隧道工程第二章-围岩分级

程度，考虑以下四方面的因素：
按照软弱面的产状、贯通性以及充填物的情况， 将围岩分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极 破碎。
隧道工程
39
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 2 岩体的完整程度 按照围岩受地质构造影响程度，将围岩分为： 构造变动轻微、较重、严重、很严重4个等级。
按照节理发育程度的不同分为：节理不发育、
隧道工程
37
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素
岩石坚硬程度 软硬岩分界指标：30Mpa Rb>30 Rb <5 硬岩 极软岩
5 <Rb≤30 软岩
隧道工程
38
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 2 岩体的完整程度 该指标指围岩被各种结构面切割成单元体的 特征及其被切割后的块度大小。衡量围岩的完整
可采用定性划分和定量指标两种方法确定。
隧道工程
36
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 1 岩石坚硬程度 将岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类按岩性、 物理力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质 岩两大类。然后根据单轴饱和极限抗压强度再分 为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极 软岩。
42
围岩地质构造变动较强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多见扭曲及拖拉现象； 节理发育 位于断裂（层）破碎带内；节理很发育；岩体呈碎石、角砾状，有的呈粉末泥土状
围岩节理（裂隙）发育程度划分
等级 节理不发育 节理较发育 节理发育 节理很发育 地质构造作用特征
节理（裂隙）1-2组，规则，为原生型或构造型，多数的间距在1.0m以上，为密闭型。 岩体被切割成块状 节理（裂隙）2-3组，呈x型，较规则，以构造型为主，多数的间距大于0.4m，多为 密闭。部分微张开，少有填充物。岩体被切割成大块状 节理（裂隙）3组以上，不规则，呈x型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间 距小于0.4m，大部分微张开，部分张开，大部分为粘性土填充。岩体被切割成块、 碎石状 节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.2m，微张开 或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状
形式积蓄在岩体内，其中残余应力将对地下
工程产生重大影响；
隧道工程
8
初始应力场
（二）初始应力场的变化规律 2 构造应力场
构造应力场的变化规律为：
构造应力场在不深的地方已普遍存在，最大
构造应力的方向多近似水平，且水平应力普
遍大于自重应力场中水平应力分量，甚至大
于垂直分量。
隧道工程
9
岩体的基本工程性质
• ③最好在挖开地层前得到结论。
隧道工程
20
围岩分级概述
人们对围岩的认识是不断深入的 • 从国外的情况看：

土石方工程分类 法(开挖难易程 度)
岩石的坚固性来 分类: 如坚固性 系数f
RQD
从围岩稳定性出发分类来代 替多年沿用的坚固性为基础 的分类
隧道工程
21
围岩的分级方法
（一）围岩分级的基本要素 大致分三类： 第Ⅰ类：与岩性有关的要素，例如分为硬岩、软 岩、膨胀性岩类等； 第Ⅱ类：与地质构造有关的要素，如软弱结构面 的分布与形态、风化程度等； 第Ⅲ类：与地下水有关的要素。
构、性质、埋藏条件以及地质构造运动的历史等
有密切关系，根据地应力场的成因将其分为自重
应力场和构造应力场两大类。
隧道工程
4
初始应力场
（二）初始应力场的变化规律 1 自重应力场
地面
自重应力场是上覆岩
体自重产生的应力场。
zຫໍສະໝຸດ Baiduσz
σx
y σy
隧道工程
x
…
γ1H1 γ2H2 γi H i
5
初始应力场
该法把不同岩性、不同构造条件的围岩分为
九类，每类都有一个相应的地压范围值和支护措 施建议。在分级时是以坑道有水的条件为基础， 当确认无水时，4~7类围岩的地压值降低50%。
隧道工程
29
围岩的分级方法
（三）以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 2 以岩体综合物性为指标的分级方法
20世纪60年代我国在积累大量铁路隧道修建
