的围岩单一性指标有：

岩石的强度：岩石的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。

岩石的变形模量：岩石的弹性模量、剪切模量等。

岩石的压缩强度：岩石的压缩强度、岩石的压缩模量等。

岩石的裂隙性：岩石的裂隙密度、裂隙角度、裂隙长度等。

围岩综合性指标是指综合考虑围岩的多个性质，综合评价围岩的稳定性和可靠性。常用的围岩综合性指标有：

RMR指标：RMR指标是岩石力学分类系统中的一种，通过对岩石的强度、裂隙性、地应力等因素进行综合评价，将岩石分为不同的级别。

Q值指标：Q值指标是隧道围岩质量评价系统中的一种，通过对岩石的强度、裂隙性、地应力等因素进行综合评价，将围岩分为不同的质量等级。

GSI指标：GSI指标是岩石稳定性评价系统中的一种，通过对岩石的强度、裂隙性、地应力等因素进行综合评价，将岩石分为不同的稳定性等级。

确定围岩单一性指标和综合性指标需要进行大量的实验和野外调查，通过对围岩的采样、试验和分析，确定围岩的力学性质和稳定性，从而确定围岩的单一性指标和综合性指标。同时，也需要考虑围岩的地质特征、地形地貌、地下水等因素对围岩稳定性的影响。

4.4围岩分级岩性指标选择的原则是什么？答：围岩分级岩性指标的选择应该遵循以下原则：

与工程实际需要相符：围岩分级岩性指标应该与实际工程需要相符，能够反映围岩的稳定性和工程施工的难易程度。

具有代表性：围岩分级岩性指标应该具有代表性，能够反映围岩的整体性质，而不是局部特征。

可靠性高：围岩分级岩性指标应该具有高的可靠性，能够准确地反映围岩的物理力学性质。

易于测定：围岩分级岩性指标应该易于测定，能够在实际工程中方便地进行测量和判定。

经济合理：围岩分级岩性指标应该经济合理，能够在实际工程中得到有效的应用，同时不会增加工程成本。

与国家标准相符：围岩分级岩性指标应该与国家标准相符，能够满足国家相关规定和标准的要求。

在选择围岩分级岩性指标时，需要综合考虑以上原则，根据实际情况进行选择，以确保围岩分级岩性指标的准确性和可靠性。

4.5我国公路隧道围岩分级主要考虑哪些指标因素?答：我国公路隧道围岩分级主要考虑以下指标因素：

岩体结构：包括岩体的构造、节理、裂隙等特征，这些特征对围岩的稳定性和工程施工难易程度有重要影响。

岩体强度：包括岩体的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等，这些指标能够反映围岩的物理力学性质。

岩体稳定性：包括岩体的稳定性分析、岩体的变形和破坏特征等，这些指标能够反映围岩的稳定性和变形特征。

岩体透水性：包括岩体的渗透系数、渗透压力等，这些指标能够反映围岩的渗透性和水文地质特征。

岩体膨胀性：包括岩体的膨胀系数、膨胀压力等，这些指标能够反映围岩的膨胀性和变形特征。

岩体破碎性：包括岩体的破碎指数、破碎系数等，这些指标能够反映围岩的破碎性和变形特征。

岩体耐久性：包括岩体的耐久性、耐久指数等，这些指标能够反映围岩的耐久性和变形特征。

4.6简述我国公路隧道围岩分级的方法答：我国公路隧道围岩分级的方法主要是根据围岩的稳定性和工程施工难易程度，将围岩分为不同的等级。具体方法如下：

根据围岩的物理力学性质，将围岩分为岩石、岩屑、土等不同类型。

根据围岩的结构特征，如节理、裂隙等，将围岩分为不同的结构类型。

根据围岩的强度特征，如抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等，将围岩分为不同的强度等级。

根据围岩的稳定性特征，如稳定性分析、变形和破坏特征等，将围岩分为不同的稳定性等级。

根据围岩的渗透性和水文地质特征，将围岩分为不同的透水性等级。

根据围岩的膨胀性和变形特征，将围岩分为不同的膨胀性等级。

根据围岩的破碎性和变形特征，将围岩分为不同的破碎性等级。

根据围岩的耐久性和变形特征，将围岩分为不同的耐久性等级。

以上等级可以根据实际情况进行调整和细分，最终确定围岩的分级。根据围岩的分级，可以制定相应的围岩支护方案，确保隧道的安全和稳定。

4.7什么是隧道围岩的完整性系数？它与围岩基本质量指标有和关系？答：隧道围岩的完整性系数是指围岩的完整性程度，即围岩的破碎、裂隙、节理等缺陷的程度。完整性系数越高，围岩的完整性越好，围岩的稳定性和承载能力也越强。

