4.2隧道围岩的初始应力场与围岩分级
隧道工程第二章-围岩分级
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。
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
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
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：
4.2隧道围岩的初始应力场与围岩分级
4
王丽琴主讲
我国大陆初始应力场 (包括自重应力场和构造应力场 ) 的变化规律大致可以归纳为如下几点： ① 地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且除以各种 构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，这种 残余构造应力将对地下工程产生重大影响。
② 垂直应力的量值随深度增加而增大，而且水平应力普 遍大于垂直应力。
i 1
王丽琴主讲
围岩自重应力场的变化规律
1. 应力是随深度成线性增加； 2. 水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等。
3
王丽琴主讲
(二)构造应力场
地质力学认为：地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是 地应力作用的结果。因而地质力学就把构造体系和构造形式在 形成过程中的应力状态称为构造应力场。
在 1975 年铁道部颁布了以围岩结构特征和完整状态为分 类基础的新的铁路隧道围岩稳定性分级法，它总结了我国建 国以来在修建铁路隧道中使用 f 值分级法所积累的经验，并 参考了国内外有关围岩分级成果。
17
王丽琴主讲
㈠ 围岩分级的基本因素及围岩基本分级
1、围岩分级的基本因素 围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基 本因素确定。 岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指 标两种方法确定。
23
王丽琴主讲
2、初始应力场
围岩的初始应力状态对岩体的构造 - 力学特征是有一定 影响的。因此，围岩分级中考虑了初始应力状态的影响，将 初始应力场采取修正系数的方法，对围岩级别予以降级。
24
王丽琴主讲
初始地应力状态评估
初始地应 力状态
主要现象
硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁 岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差
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隧道围岩级别划分和判定
隧道围岩级别划分与判定隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性，作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。
1 国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级1.1围岩分级围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表1.1规定。
注1 围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。
2 本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。
3 层状岩体按单层厚度可划分为厚层大于0 .5m中厚层0 .1~0 .5m薄层小于0 .1m4 一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m，服务年限小于10 年的工程确定围岩级别时可采用点荷载强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试5 测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。
3公路隧道围岩分级3.1公路隧道围岩分级围岩级别可根据调查、勘探、试验等资料、岩石隧道的围岩定性特征、围岩基本质量指标（BQ）或修正的围岩质量指标[BQ]值、土体隧道中的土体类型、密实状态等定性特征，按表3.1确定。
当根据岩体基本质量定性划分与（BQ）值确定的级别不一致时，应重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性，并对它们重新观察、测试。
在工程可行性研究和初勘阶段，可采用定性划分的方法或工程类比方法进行围岩级别划分。
注：本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。
