隧道之一隧道圍巖分類及圍巖壓力講義（PPT50頁(yè)）

1、第1節(jié) 隧道圍巖性質(zhì)巖石和巖土巖石：經(jīng)過地質(zhì)作用形成的由一種或多種礦物組成的天然集合體。按其成因，巖石可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。結(jié)構(gòu)面 ：節(jié)理、裂隙、斷層和沉積巖與由沉積巖變質(zhì)的變質(zhì)巖在生成過程中形成的層理和層面統(tǒng)稱 。第1章隧道圍巖分類及圍巖壓力巖塊：由結(jié)構(gòu)面切割出的完整塊體 巖石和巖土相互轉(zhuǎn)化 絕大部分土是地表巖石，它是經(jīng)過漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史年代的同化作用而生成的。有物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化兩種過程 ，土體經(jīng)長(zhǎng)期的高壓、脫水、團(tuán)結(jié)后，又會(huì)形成巖石。巖石和土的區(qū)別只是顆粒膠結(jié)的強(qiáng)弱隧道圍巖性質(zhì)原巖： 未經(jīng)人為擾動(dòng)（如挖掘、開采等）的巖體為原巖。原巖應(yīng)力狀態(tài) ： 原巖內(nèi)部存在的應(yīng)力狀態(tài) 。原巖應(yīng)

2、力在一定時(shí)期內(nèi)可以認(rèn)為是相對(duì)平衡的。圍巖: 將開挖后隧道周圍發(fā)生應(yīng)力重新分布的巖體稱為圍巖.二次應(yīng)力（次生應(yīng)力 ）： 圍巖中重新分布的應(yīng)力 。彈性狀態(tài)的原巖應(yīng)力開挖后圍巖的次生應(yīng)力狀態(tài)可能出現(xiàn)兩種情況： （）圍巖的次生應(yīng)力狀態(tài)繼續(xù)保持彈性狀態(tài)，彈性理論的基本定律仍然適用，這種情況圍巖是穩(wěn)定的，隧道可以不加支護(hù)； （）圍巖的次生應(yīng)力狀態(tài)在隧道的某些部位超過了巖體的屈服極限，甚至強(qiáng)度極限，這時(shí)圍巖就會(huì)出現(xiàn)過大的變形，進(jìn)而破壞，為保持隧道的穩(wěn)定，必須采取支護(hù)措施，強(qiáng)制圍巖穩(wěn)定。 地下水也是影響隧道穩(wěn)定的重要因素。水對(duì)巖土有軟化作用，并降低巖土體強(qiáng)度和質(zhì)量等級(jí)。 圍巖本身具有一定的自承載能力，充分發(fā)揮

3、圍巖的自承載能力，會(huì)大大降低隧道支護(hù)成本。隧道開挖后，適當(dāng)控制圍巖的變形，對(duì)隧道的維護(hù)具有重要意義。第2節(jié)隧道圍巖分類圍巖分類的目的圍巖分類的目的就是在對(duì)巖土體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)提供一種客觀而統(tǒng)一的比較手段和衡量標(biāo)準(zhǔn)，以便根據(jù)巖土體的質(zhì)量為工程設(shè)計(jì)和布局提供合理的計(jì)算參數(shù)和實(shí)用指標(biāo)，為工程選擇合理的施工方法提供可靠的依據(jù)。圍巖分類方法圍巖分類需要滿足科學(xué)性和實(shí)用性要求，圍巖分類方法必須來源于實(shí)踐，然后再返回到工程實(shí)踐中去檢驗(yàn)，并得到不斷的完善。同時(shí)，任何一種圍巖分類方法都是為一定目的服務(wù)的，它必然存在一定的局限性。因?yàn)檫@些方法都是針對(duì)某種類型巖石工程或?qū)ｉT需要而制定的。.圍巖分類的幾個(gè)基本問題.