围岩的完整性系数与围岩基本质量指标有一定的关系。围岩基本质量指标包括围岩的物理力学性质、结构特征、强度特征、稳定性特征、渗透性和水文地质特征、膨胀性和变形特征、破碎性和变形特征、耐久性和变形特征等。这些指标反映了围岩的基本质量状况，而围岩的完整性系数则是反映围岩的完整性程度。围岩的完整性系数越高，围岩的基本质量指标也越好，反之亦然。

在隧道工程中，围岩的完整性系数是评价围岩质量的重要指标之一。通过对围岩的完整性系数进行评价，可以制定相应的围岩支护方案，确保隧道的安全和稳定。

4.8围岩完整性包括什么内容？在围岩分级中的作用是什么？答：围岩完整性包括以下内容：

岩石强度：围岩的抗压和抗拉强度。

岩体完整性：岩体内部是否存在裂隙、节理等破坏性结构。

地应力：地下岩体所受到的应力状态。

地下水：地下水对围岩稳定性的影响。

在围岩分级中，围岩完整性的作用是评估围岩的稳定性和可靠性。通过对围岩完整性的评估，可以将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩划归为一类，将全部的围岩划分为若干类别。这样可以为地下工程的设计和施工提供参考，以确保工程的安全性和稳定性。围岩分级可以根据岩体完整性的不同等级，确定相应的支护措施和施工方法，以提高工程的可靠性和经济性。

4.9决定隧道围岩稳定性的因素有哪些？如何认识这些因素的影响？答：决定隧道围岩稳定性的因素包括：

岩石性质：包括岩石的强度、变形特性、岩石的透水性等。

岩体结构：岩体的节理、裂隙、岩层倾角等结构特征。

天然应力状态：地下岩体所受到的地应力状态，包括水平应力、垂直应力等。

地质构造：地下岩体的构造特征，如断层、褶皱等。

地下水：地下水对围岩稳定性的影响，包括静水压力、动水压力、软化效应等。

要认识这些因素的影响，可以进行以下工作：

地质调查：对隧道所在地区的地质情况进行详细调查，了解岩石性质、岩体结构、地质构造等信息。

岩石力学试验：通过对岩石样本进行力学试验，获取岩石的强度、变形特性等参数。

地应力测量：通过地应力测量仪器对地下岩体的应力状态进行测量，了解地应力的大小和方向。

水文地质调查：对地下水的水位、水压等进行监测和调查，了解地下水对围岩稳定性的影响。

数值模拟分析：利用数值模拟软件对隧道围岩进行力学分析，模拟不同因素对围岩稳定性的影响。

通过以上工作，可以全面了解各种因素对隧道围岩稳定性的影响程度，为隧道设计和施工提供科学依据，确保隧道的安全和稳定。

4.10为什么要进行围岩分级？怎样进行围岩分级？围岩分级的目的是为了评估围岩的稳定性和可靠性，并为地下工程的设计和施工提供参考，以确保工程的安全性和稳定性。通过围岩分级，可以将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩划归为一类，将全部的围岩划分为若干类别。这样可以为地下工程的设计和施工提供参考，以确保工程的安全性和稳定性。

围岩分级的具体方法可以根据不同的规范和标准而有所不同。一般来说，围岩分级可以根据以下因素进行评估：

岩石强度：包括抗压强度、抗拉强度等。

岩体完整性：岩体内部是否存在裂隙、节理等破坏性结构。

岩体结构：岩体的节理、裂隙、岩层倾角等结构特征。

地应力：地下岩体所受到的应力状态。

地下水：地下水对围岩稳定性的影响。

根据以上因素，可以采用定性和定量的方法对围岩进行分级。定性分级的方法是根据现场观察和判断，对影响围岩质量的因素进行描述和鉴别，或对主要因素进行评判和打分。定量分级的方法是根据对围岩性质的定量测量和分析，利用数值模拟等方法进行综合评估。