3.2围岩分级的主要因素公路隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，并按以下顺序进行： (1)根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标（BQ），综合进行初步分级。
(2)对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上，考虑修正因素的影响修正岩体基本质量指标值。
(3)按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。
隧道围岩分级与围岩压力(二)-中南大学-《隧道工程》
1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法
(1) 隧规法（统计法）：采用破损阶段法设计时
q hq
hq 0.45 2s1 w
式中 γ—围岩容重；
hq—坍落拱高度； s —围岩级别；
w —宽度影响系数，由 w=1+i（B-5）计算：
B —坑道宽度，当 B＜5m时，取 i =0.2，
当 B＞5m时，取i =0.1。
●假定：所有的岩体都不同程度地被节理、裂隙所切 割，因此可视为散粒体。但岩体又不同于一般的散粒体， 其结构面上仍存在着不同程度的粘结力。
●这种粘结力体现为摩擦力，以似摩擦系数f表示—
—称其为岩体的“坚固性系数”。
33
4.4.4 围岩松动压力的确定方法
1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法
(2)普氏理论 ● 岩体坚固性系数f：是一个以岩体强度为主的指
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4.4.4 围岩松动压力的确定方法
(2)普氏理论
●围岩压力 作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散岩 体的重力 ◆垂直匀布松动压力为
q h
◆围岩水平匀布松动压力可按朗金公式计算源自e(q1 2
Ht
)
tg
2
(45
0
2
)
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4.4.4 围岩松动压力的确定方法
(2)普氏理论 ◆跨度
①坚硬岩体:
B Bt
本节主要内容： ➢岩体初始应力状态 ➢围岩压力定义与分类 ➢围岩松动压力的形成过程 ➢围岩松动压力的确定方法 ➢明洞压力的计算 ➢围岩压力的现场量测
4
4.4 围岩压力的确定
4.4.1 岩体初始应力状态
1. 岩体初始应力状态
隧道开挖前未扰动的岩体应力状态——也称原始应
力或一次应力。
隧道工程第四章 隧道围岩分级与围岩压力
初始地应力状态对围岩级别的修正按表2-17进行。
根据岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素对围岩的基本分级， 结合地下水装态和初始地应力状态对基本分级的修正，隧道围岩的 级别按表2-18综合确定。
4.2 围岩压力及成拱作用
4.2.1 围岩压力
围岩压力是指衬砌结构承受的压力。 围岩压力按作用形态，一般可分为以下几种类型。 1. 松动压力
•
需要指出：两种方法都可以在地面垂直向下钻孔，也
可在洞室内水平钻孔或向上钻孔进行量测。但孔底法只能
测到一个平面上的两个主应力，第三哥主应力需要假设，
若要量测三维应力状态，一般量测岩体应力的精度与岩体应力
-应变关系有关；因此，在条件许可的情况下，尽可能在
量测岩体应力的现场同时进行岩体应力-应变关系的测定。
第四章 围岩分级与围岩压力
4.1 隧道围岩分级 4.2 围岩压力及成拱作用 4.3 围岩压力的确定 4.4 围岩压力的实测方法
4.1 围岩分级
4.1.1 概述
隧道围岩的稳定性程度，一般用围岩的分级来评定。
围岩的分级决定了隧道的最佳施工方法和支护结 构。 围岩的分级，目前还是以“经验分级”为主。
4.1.2 围岩分级
由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支 护结构上的压力称为松动压力。 松动压力：竖向压力、侧向压力和底压力
松动压力存在的三种情况：
（1）整体稳定的岩体，出现个别松动掉块的岩石； （2）松散软弱的的岩体，坑道顶部和两侧片帮冒落； （3）在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软弱面发 生剪切破坏或拉坏等局部塌落。
应力解除法具体实施方法有两种：孔底法，孔壁 和孔径法。
（1）孔底法
实施步骤
1、用环钻钻孔至所要求量测应力的深度，取出岩心（图2-6a）
隧道围岩分级及其主要力学参数
隧道围岩分级及其主要力学参数一、一般规定在公路勘察设计过程中，是根据周边岩体或土体的稳定特性进行围岩分级的。
围岩分Ⅰ～Ⅵ级，由于每级间范围较大，施工阶段对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ基本级别，再进行亚级划分。
在公路隧道按土质特性和工程特性分:岩质围岩分级—-Ⅰ～Ⅴ级；土质围岩分级Ⅳ～Ⅵ级。
对岩质围岩和土质围岩分别采用不同的指标体系进行评定:岩质围岩基本指标为岩质的坚硬程度和完整程度，修正指标为地下水状态，主要软弱结构面产状及初始地应力状态。
土质围岩分级指标体系宜根据土性差异而组成，粘土质围岩基本指标为潮湿程度。
