隧道工程课件10-13第四章隧道工程的地质环境-围岩分级与围岩压力

1、隧道工程，讲课：宋克志(工程博士，教授)，复习与回顾，第四章隧道工程地质环境，4-1隧道工程地质环境相关概念，4-2隧道围岩的工程性质，4-4隧道围岩等级，4-5初始应力场和围岩压力，4-3围岩的稳定性，本章内容，隧道工程地质环境。 4-1主要的相关概念地下构造、支保构造、围岩、地层、围岩稳定性、隧道工程的地质环境-1地质环境相关概念、地面构造、地下构造、地下构造与地面构造的对比、制约、制约，位于岩盘体以上，位于岩盘体以内，隧道工程的地质环境-1地质环境相关概念， 地下结构与地面结构对比，隧道是结构体系隧道工程地质环境-1地质环境相关概念，隧道是地下结构体系，隧道是地下结构，地层是地下结构负荷

2、的主体，为了约束地层，限制变形和崩塌，地层是地下结构负荷的主要来源，地层起主导作用，地质勘探， 地形线路测量、地质预报、施工、重要理念、围岩对支护结构发挥着坚固的作用，隧道工程地质环境-1地质环境相关概念是地层的一部分，是隧道开挖后影响其稳定性部分的岩(土)体。 是受到隧道挖掘影响的岩体的一部分。 在隧道开挖和支护过程中，围岩发生应力再分布，其性质也发生了变化。 围岩边界：挖掘引起的应力变化是可以忽略的地方。 围岩、围岩是直接影响隧道稳定性的因素，围岩的好坏直接影响隧道的设计施工和制造成本。隧道直径约为610倍，围岩既指岩体又指土体，有关围岩的内容有地层、围岩与隧道的关系有地层、隧道、围岩、(

3、6-10)D、隧道工程地质环境-1地质环境相关概念，第4章隧道工程地质环境，4-1隧道工程地质环境4-4隧道围岩等级4-5初始应力场和围岩压力，4-3围岩的稳定性，本章内容，隧道工程地质环境-2围岩的工程性质，4-2隧道围岩的工程性质，围岩的工程性质，岩体变形特性，岩体强度，岩体构造分类，隧道工程地质环境-2围岩的工程性质，围岩的工程性质节理面、裂隙面等被岩体概念构造面切断的块体是具有由构造面和构造体构成的构造特征的地质体，岩体力学性质依赖于岩体构造特征和构造面特性，地下水对岩体力学性质有很大的影响！ 岩体的性质、容积重、节理产状等，水溶性、透水性和保水性等，拉伸、抗压、剪切强度等，对围岩的稳

4、定性最有影响的是力学性质！围岩抗变形和破坏的性质，*了解岩体的工程性质，隧道围岩的稳定性，隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质，层理面、断层面、节理面、断层带弱夹层，隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质，自然界的岩体，隧道工程的地质环境-2围自然界的岩体隧道工程地质环境-2围岩的工程性质，岩体和岩，围岩的工程性质，岩体力学性质获得，隧道工程地质环境-2围岩的工程性质，岩体变形特性，1 .岩体变形特性：2 .压迫变形，问题：岩体能拉伸吗？ 拉伸、压迫、剪切、流变、岩石：线性、弹性、岩体：弹塑性体，四个阶段；弱构造面：非线性、塑性、岩体不是单纯的弹性体，不是单纯的塑性体，而是完整性好，不是接近弹性

5、体，而是复杂的弹塑性体、破裂和松弛，接近成形体，有限隧道工程地质环境-2围岩的工程性质，典型的岩体总应力曲线岩体：压实阶段(OA )弹性阶段(AB )塑性阶段(BC )破裂和破坏阶段(CD )，峰值强度高，松软的构造面，隧道工程地质环境-2围岩的工程性质，3 .剪切变形，岩体的变形特性沿构造面主导的作用，沿岩破坏，沿岩主导的作用，沿岩剪切，在构造面的影响下介于它们之间，隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质，4 .流变特性，流变：岩体的变形和应力随时间变化的时间效应，岩体的变形特性，以及应变随时间增加，松弛：应变不变，应力随时间衰减，问题：围岩流变特性对隧道的影响、应变、应力、t、t、0、0、应