4、圍巖分類的基本內(nèi)容一個(gè)完整的圍巖分類方法應(yīng)包括三個(gè)組成部分，即: 分類因素 分類標(biāo)準(zhǔn) 工作指標(biāo)分類因素： 是確定圍巖級(jí)別所必須事先知道的定性或定量指標(biāo)，通常分為基本分類因素和修正分類因素。 分類標(biāo)準(zhǔn)： 是確定圍巖級(jí)別的具體方法，它可以歸結(jié)為經(jīng)驗(yàn)分類法、數(shù)學(xué)理論分類法和經(jīng)驗(yàn)與數(shù)學(xué)理論相結(jié)合的方法。 工作指標(biāo)： 應(yīng)該包括圍巖的物理力學(xué)參數(shù)、自穩(wěn)能力及所能承受的極限荷載、或者隧道支護(hù)的設(shè)計(jì)荷載、甚至是圍巖的加固支護(hù)措施等。1.1.2圍巖分類因素的選擇 圍巖分類不可能包含全部眾多因素，分類因素的選擇一般應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)原則： （1）從重性原則 （2）獨(dú)立性原則 （3）簡(jiǎn)易性原則1.1.3圍巖分類因素權(quán)重

5、的分配 在正確選定分類因素以后，各因素在確定圍巖級(jí)別時(shí)，權(quán)重的分配就成為分類方法合理與否的關(guān)鍵。對(duì)于不同質(zhì)量的巖體，各種因素的影響程度是不一樣的。 圍巖分類方法（1）以巖石強(qiáng)度或巖芯質(zhì)量等單一指標(biāo)為基礎(chǔ)的分類方法代表人物：前蘇聯(lián)普羅托奇雅可諾夫“巖石堅(jiān)固性系數(shù)”即普氏系數(shù)分類法，它以巖石的普氏系數(shù)為指標(biāo)，將巖石分為1015個(gè)級(jí)別。 fRc10（2）以巖體結(jié)構(gòu)或構(gòu)造為主的分類方法 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所是巖體結(jié)構(gòu)分類方法的代表。這種方法認(rèn)為巖體與一般連續(xù)介質(zhì)的區(qū)別主要在于它是被各種各樣的結(jié)構(gòu)面切割而成的裂隙體，結(jié)構(gòu)面的分布、組合關(guān)系及其性質(zhì)在很大程度上控制著工程巖體的穩(wěn)定性。同時(shí)認(rèn)為，根據(jù)結(jié)構(gòu)面切

6、割程度的嚴(yán)重性，應(yīng)采用不同的力學(xué)介質(zhì)模型。 （3）以結(jié)構(gòu)面參數(shù)或聲波參數(shù)為基礎(chǔ)的分類方法 此類方法有著名的節(jié)理巖體地質(zhì)力學(xué)分類法（CSIR方法），該分類方法由賓尼亞斯基（ZJBieniawski）提出，并得到國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)（ISRM）的推薦。CSIR圍巖分類法是根據(jù)巖體中五個(gè)實(shí)測(cè)參數(shù)，結(jié)合結(jié)構(gòu)面的空間方位與開挖方向之間的相對(duì)關(guān)系，以綜合評(píng)分值的代數(shù)和作為劃分圍巖級(jí)別的依據(jù)，即:CSIRABCDEF圍巖分類的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 1994年，經(jīng)過專家討論和推薦，工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正式頒布執(zhí)行。工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是以現(xiàn)有行業(yè)和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的共性作為制定的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)的，明確提出了巖體基本質(zhì)量的概念和

7、由定性劃分、定量指標(biāo)兩種手段確定巖體基本質(zhì)量的方法。 定性劃分巖體基本質(zhì)量級(jí)別時(shí):巖石堅(jiān)硬程度根據(jù)錘擊聲、回彈程度、擊碎難易和浸水后的反應(yīng)來確定；巖體完整程度根據(jù)巖體中結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度和結(jié)合程度（如結(jié)構(gòu)面的張開度、貫通度、起伏粗糙度和充填狀況）來確定。定量劃分巖體基本質(zhì)量級(jí)別時(shí)，根據(jù)巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ的大小確定： BQ903Rc250Kv 式中 Rc巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度，MPa； Kv巖體完整系數(shù)。使用上式確定巖體基本質(zhì)量指標(biāo)：當(dāng)Rc90Kv30時(shí)，應(yīng)以Rc90 Kv30代人計(jì)算：當(dāng)Kv0.04 Rc十 0.4時(shí)而以Kv0.04 Rc十 0.4代人計(jì)算。隧道圍巖分類.鐵路隧道圍巖分類我國(guó)19