沙质土围岩基本指标为密实程度。
修正指标潮湿程度。
碎石土围岩基本指标为密实程度。
至于膨胀土、冻土作为专门研究，这里暂不述。
围岩分级指标体系中可用定性分析，也可用定量分析，但由于工地施工条件时间等因素，一般我们仅采用定性分析.下面我讲定性分析来确定围岩级别.1、确定岩性及风化程度。
2、结构面发育,主要结构面结合程度，主要结构面类型，甚至产状倾角、走向结构面张开度，张裂隙。
3、水的状况涌水量等。
二、岩石坚硬程度的定性划分1、坚硬岩：锤击声清脆、震手、难击碎，有回弹感，浸水后大多无吸水反应，如微风化的花岗岩——正长岩，闪长岩，辉绿岩，玄武岩,安山岩，片麻岩，石英片麻岩，硅质板岩，石英岩,硅质胶结的砾岩，石英砂岩，硅质石灰岩等等。
2、较坚硬岩:锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎,浸水后有轻微吸水反应。
如未风化~微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩等。
3、较软岩:锤击声不清脆，无回弹，较易击碎，浸水后指甲可刻击印痕。
如未风化～微风化的凝灰岩，砂质泥岩，泥灰岩，泥质砂岩,粉砂岩,页岩等。
4、软岩：锤击声哑，无回弹，有凹痕，多击碎，手可掰开.如强风化的坚硬岩，弱风化～强风化的较坚硬岩，弱分化的较软岩，未风化的泥岩等.5、极软岩:锤击声哑，无回弹,有较深凹痕，手可捏碎，浸水后可捏成团，如全风化的各种岩类，各种半成岩。
隧道围岩级别划分与判定
隧道围岩级别划分与判定隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性，作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。
1 国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》围岩分级1.1围岩分级围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表1.1规定。
表1.1 围岩分级注1 围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。
2 本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。
3 层状岩体按单层厚度可划分为厚层大于0 .5m中厚层0 .1~0 .5m薄层小于0 .1m4 一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m，服务年限小于10 年的工程确定围岩级别时可采用点荷载强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试5 测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。
3公路隧道围岩分级3.1公路隧道围岩分级围岩级别可根据调查、勘探、试验等资料、岩石隧道的围岩定性特征、围岩基本质量指标（BQ）或修正的围岩质量指标[BQ]值、土体隧道中的土体类型、密实状态等定性特征，按表3.1确定。
当根据岩体基本质量定性划分与（BQ）值确定的级别不一致时，应重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性，并对它们重新观察、测试。
在工程可行性研究和初勘阶段，可采用定性划分的方法或工程类比方法进行围岩级别划分。
表3.1 公路隧道围岩分级注：本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。
3.2围岩分级的主要因素公路隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，并按以下顺序进行：(1)根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标（BQ），综合进行初步分级。
(2)对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上，考虑修正因素的影响修正岩体基本质量指标值。
(3)按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。
隧道围岩分级与围岩压力 围岩压力
围岩压力
围岩压力
(a)
(b)
变
松
形
动
阶
阶
段
段
(c)
(d)
塌
成
落
拱
阶
阶
段
段
围岩松动压力的形成
围岩压力
围岩压力
⑴ 隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中，顶板开始沉陷， 并出现拉断裂纹，可视为变形阶段；
⑵ 顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结构面切割等原因， 逐渐转变为松动，可视为松动阶段；
⑶ 顶板岩体视其强度的不同而逐步坍塌，可视为坍塌阶段；
围岩压力
⑴ 深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法)
围岩竖向匀布压力q 按下式计算：
