隧道围岩的工程性质

第四章隧道工程的地质环境第一节概述第二节围岩的工程性质第三节围岩的初始应力场第四节隧道围岩分级及其应用第一节概述

(a)地面结构(b)地下结构地面结构体系：结构+地基约束作用荷载：自重+外部作用力地下结构：围岩+支护结构荷载：主要来自结构体系的本身—地层，故称为地层压力或围岩压力。共同相互作用的结构体系围岩：荷载来源→主要承载结构支护结构：被动的（辅助的）承载结构总结围岩与支护共同作用理论是一个反映地质环境的综合指标。研究隧道工程地质环境问题，归根到底就是研究隧道围岩的稳定性问题，它包括：隧道围岩的稳定性隧道围岩破坏或稳定的规律；影响围岩稳定的主要因素；标志围岩稳定性的指标和判断准则；分析围岩稳定性的方法；为维护围岩稳定而必须采取的工程措施(如施工程序和方法、支护结构的类型、数量和架设时间等)。第二节围岩的工程性质隧道围岩——指地壳中受隧道开挖影响的那一部分岩体，或是指对隧道稳定性有影响的那一部分岩体。这部分岩体在隧道开挖和支护过程中，将产生应力重新分布，其性质也有所变化。

第二节围岩的工程性质岩石与岩体的区别：

岩石：均质、连续、各向同性岩体：非均质、不连续、各向异性岩体力学性质获取的方式：现场试验：真实、费时、费钱室内试验：不易取样、代表性差第二节围岩的工程性质一、岩体的变形特性二、循环荷载作用下岩体的变形特性三、岩体的强度四、岩体的构造－力学特性五、岩体的破坏准则六、岩体的流变特性七、岩体结构分类及其破坏特征八、隧道围岩失稳破坏性态1.压密阶段(OA)

2.弹性阶段(AB)

3.塑性阶段(BC)

4.破裂和破坏阶段(CD)

典型岩体全应力—应变曲线一、岩体的变形特性二、循环荷载作用下岩体的变形特性岩体属于非线性材料，如果卸载点超过了其屈服点，则卸载曲线和加载曲线不重合，形成塑性回滞环。如果经过多次反复加载与卸载，且每次施加的最大荷载与第一次加载的最大荷载一样，则每次加载、卸载曲线都各自形成一个塑性回滞环。

岩体加、卸载曲线

对于弹性材料，其加载和卸载曲线相同。岩体的强度要比岩石的强度低得多，并具有明显的各向异性。一般情况下，岩体的抗压强度只有岩石抗压强度的70～80％，结构面发育的岩体，仅有5～10％。和抗压强度一样，岩体的抗剪强度主要也是取决于岩体内结构面的性态，包括岩体的力学性质、充填状况、产状、分布和规模等；同时还受剪切破坏方式所制约。

三、岩体的强度岩体的构成：

a)不同尺寸和类型的岩块；b)结构面；

c)岩块间的充填物。四、岩体的构造－力学特性无裂隙岩体裂隙岩体地质构造特征：存在结构面岩体构造-力学特性非连续性、非均质性、各向异性和突变性理论和试验研究都表明，多数岩石在初始应力状态下处于弹性阶段，而在开挖成洞后，洞室周围岩体将产生松弛或进入塑性状态。五、岩体的破坏准则材料随着外力的增加由弹性状态过渡到塑性状态。当应力的数值等于屈服极限sc时，材料屈服，开始产生塑性变形，而s=sc就是单向应力状态下的屈服条件，也称作“塑性条件”，它是判断是否达到塑性状态的准则。弹塑性模型：屈服极限之前弹性变形屈服极限以后弹性变形＋塑性变形弹性理论塑性理论由图可知材料强度包络线及应力圆

目前，在实际设计中，采用最多的是摩尔-库仑破坏准则。令：得：除了上述准则外，还有许多其他的破坏准则，如Mises准则、Drucker-Prager准则等。格里非斯准则格里非斯认为，内部有裂隙的材料，在裂隙的尖端部位将引起应力集中，从而导致材料强度的降低。当拉应力集中值超过材料的抗拉强度时，裂隙就会扩展，从而导致岩石破坏。为了计算应力集中值，将这些裂隙假定为很小的扁平椭圆裂纹，按平面状态破坏理论处理。岩体的流变六、岩体的流变特性蠕变——作用的应力不变，而应变随时间增长；松弛——作用的应变不变，而应力随时间而衰减。

问题：围岩流变特性对隧道的影响？整体结构岩体的变形主要是结构体的变形，块状和层状结构岩体的变形主要是结构面的变形，碎裂和散体结构岩体的变形，开始是将裂隙或孔隙压密，随后是结构体变形，并伴随有结构面张开。破坏形式主要为剪切破裂和塑性变形。

工程地质学