隧道工程
33
我国铁路隧道围岩分级方法
●岩体综合分类～60年代，成昆线，五类。 ●隧道围岩分类～74年版，首部铁路隧道规范， 六类。 ●隧道围岩分类～86年版，加入围岩弹性波速指 标。 ●隧道围岩分级～99年版，采用国标分级排序， 改称“围岩分级”，六级。 ●隧道围岩分级～2001年版，不变。 ●隧道围岩分级～2005年版，不变。
隧道工程
16
岩体的基本工程性质
（三）力学性质
试件尺寸(cm):15×15×30
3 裂隙岩体的强度性质 试件强度(MPa):32.8~34.6
表中数值为试件的强度 与岩石试件强度的比值
结构面强度：c=0.11MPa;φ=38
隧道工程
17
围岩分级概述
围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分 布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产 生影响的那部分岩体（这里所指的岩体是土体与 岩体的总称）。 依据各种围岩的物理性质之间存在的内在联
（二）以岩石强度或岩石的物性指标为代表 的分级方法 2 以岩石的物性指标为基础的分级方法
代表性方法：普洛托奇雅柯诺夫提出的“岩石坚
固性系数”分级法（“f”值分级法）。 “f”值
是一个综合的物性指标值，表示岩石在采矿中各
个方面的相对坚固性。
隧道工程
28
围岩的分级方法
（三）以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 1 泰沙基分级法
岩体完整程度的划分
完整程度
完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎
结构面发育程度
不发育 较发育、不发育 发育、较发育 极发育、发育 极发育
地质构造影响程度
轻微 较重、轻微 严重 极严重、严重 极严重
隧道工程
围岩受地质构造影响程度等级划分
等级 轻微 较重 严重 很严重 地质构造作用特征
围岩地质构造变动小，无断裂（层）；层状岩体一般呈单斜构造；节理不发育 围岩地质构造变动较大；位于断裂（层）或褶曲轴的邻近地段；可有小断层，节理较 发育
系和规律，可将围岩划分为若干级，这就是围岩
分级。
隧道工程
18
围岩分级概述
围岩分级的目的： 作为选择施工方法的依据； 进行科学管理及正确评价经济效益； 确定结构上的松散荷载； 给出衬砌结构的类型及尺寸； 制定劳动定额、材料消耗标准的基础。
隧道工程
19
围岩分级概述
• 比较理想的分级方法是：
• ①准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的 随机性； • ②便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技 术装备水平；
节理较发育、节理发育、节理很发育4级。 按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻 微、较重、严重、极严重4级。
隧道工程
40
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素
围岩完整程度
指标1：结构面发育程度 指标2：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：
隧道工程
41
隧道工程
26
围岩的分级方法
（二）以岩石强度或岩石的物性指标为代表 的分级方法 1 以岩石强度为基础的分级方法
该方法单纯以岩石的强度为分级依据。该方法认
为：坑道开挖后，它的稳定性主要取决于岩石的
强度。岩石愈坚硬，坑道愈稳定；反之岩石愈松
软，坑道的稳定性就愈差。该法不全面！
隧道工程
27
围岩的分级方法
（二）初始应力场的变化规律 1 自重应力场 大多数围岩 的泊松比变化在 0.15~0.35左右。 因此，在自重应
该点的水平应力主要
是由岩体的泊松效应引起 的，按弹性理论应为
力中，水平应力
通常是小于竖直 应力的。
隧道工程
6
初始应力场
（二）初始应力场的变化规律 1 自重应力场
岩体自重应力场的变化规律为：
岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、 构造形变和次生蜕变而形成的地质体。 地下结构围岩（岩体+土体）的工程性质， 一般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学 性质。其中力学性质对围岩的稳定性影响最大。
隧道工程
10
岩体的基本工程性质
（一）物理性质 岩体物理力学性质的不均匀性；相同的天然岩 体其物理力学性质随在岩体中所测点的空间位置 不同而有差异，呈现出岩体的不均匀性。 岩体是由结构面分割的多裂隙体；结构面的存 在，决定着岩体的完整程度，关系着岩体的力学