q = 0.45 ×2 s-1×γω (kN/m2)
式中 ：S—围岩级别，如属II级，则S＝2； γ— 围岩容重， (kN/m3)； ω＝1+ i(B-5) — 宽度影响系数； B — 隧道宽度,(m）； i —以B＝5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率。 当B<5m，取i ＝0.2；当B > 5m,取i ＝0.1。
围岩压力
① 深、浅埋隧道的判定原则
Hp＝（2～2.5）hq 式中:Hp—深浅埋隧道分界深度;
hq—荷载等效高度，按下式计算： hq＝q/γ
q —深埋隧道竖向均布压力 kN／m2； γ —围岩容重（kN／m2）。
围岩压力
在矿山法施工的条件下
I～Ⅲ级围岩取 Hp＝2hq
Ⅳ～Ⅵ级围岩取 Hp＝2.5hq
围岩压力
围岩压力
围岩压力
围岩压力是指隧道开挖后，围岩作用在隧道支护上的压力，是隧道支撑
或衬砌结构的主要荷载之一。
岩体初始 应力状态
关于隧道围岩的分级
关于隧道围岩的分级最近一段时间学习了关于隧道围岩分级的问题，逐渐的了解了隧道的施工工艺及工序，也在网上查找了一些关于围岩问题的文章，学习了，很深奥，有很多东西还是不能够理解，希望能交到良师益友向您学习，本文章来自于百度文库，我整理了下，其中有些内容是我通过查找规范所得。
《公路隧道设计规范JTGD70-2004》《公路工程地质勘察规范JTJ064-98》《岩土工程勘察规范GB50021-2001》《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）《工程岩体分级标准》（GB50218-94）《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)《地铁设计规范》（GB50157-2003）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(50086-2001)《公路隧道施工技术规范》（JTJF60-2009）《工程岩体分级标准》（GB50218-94）名词解释：围岩：围岩是隧道开挖后其周围产生的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）在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。
岩爆：岩体中聚积的弹性变形能在地下工程开挖中突然猛烈释放，使岩石爆裂并弹射出来的现象。
轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。
严重的可测到4.6级的震级，一般持续几天或几个月。
发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。
这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。
预防岩爆的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓-钢丝网-混凝土支护。
在JTJD70-2004《公路隧道设计规范》中关于隧道围岩级别划分为六级，级别越大围岩越差，六级为土，但目前实施中不同，《岩土工程勘察规范GB50021-2001》中规定地下铁道围岩分类应按GB50307-1999《地下铁道，轻轨交通岩土工程勘查规范》,GB50307-1999《地下铁道，轻轨交通岩土工程勘查规范》中的围岩分类方法引自原《铁路隧道设计规范》(TB10003-1999)围岩分级是根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94）结合工程经验得来的，勘察是为设计服务的，所以在地铁工程勘察中，如果还利用地铁勘察规范进行围岩分类，易给设计带来不便。
关于隧道围岩的分级
关于隧道围岩的分级最近一段时间学习了关于隧道围岩分级的问题，逐渐的了解了隧道的施工工艺及工序，也在网上查找了一些关于围岩问题的文章，学习了，很深奥，有很多东西还是不能够理解，希望能交到良师益友向您学习，本文章来自于百度文库，我整理了下，其中有些内容是我通过查找规范所得。
《公路隧道设计规范JTGD70-2004》《公路工程地质勘察规范JTJ064-98》《岩土工程勘察规范GB50021-2001》《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）《工程岩体分级标准》（GB50218-94）《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)《地铁设计规范》（GB50157-2003）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(50086-2001)《公路隧道施工技术规范》（JTJF60-2009）《工程岩体分级标准》（GB50218-94）名词解释：围岩：围岩是隧道开挖后其周围产生的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）在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。
