地下洞室工程地质

1、第七章地下洞室工程地质审查大纲，掌握地下洞室选线(选址)的工程地质要求。掌握常用的围岩分类方法及其适用性，尤其是水利水电工程地质勘察规范 GB50287推荐的分类方法。掌握影响围岩稳定性的地形地质因素和围岩稳定性评价方法。了解地下洞室的先进预测方法、支护加固措施及适用条件。了解地下洞室围岩的主要监测内容和布置原则。第七章地下洞室工程地质选线要求，1。地形完整，山体稳定，无深沟，无滑坡、滑坡等不良地质现象。2.岩性为的地下洞室应尽可能避开岩性条件差的围岩，以便将洞体置于坚硬完整的岩体中。3.地质构造的洞室应位于岩体结构完整、地质构造简单的地段，尽量避开大的构造破碎带。隧道轴线应与构造线和岩层走向

2、垂直或大角度相交。第七章地下洞室工程地质选线要求；4.地下水。洞室应尽可能置于非含水层或地下水位以上，或采取地下排水措施，以避免或减少渗透压对围岩稳定性的影响。5.地应力，洞室轴线的布置应平行于最大主应力方向或以小角度相交。洞室围岩上覆岩体最小厚度的确定与洞径、岩体完整性和岩石强度有关。根据工程经验，上覆岩体最小厚度与隧道直径(B)的关系如下：硬岩(1.01.5)B中硬岩(1.52.0)B弱岩(2.03.0)B对于内部水压较高的隧道断面，上覆岩体和侧向岩体的厚度应满足扬压力理论。根据隆起理论，假设围岩承载力完全由岩体覆盖厚度决定，不考虑构造应力场和孔径等因素。经验准则：压力隧洞必须有足够的上覆

3、岩体厚度，并能承受内部水压。水工隧洞设计规范规定，上覆岩体应根据隧洞内静水压力小于顶板以上围岩重量的要求确定，即公式中的h计算点上覆岩体厚度；P计算点的内部水压。另外两项是水和岩石的密度。第七章地下洞室工程地质围岩分类方法、围岩普通分类方法、中国科学院地质研究所GB 50287-99围岩分类标准、挪威Q系统分类法、地质力学分类法(RMR)、新奥法、第七章地下洞室工程地质围岩分类方法(标准)，其中：岩石单轴抗压强度Rc，Mpa f 20为1级，最强F 0.3为10级，最弱F0.3为10级优点：形式简单，使用方便。缺点：未考虑岩体完整性和结构特征对稳定性的影响，无法准确评价岩体的稳定性。普拉茨分类

4、法以岩石试样的单轴抗压强度为分类依据，根据普拉茨坚固系数f将岩石分为十个等级，f值越大，岩体越稳定。围岩分类表，第七章地下洞室工程地质围岩分类方法，GB 50287-99规定，围岩分类方法的基本准则控制围岩稳定性的五个因素之和，如岩石强度、岩体完整性、结构面状态、地下水和主要结构面产状，以及围岩强度应力比的限制准则3354对于硬岩，抗压强度大于100兆帕时为30点，大于60兆帕时为20点。例如，如果按照地下洞室工程地质第七章围岩分类方法，岩石的饱和抗压强度为80兆帕，则(80-60)/(A-20)=(100-60)/(。4.注意每个评分表下面的注释内容。5.各评分表和分类标准见P804805。

5、第七章，地下洞室工程地质围岩分类方法，中国科学院地质研究所围岩分类标准，基于岩体结构。岩体结构类型分为4类12个亚类。从破坏机理、变形过程、分析方法、施工方法、稳定性评价和支护等方面对各种岩体质量进行了区分。详见P807表7-4-7，挪威Q系统分类，由巴顿等人于1974年根据200个工程实例提出，在世界范围内广泛使用。这是一种更加方便实用的分类方法。围岩q值根据岩芯质量指标、节理组数、最弱节理的粗糙度系数及其变化程度或充填情况、裂隙减水系数和应力降低系数等6个因素计算，根据q值将围岩分为9个等级。巴顿岩体质量的分类和表达(q)，其中：RQD岩石质量名称；Jn联合组号得分；Jr接头表面粗糙度的评