具体的围岩分级方法可以根据不同的规范和标准进行选择和应用，例如根据岩体完整程度和岩石强度进行分级，将围岩划分为不同的等级或类别。不同的分级方法可以根据具体工程的需求和地质条件进行选择和调整。

4.11隧道各阶段围岩分级考虑的因素有哪些不同？在隧道各阶段进行围岩分级时，考虑的因素可能会有所不同。以下是一些可能考虑的因素：

工程规划阶段：在隧道工程规划阶段，围岩分级可能主要考虑地质条件、地下水情况、地应力状态等因素。这个阶段的围岩分级主要是基于现有的地质调查和勘探数据进行初步评估。

初步设计阶段：在隧道初步设计阶段，围岩分级可能会更加详细和准确。除了考虑地质条件、地下水和地应力等因素外，还可能考虑岩石强度、岩体结构、岩石变形特性等因素。这个阶段的围岩分级可以为后续的详细设计和施工提供更具体的指导。

施工阶段：在隧道施工阶段，围岩分级可能会更加细致和实际。除了考虑前述因素外，还可能考虑岩体揭露情况、岩体变形量、岩体稳定状态等因素。这个阶段的围岩分级可以为施工过程中的支护设计和施工方法提供指导。

需要注意的是，不同的规范和标准可能会有不同的围岩分级方法和考虑因素。具体的围岩分级应根据实际情况和相关规范进行确定。在实际工程中，可能需要综合考虑多个因素，并根据不同阶段的需求进行调整和修正。

讨论题1隧道围岩分级时出现定性分级与定量分级不吻合的情况是否正常？为什么？答：定性分级与定量分级不吻合的情况在隧道围岩分级中是正常的。以下是一些可能的原因：

主观因素：定性分级可能受到人为主观判断的影响，不同的评估人员可能会有不同的判断标准和偏好，导致与定量分级结果不一致。

数据不足或不准确：定量分级依赖于准确的数据和测量结果，如果数据不足或不准确，可能导致定量分级与定性分级不一致。

分级方法的差异：定性分级和定量分级可能采用不同的方法和指标进行评估，这些方法和指标的选择可能会导致分级结果的差异。

分级标准的不一致：不同的规范和标准可能对围岩分级有不同的要求和标准，这也可能导致定性分级与定量分级不一致。

需要注意的是，围岩分级是一个复杂的过程，涉及多个因素和评估方法。在实际工程中，可能会出现定性分级与定量分级不一致的情况，这需要综合考虑各种因素，并根据实际情况进行调整和修正。最终的围岩分级应根据实际情况和相关规范进行确定。

讨论题2隧道围岩分级、围岩压力与闻言稳定性之间有何关系？答：隧道围岩分级、围岩压力和稳定性之间存在密切的关系。以下是一些可能的关系：

围岩分级与围岩压力：围岩分级是根据围岩的力学性质、岩石强度、岩体结构等因素进行评估和分类的过程。围岩压力是指围岩所受到的应力状态。围岩分级的结果可以反映围岩的稳定性和承载能力，而围岩压力则是围岩稳定性的重要指标之一。围岩分级的结果可以为围岩压力的评估和分析提供依据。

围岩压力与稳定性：围岩压力是围岩所受到的内部和外部力的作用，包括地应力、地下水压力、施工荷载等。围岩的稳定性与围岩压力密切相关，围岩压力的增大可能导致围岩的变形和破坏，从而影响隧道的稳定性。因此，对围岩压力的合理评估和控制对于确保隧道的稳定性非常重要。

围岩分级与稳定性：围岩分级的目的是根据围岩的性质和特点进行分类，以评估围岩的稳定性和承载能力。围岩分级的结果可以为隧道的支护设计和施工提供指导，从而提高隧道的稳定性。不同级别的围岩可能需要采取不同的支护措施和施工方法，以确保隧道的安全和稳定。

需要注意的是，围岩分级、围岩压力和稳定性之间的关系是复杂的，受到多个因素的影响。在实际工程中，需要综合考虑围岩的物理性质、力学性质、地质条件等因素，并根据相关规范和标准进行评估和分