岩爆：岩体中聚积的弹性变形能在地下工程开挖中突然猛烈释放，使岩石爆裂并弹射出来的现象。
轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。
严重的可测到4.6级的震级，一般持续几天或几个月。
发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。
这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。
预防岩爆的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓-钢丝网-混凝土支护。
在JTJD70-2004《公路隧道设计规范》中关于隧道围岩级别划分为六级，级别越大围岩越差，六级为土，但目前实施中不同，《岩土工程勘察规范GB50021-2001》中规定地下铁道围岩分类应按GB50307-1999《地下铁道，轻轨交通岩土工程勘查规范》,GB50307-1999《地下铁道，轻轨交通岩土工程勘查规范》中的围岩分类方法引自原《铁路隧道设计规范》(TB10003-1999)围岩分级是根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94）结合工程经验得来的，勘察是为设计服务的，所以在地铁工程勘察中，如果还利用地铁勘察规范进行围岩分类，易给设计带来不便。
隧道围岩级别划分及判定
3-1-1隧道围岩级别划分与判定隧道围岩分级就是评定围岩性质、判断隧道围岩稳定性，作为选择隧道位置、支护类型的依据和指导安全施工。
国内外现在的围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合3种方法，且多以前两种方法为主。
定性分级的做法是，在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断，或对主要因素作出评判、打分，有的还引入分量化指标进行综合分级。
以定性为主的分级方法，如现行的公路、铁路隧道围岩分级等方法经验的成分较大，有一定人为因素和不确定性，在使用中，往往存在不一致，随勘察人员的认识和经验的差别，对同一围岩作出级别不同的判断。
采用定性分级的围岩级别，常常出现与实际差别1～2级的情况。
定量分级的做法是根据对岩体性质进行测试的数据或对各参数打分，经计算获得岩体质量指标，并以该指标值进行分级。
如国外N.Barton 的Q分级，Z.T.Bieniawsks的地质力学（MRM）分级、Dree的RQD值分级等方法。
但由于岩体性质和赋存条件十分复杂，分级时仅用少数参数和某个数学公式难以全面准确地概括所有情况，而且参数测试数量有限，数据的代表性和抽样的代表性均存在一定的局限，实施时难度较大。
影响围岩稳定的因素多种多样，主要是岩石的物理力学性质、构造发育情况、承受的荷载（工程荷载和初始应力）、应力变形状态、几何边界条件、水的赋存状态等。
这些因素中，岩体的物理力学性质和构造发育情况是独立于各种工作类型的，反映出了岩体的基本特性，在岩体的各项物理力学性质中，对稳定性关系最大的是岩石坚硬程度，岩体的构造发育状态、岩体的不连续性、节理化程度所反映的岩体完整性是地质体的又一基本属性。
国内外多数围岩分级都将岩石坚硬程度和岩体的完整程度作为岩体基本质量分级的两个基本因素。
1 国标《锚杆喷射混凝土支护技术规X》围岩分级1.1围岩分级围岩级别的划分应根据岩石坚硬性岩体完整性结构面特征地下水和地应力状况等因素综合确定并应符合表1.1规定。
隧道围岩分级与围岩压力 围岩分级
第II类：与地质构造有关的要素。其分类指标采用诸如岩石 的质量指标、地质因素平分法等，这些指标实质上是对岩体完整 性或结构状态的评价。这类指标在划分围岩的级别中一般占有重 要地位；
第III类：与地下水有关的要素。
围岩分级
围岩分级
目前国内外围岩的分级方法，考虑上述三大基本要素，按其性 质主要分为：
⑴ 以岩石强度或物理指标为代表的分级方法 ⑵ 以岩体构造特征为代表的分级方法 ⑶ 以地质勘探手段相联系的分级方法 ⑷ 组合多种因素的分级方法 ⑸ 以工程对象为代表的分级法
围岩分级
围岩分级
4.我国公路隧道围岩分级 ⑴ 公路隧道围岩分级的出发点 ● 强调岩体的地质特征的完整性和稳定性； ● 分级指标应采用定性和定量指标结合方式； ● 明确工程目的和内容，并提出相应的措施； ● 分级应简明，便于使用； ● 考虑吸收其它围岩分级优点，并尽量和我国其它工程分级一致。
围岩分级
围岩分级
1.隧道围岩分级及其应用 目前，隧道围岩分级是隧道设计、施工的基础（工程类比法就
是建立在围岩分级的基础上的）。 认识事物的同一性和差异性的方法就是将事物进行分类和分级
● 围岩分类: 主要突出同一性,是质的定性评价,强调的是属性特征。 ● 围岩分级: 主要突出差异性,是量的界定,强调的是等级特征。
围岩分级
围岩分级
围岩分级
围岩
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。
围岩稳定性则是指坑道开挖后围岩自身在不支护条件下的稳定程度。
充分稳定
基本稳定
暂时稳定
不稳 定
围岩分级
围岩分级
隧道围岩分级及围岩压力
隧道围岩分级及围岩压力隧道所穿过的地层是千变方化的，可能遇到各种工程性质不同的围岩。