6、分；Jw根据裂隙水条件分级；Ja联合变更程度评分；SRF根据地应力(应力降低系数)的影响进行分级。q反映了岩体质量的三个方面：(1)岩体的完整性；表明结构平面的形状、充填特征和二次变化程度；表明水和其他应力对岩体质量的影响。巴顿岩体质量(Q)分类节理组数影响(Jn)，巴顿岩体质量(Q)分类节理粗糙度影响(Jr)，巴顿岩体质量(Q)分类节理蚀变度影响(Ja)，巴顿岩体质量(Q)分类裂隙水影响(Ja)围岩初始应力越高，SRF值越大。经验数据：冲击地压严重的脆硬岩：SRF=1020，单剪切带硬岩：SRF=2.5，地下开挖当量直径：根据Q值，岩体可分为9类，如图所示：Q分类考虑的地质因素全面，定性分析

7、和定量评价相结合，软硬均适用。 在大量实测统计的基础上，Bieniawski (1976)发现，Q值与RMR值之间存在以下条件关系：Q分类的优点：考虑的因素相对全面，适用于各种岩石(软、硬)的Q分类；不考虑节理走向(担心失去简单性和影响普遍性)；Binniawski节理岩体地质力学分类(RMR分类体系)。 Bieniawski (1976)提出的分级指标RMR(岩体分级)由以下六个指标组成：(1)岩块强度(R1)，(2) RQD值(R2)，(3)节理间距(R3)，(4)节理条件(R4)，(5)地下水(R5) (6)。(1)对应于岩石强度的岩体评分值R1，(2)对应于岩芯质量指数的岩体评分值R2

8、，(3)对应于最有影响的节理组间距的岩体评分值R3，(4)节理状态的岩体评分值R4，(5)取决于地下水状态的岩体评分值r5，(6)节理方向对RMR的修正值R6，(7)节理方向和倾角对隧道开挖地质力学分类(RMR)的影响，适用于坚硬和节理岩体，但不适用于浅埋隧道：挤压、膨胀、涌水和软岩。围岩抗剪强度指标见分类表。岩体变形模量经验公式，第七章地下洞室工程地质影响稳定性的因素，影响围岩稳定性的因素地形条件冲沟、进出口断面、破碎地形等。岩体结构是影响围岩稳定性的重要因素之一，包括地层岩性、地质构造等。岩体应力岩体应力的大小和方向是影响地下建筑稳定性的重要因素。地下水地下水的存在和活动往往会恶化围岩的稳

9、定性。工程因素洞室形状、尺寸、洞室间距、施工方法和开挖顺序。第七章地下洞室工程地质围岩失稳类型、常见围岩失稳类型块或中厚层状岩体滑动与坍塌及结构控制。弯曲和破碎层状岩体，尤其是软硬相间的薄层岩体。松动和脱落破碎岩体和断层带等。深埋隧道软岩、破碎带及膨胀岩洞段的变形与膨胀。高地应力硬脆性岩体。如果有地下水，就会加剧上述四种损害。岩爆和地下水发生在不同的时间。第七章地下洞室工程地质地应力、地应力及其类型一般来说，地应力是指地壳和岩体在自然状态下的内应力或初始应力，主要是重力和构造运动综合作用形成的应力，有时也包括岩体物理化学变化和岩浆侵入形成的应力。根据成因不同，可分为自重应力、构造应力、残余应力

10、和变异应力。第七章地下洞室工程地质地应力、自重应力1。垂直应力Z和水平应力x和y分别为：其中为岩石密度；g是重力加速度；h是上覆岩体的厚度；伽马是泊松比；是侧向压力系数。第七章地下洞室的工程地质地应力、重力应力一般来说，硬岩的泊松比是0.20.3，侧压力系数是0.250.43，所以地壳岩体的垂直应力总是大于水平应力，但在深部地壳中，在上覆岩体重荷载的长期作用下或浅部岩体较弱时，侧压力系数接近0.5，然后是水平应力。大量实测数据表明，许多地区的地应力往往大于垂直应力，这表明地应力的来源还有其他因素。第七章地下洞室工程地质地应力构造应力是指由构造运动引起的地应力。活动构造应力是现代地壳运动中积累的