6、变=常数、应力=常数、蠕变曲线、缓和曲线、隧道工程的地质环境-2围岩的工程性剪切强度：受到结构面的制约，结构面发达的岩体，只有抗压强度：岩体：受到微裂缝的制约，强度大，岩体：受到结构面的制约，强度小，有各向异性，岩体结构分类，岩体结构，不同的块度，形状，形状块状结构、层状结构、板状结构、破碎结构、镶嵌结构、层状破碎结构散体结构、隧道工程地质环境-2围岩的工程性质、岩石试验、第四章隧道工程地质环境、4-1隧道工程地质环境相关概念、4-2隧道围岩的工程性质、4-4隧道围岩等级、4-5初始应力场4-3围岩的稳定性，本章内容，隧道工程地质环境-3研究围岩的稳定性的意义，4-3围岩的稳定性，影响围岩稳定

7、性的因素，围岩的失稳破坏状态，隧道工程地质环境-3围岩的稳定性，a :研究围岩的稳定性，如何促进围岩的稳定性研究围岩的稳定性：隧道开挖后，在不保护的条件下围岩的稳定性，问题：隧道施工的最优先事项是什么？ 围岩水平工程应用：判断围岩的稳定性判断施工难易度，投资根据结构分析计算出的依据，隧道工程地质环境-3围岩稳定性，影响围岩稳定性的因素，两种：地质因素客观因素，人为因素主观因素，工程因素：隧道工程地质环境-3围岩稳定性，围岩的裂缝广义，包括层理、节理、断裂、三明治等结构面。 完全状态：块状、大块状等。 岩体结构的特征是指岩体破碎的程度或完全状态。 根据这两个指标，1 .地质要素、隧道工程地质环境

8、-3围岩稳定性，岩体破碎程度或完全状态。 隧道工程地质环境-3围岩的稳定性，影响围岩稳定性的因素，性质1 )构造面的成因2 )构造面的光滑3 )构造面的物质组成4 )构造面的规模5 )构造面的密集度。 空间组合是指结构面的相互位置状态。 结构方面的性质和空间的结合，问题：弱结构方面有什么危害？ 什么是不利的空间组合？、 隧道工程地质环境-3影响围岩稳定性的因素，节理比较发达，是指张家界图、隧道工程地质环境-3影响围岩稳定性的因素，主要是指岩石的单轴饱和极限抗压强度Rb。 岩石强度越高，隧道越稳定。 岩石的力学性质、初始应力是隧道周围岩石变形、破坏的根本力量。 在围岩分级中考虑了初始应力。 在高

9、初始应力场条件下，围岩水平必须适当降低。 (4)围岩的初应力状态，使围岩软化，减少层间摩擦阻力，使岩块折动的具有膨胀性的围岩，与水接触时会膨胀等。地下水的影响，隧道工程地质环境-3影响围岩稳定性，围岩稳定性的因素，2 .人为因素，1 )矿井尺寸和形状尺寸：跨度越大，围岩稳定性越差的形状：圆形或椭圆形围岩以压力为主，对围岩稳定性有利的矩形或梯形，顶板围岩不利于围岩的稳定性；2 )支护结构类型强的支护：松软、松散的围岩条件下有利于围岩的稳定性；膨胀性(压迫性)围岩条件下支护力大的弱支护：弱、松散的围岩条件下不利于围岩稳定性的膨胀性(压迫性)围岩条件下释放变形，减轻支护力；3 )挖掘方法盾构和掘进机