隧道围岩分级是评价隧道围岩稳定性的重要参数，也是隧道支护方案设计和施工工艺确定的主要依据。
分级的正确与否直接影响着隧道施工和运营安全，因此，正确划分隧道围岩分级就显得尤为重要。
在围岩分级确定的情况下，如何确定支护结构上的作用力（即围岩压力）就成为正确、合理设计隧道结构的关键。
4.1 围岩岩性与初始应力4.1.1 围岩岩性隧道工程围岩是指地壳中受开挖活动影响的那一部分岩土体。
这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。
围岩的工程性质，一般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学性质。
而对围岩稳定性最有影响的是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。
围岩既可以是岩体，也可以是土体。
本书仅涉及岩体的力学性质。
岩体是在漫长的地质历史中形成的地质体，被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等、形状各异的各种块体。
这些地质界面称为结构面或不连续面，这些块体称为结构体，岩体可以看作由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。
所以，岩体的力学性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特性及结构面的特性。
环境因素，尤其地下水和地应力对岩体的力学性质影响也很大。
在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起主导作用，所以岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。
在完整而连续的岩体中亦是如此。
反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的组合所控制。
由此可见，岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果。
岩体与岩石相比，两者有着很大的区别：与工程总体尺度相比，岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质；而岩体则具有明显的非均质性、不连续性和各向异性。
岩体抗拉变形能力差，因此，岩体受拉后很容易沿结构面发生断裂。
隧道围岩分级及围岩压力
五道岭隧道内衬砌
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二、坑道开挖前后围岩应力状态 （一）坑道开挖前围岩应力状态（初始应力状态） 坑道开挖前，地层是处于相对静止的状态。因为
地层中任何一处的土石都受到上、下、左、右、前、 后土石的挤压，保持着相对的平衡，称为原始应力状 态。它是由上覆地层自重、地壳运动的残余应力以及 地下水活动等因素所决定的。
1-2-3围岩成拱作用
四、影响围岩压力的因素
1.时间因素。不论何种围岩，在坑道开挖后的 暴露时间均是越短越好。
2.坑道的尺寸与形状因素。围岩压力是随着坑 道的尺寸增大而增大的，当坑道有引起应力集中的 形状，即有明显的拐角时，围岩压力相对较大。
3.坑道的埋深因素。当坑道的埋置深度在一定 范围内时，围岩压力是随着埋深的增大而增大时； 当坑道埋深超过此范围时，则围岩压力的大小基本 不受埋深变化的影响。
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2．形变压力（elastic pressure）（弹性抗力） 形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支护 如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共同变 形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。所以 形变压力除与围岩应力状态有关外，还与支护时间 和支护刚度有关。 3．膨胀压力（inflate pressure） 当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于围岩 吸水而膨胀崩解所引起的压力称为膨胀压力。它与 形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起的。 4．冲击压力（strike pressure）（通常是由 “岩爆”（rock burst）引起的。 冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能 之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量 突然释放所产生的压力。
三、围岩的成拱作用 当坑道开挖后，如果任意让
其变形，松动和坍塌，最后将会 看到在坑道上方形成一个相对稳 定的拱形洞穴，如图1-2-3所示。 人们常称之为“天然拱”或“平 衡拱”。
隧道围岩的初始应力场和围岩分级
王丽琴主讲
此外，在众多的因素中还要特别研究下面几点： 1、地形和地貌。 2、岩体的力学性质。 3、地温。 4、人类活动。