介质属性，即控制着岩体的强度、变形和破坏特
征。
隧道工程
11
岩体的基本工程性质
（一）物理性质 岩体具有各项异性；岩体中由于岩石的结构、 构造具有方向性，使岩体强度、变形，甚至渗透 等性质在不同方向上显示出差异，称为岩体的各 向异性；主要是由于沉积岩中的层理、变质岩中 的片理，以及定向的节理裂隙、劈理、断裂和夹
隧道工程
22
⑴第I类
指岩体的破碎程度或完整状态。
●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。
裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。
●完整状态：整块状、大块状等。 按这2个指标有下图：
岩体 围岩
土体
整体块
大块体
块石状
d>1.0cm
碎石块
土石块
松散状
松软状
d=0.4-1.0cm
d=0.2-0.4cm
d<0.2cm
层等存在引起的。
隧道工程
12
岩体的基本工程性质
（二）水理性质 一般岩石的强度随着含水量增大的不同其降 低程度也不同，主要取决于岩石中的亲水矿物和 易溶性的矿物的含量及裂隙发育情况。通常用软 化系数来表示岩石的软化性。一般规定软化系数 小于0.75的岩石称为软化岩石。
隧道工程
13
岩体的基本工程性质
经验的基础上，提出的以岩体综合物性指标为基 础的“岩体综合分级法”。经多次修订现列入我 国现行的《铁路隧道设计规范》。
隧道工程
30
围岩的分级方法
（四）与地质勘探手段相联系的分级方法 1 按弹性波（纵波）速度的分级方法
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综
合指标，它既可反应岩石软硬、又可表达岩体结 构的破碎程度。根据岩性、构造状况及土压状态， 将围岩分为7类。
第四章 围岩分级及围岩压力
主讲人
冯冀蒙 博士
1
主要内容
岩体的基本工程性质 围岩分级
隧道工程
2
学习重点
围岩和围岩分级的定义 我国铁路隧道围岩分级的方法
隧道工程
3
初始应力场
（一）概 念 由于岩体的自重和地质构造作用，在开挖隧
道前岩体中就已存在的地应力场，称之为围岩的
初始应力场。围岩初始应力场的形成与围岩的结
地应力随深度线性增加； 水平应力总是不大于垂直应力； 地质构造形态改变了自重应力场的状态，这 在实际工程中不容忽视；
深度对初始应力状态有重大影响。
隧道工程
7
初始应力场
（二）初始应力场的变化规律 2 构造应力场
构造应力场的变化规律为：
地质构造形态的变化不仅改变了自重应力场，
除了以各种构造形态获得释放外，还以各种
（三）力学性质 1 单向应力状态下围岩的变形特征 典型的岩体应力—应变曲线 分解为4个阶段：压密阶段 （OA）；弹性阶段（AB）； 塑性阶段（BC）；破坏和破
裂阶段（CD）。
隧道工程
14
岩体的基本工程性质
（三）力学性质 2 三轴压缩下岩石的 强度及变形特性
隧道工程
15
岩体的基本工程性质
（三）力学性质 3 裂隙岩体的强度性质 试验研究结果表明，裂隙岩体的强度随着 裂隙组数的增加而明显减小，但当裂隙组数增 加到一定的程度之后，强度不再降低，而接近 岩石的残余强度。具体见下表。
隧道工程
34
我国铁路隧道围岩分级方法
●以围岩的稳定性判断为基础。 属于“以岩体构造和岩性特征为代表”的分级方法。
●主要考虑4种因素：
①岩石坚硬程度 ②围岩完整状态 ③地下水 ④围岩初始地应力
修正基本分级 基本分级
基本分级
修正基本分级
最终分级
隧道工程
35
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 围岩基本分级由岩石坚硬程度和岩体完整程 度两个因素确定。岩石坚硬程度和岩体完整程度
归入土类
隧道工程
d为裂缝间距
23
⑵ 第II类
● 性质 1) 结构面的成因； 2) 结构面的光滑程度； 3) 结构面的物质组成； 4) 结构面的规模； 5) 结构面的密集度。 ●空间组合
指结构面的相互位臵状态。
隧道工程
24
隧道工程
25
（3） 地下水的影响 ● 软化围岩； ● 减少层间摩阻力促使岩块滑动； ● 具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。
隧道工程
31
围岩的分级方法
（四）与地质勘探手段相联系的分级方法 2 以岩石质量为指标的分级方法-RQD方法
RQD是指钻探时岩芯复原率，或称岩芯采取
率。岩芯复原率即单位长度钻孔中10cm以上的岩 芯占有的比例：
该法将围岩分为5类。
隧道工程
32
围岩的分级方法
（五）组合多因素的分级方法 比较完善的是1974年挪威地质学家巴顿等提 出的“Q指标”分级法。该法将表明岩体质量的6 个地质参数之间的关系表达为： 岩体质量值Q实质上是岩块尺寸、抗剪强度 和作用力的复合指标，根据不同的Q值，将岩体 质量评为9级。