11、应力，也是地应力中最活跃、最重要的应力，它常常导致岩体的变形和破坏；残余构造应力是古构造运动留下的应力。构造应力明显存在于新构造运动强烈的地区，如强烈的褶皱带和深断裂带，这些地区往往积聚着巨大的地应力。第七章地下洞室的工程地质地应力、残余应力和变应力残余应力：指因地壳风化剥蚀而在岩体中留下的自平衡应力，它使垂直应力相应减小，水平应力保持不变。变异应力：指因岩体物理状态、化学性质或赋存条件的变化而产生的应力，通常只有局部意义。例如，岩浆侵入沿着接触带产生巨大的压力。第七章地下洞室工程地质地应力、地应力场分布及变化规律1。垂直应力(V)随深度2线性增加。水平应力(H)与深度之间的关系很复杂。一般来

12、说，在浅地壳中，特别是在构造活动区，水平应力在大多数情况下大于垂直应力，但当它达到临界深度时，情况正好相反。3.深谷区河床底部存在较大的水平应力，分为应力释放区、应力集中区和应力平衡区。第七章地下洞室工程地质2.高地应力条件下，硬脆完整岩体容易发生岩爆，而软岩容易发生围岩变形。第七章地下洞室工程地质地应力、洞室围岩应力特征1。邻近洞壁的岩体受到集中应力。当岩体中的应力差-r达到一定的极限值时，会发生塑性变形；当应力足够大时，就会形成一个塑性松动圈。在塑性松动圈外侧，径向应力逐渐增大，形成应力上升区(弹性圈)；在应力上升区以外，应力状态保持自然应力状态，应力状态不受洞室开挖的影响。因此，由于洞室

13、开挖，在围岩中形成三个应力分布区，即应力降低区、应力增加区和自然应力区。第七章地下洞室工程地质地应力、洞室围岩应力特征2。围岩中岩体的结构特征也控制着围岩的应力。节理面的出现与溶洞应力方向的不同会产生三种不同的结果：(1)当节理面与溶洞应力方向的夹角大于60或垂直时，最大切向应力将出现在溶洞壁与节理面的垂直交点处。第七章地下洞室工程地质地应力、洞室围岩应力特征(2)当节理面与洞体应力方向的夹角小于30或平行时，最大切向应力将出现在洞壁与节理面的切线位置；当节理面的方向与洞穴的应力方向平行时，洞穴顶部(底部)的切向应力成为最大主应力，径向应力成为斜向应力。(3)当节理面与溶洞的应力方向以45的斜

14、角相交时，在溶洞壁与节理面之间的切向和垂直位置将产生相等的最大切向应力。第七章地下洞室工程地质评价方法，围岩稳定性评价方法地质分析方法是了解围岩稳定性中经常出现并起控制作用的四个主要因素，包括岩石特性、地质结构、水作用和岩体应力，通过综合分析确定围岩的稳定性。工程类比法是根据拟建工程区的地质条件、岩体特征和动态观测数据，通过综合分析并与现有类似条件的工程进行对比，判断工程区岩体的稳定性。岩体结构分析法是一种简单的围岩结构稳定性分析方法。在第七章“地下洞室工程地质超前预报方法”中，直接预报方法可以根据施工和开挖条件以及前期调查和预报的结果，对隧道掌子面前方的地质条件进行预报。如果地质条件复杂，对

15、隧道工程危害较大，可在工作面布置超前钻孔和超前导洞。间接预测法主要利用地球物理勘探来探测前方的地质条件。近年来，地质预报越来越受到重视，尤其是深埋长隧道，地质条件难以查明。第七章地下洞室工程地质高级预报方法，主要间接预报方法1。TSP是一种反射地震仪器，由瑞士安伯格公司生产。探测深度为100 200米，该方法对断层、软弱夹层、地层边界等与隧道成大角度的软弱带有很好的效果。但对于不规则的地质缺陷，如溶洞、地下河和含水条件，它并不理想。2.水平声波剖面法是目前铁路系统广泛使用的一种物探方法。第七章地下洞室工程地质高级预测方法、主要间接预测方法3。地质雷达是应用最广泛的方法，探测深度一般小于30m，对空洞和水体敏感，因此在岩溶地区得到广泛应用。例如，6号2.支护和加固措施应充分发挥围