7
王丽琴主讲
第四节 隧道围岩分级及其应用
坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：
1)充分稳定的 坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需 任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。
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王丽琴主讲
第四节 隧道围岩分级及其应用
一、以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法 二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 三、与地质勘探手段相联系的分级方法 四、以多种因素进行组合的分级方法 五、以工程对象为代表的分级法 六、我国现行铁路隧道围岩分级
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一、以岩石强度或岩石的物性指标 为代表的分级方法
这类方法的优点是正确地考虑了地质构造特征、风化状 况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建 议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。此外，这种分 级法最早考虑了埋深对围岩级别的影响。其缺点是分类指标 还缺乏定量描述，没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法， 在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。
12
王丽琴主讲
三、与地质勘探手段相联系的分级方法
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既 可以反映岩石软硬，又可以表达岩体结构的破碎程度。因此， 在弹性波速度基础上，综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素 (岩性、风化程度、破碎状态、含水及涌水状态等)，将围岩分 为7级。我国1986年施行的“铁路隧道设计规范”中将弹性波 (纵波)速度引入隧道围岩分级中，将围岩分为6级。
① 地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且除以各种 构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，这种 残余构造应力将对地下工程产生重大影响。
隧道围岩分级及围岩压力
2.性质 性质
围岩的初始应力场经历了漫长的应力历史而逐渐构 成的，并处于相对稳定和平衡状态之中。 成的，并处于相对稳定和平衡状态之中。洞室开挖 后，使得围岩在开挖边界处解除了约束，失去平衡， 使得围岩在开挖边界处解除了约束，失去平衡， 此时洞室周边的应力都变为0。 此时洞室周边的应力都变为 。其结果引起了洞室变 形，产生应力重分布，形成新的应力场，称为围岩 产生应力重分布，形成新的应力场，称为围岩 二次应力场。 二次应力场。
岩体受剪时的剪切变形特性主要受结构面控制。 岩体受剪时的剪切变形特性主要受结构面控制。 根据结构体和结构面的具体形态， 根据结构体和结构面的具体形态，岩体的剪切变 形可能有三种方式： 形可能有三种方式： 1、沿结构面滑动 、 的变形特性。 的变形特性。 结构面的变形特性即为岩体
2、结构面不参与作用，沿结构体岩石断裂。岩石 、结构面不参与作用，沿结构体岩石断裂。 的变形特性起主导作用。 的变形特性起主导作用。 3、在结构面影响下，沿岩石剪断。岩体的变形特 、在结构面影响下，沿岩石剪断。 性介于上述二者之间。 性介于上述二者之间。
σc=P/A
岩石单轴抗拉强度
1）定义：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到 ）定义： 破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的 破坏时所能承受的最大拉应力 单轴抗拉强度(Tensile strength) ,。 试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其 横截面的断裂破坏，岩石的拉伸破坏试验 分直接试验和间接试验两类。
构造残余应力
a由于过去地质构造运动引起的，虽然外部作用力 由于过去地质构造运动引起的， 由于过去地质构造运动引起的 移去后有了部分恢复，但仍残存在岩体中的应力。 移去后有了部分恢复，但仍残存在岩体中的应力。 b岩石在形成过程中，由于热力和构造作用所引起 岩石在形成过程中， 岩石在形成过程中 的，虽经过风化、卸载，部分释放，现在仍残存 虽经过风化、卸载，部分释放， 着的原生内应力。 着的原生内应力。
隧道围岩判定等级划分方法