8、86年施行的鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定，目前鐵路隧道圍巖分類采用兩種方法，即以圍巖穩(wěn)定為基礎(chǔ)的分類方法和按彈性縱波速度的分類方法。 （）節(jié)理發(fā)育程度的基本特征 （）地質(zhì)構(gòu)造影響程度 （）層狀巖層厚度的劃分 （）分類對(duì)地下水的處理采取降級(jí)的方法 .水工隧洞圍巖分類 水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范（SD 13484）推薦的圍巖分類見表 16。該分類是一種定性的分類，表中的巖體結(jié)構(gòu)、巖石的堅(jiān)硬程度、節(jié)理的發(fā)育程度及層狀巖層的厚度劃分均可參考前面分類相關(guān)的描述。巖體完整性系數(shù)幾按式（O一3）計(jì)算，V表示圍巖的縱波速度。所用的聲波指標(biāo)以孔測(cè)法測(cè)試值為準(zhǔn)，如果用其他方法測(cè)試時(shí)，可通過對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行換算。一般條件下確定圍巖

9、類別時(shí)，應(yīng)以巖石的單軸飽和抗壓強(qiáng)度為準(zhǔn)，做單軸抗壓強(qiáng)度后可不做點(diǎn)荷載強(qiáng)度；當(dāng)隧道跨度小于5 m、服務(wù)年限小于 10年時(shí)，可不做巖體聲波指標(biāo)測(cè)試。 .錨桿、噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB 8685）圍巖分類 這種分類以定量和定性兩大指標(biāo)為基礎(chǔ)確定圍巖分類 ，見下表； 表中Is為巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度；Rc為巖石的單軸飽和抗壓強(qiáng)度；Sm為巖體強(qiáng)度應(yīng)力比，按下式計(jì)算：SmKvRc 式中為垂直于隧道洞軸線平面的較大主應(yīng)力，若無地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)用下式計(jì)算：H式中 上覆巖層平均容重，Nm3；H上覆巖層厚度，m。第3節(jié)圍巖壓力及其確定圍巖壓力廣義的圍巖壓力 ： 巖體力學(xué)中把由于開挖而引起的圍巖或支護(hù)結(jié)構(gòu)上的力學(xué)效應(yīng)

10、統(tǒng)稱為廣義的圍巖壓力 。狹義的圍巖壓力 ： 作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的部分圍巖壓力 。影響圍巖壓力大小的主要因素：（）巖體的初始地應(yīng)力狀態(tài)（）巖體的物理力學(xué)性質(zhì)（）巖體結(jié)構(gòu)（）工程性質(zhì)（）支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及支護(hù)時(shí)間 圍巖壓力就其表現(xiàn)形式可分為如下四類：（）松動(dòng)壓力：由于開挖而引起圍巖松動(dòng)或坍塌的巖體以重力形式作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力稱為松動(dòng)壓力，亦稱散體壓力。 （）變形壓力：開挖必然引起圍巖變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)為抵抗圍巖變形而承受的壓力稱為變形壓力。 變形壓力與支護(hù)結(jié)特性和時(shí)間的關(guān)系（）沖擊壓力：沖擊壓力是圍巖中積累的大量彈性變形能，受開挖的擾動(dòng)，這些能量突然釋放所產(chǎn)生的巨大壓力。 （）膨脹壓力：某些巖體由于遇水后體積發(fā)生膨脹，從而產(chǎn)生膨脹壓力。 (1)隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過程中，頂板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋(圖a)，可視為變形階段；(2)頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?dòng)(圖b)，可視為松動(dòng)階段；(3)頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步塌落(圖 c)，可視為塌落階段；(4)頂板塌落停止，達(dá)到新的平衡，此時(shí)其界面形成一近似的拱形(圖d)，可視為成拱階