10、法、全断面一次挖掘、小断面支部挖掘等对围岩的稳定性有不同的影响，隧道形状和尺寸支撑结构类型施工方法，隧道施工的地质环境3围岩的稳定性，隧道围岩弯曲破坏形态1 )脆性破坏整体状、块状岩体、岩性硬，局部掉块，“岩爆”，2 块状运动块状或层状岩体，块向临空面运动(倾向)，3 )弯曲折断破坏孔的顶状岩体，下沉弯曲破坏的变壁侧膨胀弯曲变形折断，4 )释放松弛了的构造岩体，在各种作用下松弛、崩塌脱落，5 )塑性变形和剪切破坏破坏岩体在许多弱结构方面产生了塑性变形和剪切破坏表现：泥石流、缘壁插入、底鼓、孔径缩小等膨胀性围岩表现，隧道工程的地质环境4初始应力场和围岩压力，隧道围岩失稳破坏形态，隧道工程的地质环

11、境4初始应力场和围岩压力，隧道围岩失稳破坏形态， 隧道工程地质环境-2围岩工程性质，岩体结构性造成的破坏，第四章隧道工程地质环境，4-1隧道工程地质环境相关概念，4-2隧道围岩工程性质，4-4隧道围岩等级，4-5初始应力场和围岩压力4-3围岩的稳定性，本章内容， 隧道工程地质环境-4隧道围岩分级、概况、4-4隧道围岩分级、隧道围岩分级方法、我国目前隧道围岩分级、隧道工程地质环境-4隧道围岩分级、隧道围岩分级概况、1 .概念、围岩分级：岩体的几个指标(一个或几个) 2、工程目的：(1)结构设计依据(2)施工方法根据(3)工程成本依据，3 .发展过程：初期只整合了岩石强度、岩体结构、岩石强度、RQ

12、D指标等各种因素。 钻井后稳定度：基本稳定，暂时不稳定，隧道工程地质环境-4隧道围岩分级，4 .考虑围岩分级的因素：隧道围岩分级方法，3个基本因素：岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。 地质构造：岩体的完整性或构造状态。 地下水：地下水发达时，围岩水平应降低。 一个附加因素：初始应力：适当地考虑。 隧道工程地质环境-4隧道围岩分级，(1)以岩石强度或岩石物性指标为代表的分级方法，隧道围岩分级方法，1 .以岩石强度为基础的分级法代表：土石分类法坚石，次坚石，松石，土2 .以岩石物性指标为基础的分级法代表：岩石坚固性系数(f值)分级法f值：综合物性指标值， 代表，泰沙基本法考虑到围岩的完整状态和

13、岩性，共计9级。 中国的交通隧道围岩分级法以泰沙基础法为参考，考虑到岩体的综合物性，共计6级。 (二)岩体结构、以岩性特征为代表的分级方法、隧道工程地质环境4隧道围岩分级、弹性波速分级法波速是反映岩性和岩体结构的综合指标，波速越高围岩越好。(3)与地质勘探手段有关的等级方法、隧道围岩等级方法、岩石质量指标RQD指标也是反映岩性和岩体结构的综合指标。 RQD指标的具体含义为岩芯复原率：具有代表性的有：隧道工程的地质环境-4隧道围岩分级、隧道围岩分级方法、岩芯、隧道工程的地质环境-4隧道围岩分级、岩石质量指标RQD节理组数Jh节理粗糙度Jr、各种因素组合的分级方法、隧道如下表现：代表性地表示节理饮食变化值Ja节理含水减率Jw应力减率SRF。 隧道工程地质环境-4隧道围岩分级，我国目前隧道围岩分级，(1)铁路隧道围岩分级，(1)历史沿革，岩体综合分级60年代，成昆线，五类隧道围岩分级74年版，首次铁路隧道规范，六类。 隧道围岩分类为86年版，加入了围岩弹性波速指标。 隧道围岩等级99年版，采用国标等级排名，改称为“围岩等级”，定为六级。 隧道围岩分级2001年版，不变。 隧道围岩分级2005年版，不变。 基