高速公路、铁路隧道围岩等级判定（文/萧整勇）一、前言随着我国高等级公路、铁路建设的迅猛发展，高速公路、铁路的隧道比也不断的增加，由于现阶段探测方法的不准确性，隧道围岩情况又复杂多变，隧道围岩判定、分类工作对指导隧道施工、调整工法和支护参数尤为重要。
在围岩分类的基础上再依照每一类围岩的稳定程度给出最佳的施工方法和支护结构设计。
围岩分类是选择施工方法的依据、是进行科学管理及正确评价经济效益、确定结构上的荷载（松散荷载）、确定衬砌结构的类型及尺寸、制定劳动定额、材料消耗标准等的基础，同时也是安全指导施工的有力保障。
汶马高速公路工程起于汶川县凤坪坝，止于马尔康市卓克基，是典型的第二阶梯（四川盆地）向第三阶梯（青藏高原）的过渡段。
公路沿线穿越了龙门山断裂带、米亚罗断裂带、松岗断裂带；汶马高速C14合同段的狮子坪1号隧道全长13.4公里，穿越了米亚罗断裂带，所穿越的主要岩性有变质砂岩、板岩、千枚岩等，地形地貌、水文地质条件极其复杂。
所以对狮子坪1号隧道掌子面围岩判定指导施工尤为重要。
二、隧道围岩级别判定工作流程隧道工程施工过程中需要进行隧道围岩级别判定的情况较多，这里指可能发生隧道围岩支护参数设计变更时进行的围岩级别判定工作。
由于其特殊性，隧道围岩级别判定一般采用五方现场会审制度（地质咨询、施工、监理、设计、业主）。
五方现场会审一般由业主组织，进行隧道围岩级别判定时由地质咨询方牵头会审，其他各方共同确认；进行支护参数确认时由设计方提出并经业主确认。
隧道围岩级别判定工作流程：预判-组织现场会审-审查工作-判定围岩级别-支护参数确认-签字确认。
三、隧道围岩级别判定工作方法隧道围岩判定一般采用定性和定量相结合的方法，按两步判定围岩分级：第一步通过测量或观察隧道围岩状况得到岩石硬度和岩体完整度的定量数值或定性结论，然后计算得到岩体基本质量指标BQ值或利用矩阵法查得围岩基本分级判定结论；第二步综合考虑其它影响岩体质量和稳定性的因素，选取地下水状况、软弱结构面、地应力三个因素进行围岩级别修正，同时结合隧道设计支护参数分等级的做法，以半级为单位进行修正。
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2、岩体的力学性质。
3、地温。 4、人类活动。
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王丽琴主讲
第四节
隧道： 1)充分稳定的 坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需 任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。
2)基本稳定的 坑道会因爆破、岩块结合松弛等而产生局 部掉块，但不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。
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王丽琴主讲
岩石坚硬程度的划分
岩石类别 单轴饱和抗压极 限强度Rb(MPa) 代表性岩石 未风化或微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、 石英岩、硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等 弱风化的极硬岩；未风化或微风化的熔结凝 灰岩、大理岩、板岩、白云岩、灰岩、钙质胶 结的砂岩、结晶颗粒较粗的岩浆岩等
硬 质 岩
极硬岩
硬 岩
＞60
30～60
较软岩 软 质 岩
15～30
强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风化或 微风化的云母片石、千枚岩、砂质泥岩、钙泥 质胶结的粉砂岩和砾岩、泥灰岩、泥岩、凝灰 岩等 强风化的极硬岩；弱风化至强风化的硬岩； 弱风化的较软岩和未风化或微风化的泥质岩类； 泥岩、煤、泥质胶结的砂岩或砾岩等
Q RQD J r Jw Jh J a SRF
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王丽琴主讲
根据不同的Q值，将岩体质量评为九等。
岩体质量评估
岩 体 质 量 特别 好 特别 坏 0.001 ～ 0.01
极好
良好
好
中等
不良
坏
极坏
Q
400～ 1000
100～ 400
40～ 100
10～ 40
4～10
1～ 4
0.1～ 1
0.01 ～0.1
(纵波)速度引入隧道围岩分级中，将围岩分为6级。
围岩类别 弹性波速 (km/s) Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ ＜1.0 (饱和土＜ 1.5)
＞4.5
3.5～4.5
2.5～4.0
1.5～3.0
1.0～2.0
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王丽琴主讲
四、以多种因素进行组合的分级方法
这种分级法认为，评价一种岩体的好坏，既要考虑地 质构造、岩性、岩石强度，还要考虑施工因素，如掘进方 向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等，因此就需要建 立在多种因素的分析基础之上。 在这类分级法中，比较完善的是 1974年挪威地质学家 巴顿(N.Barton)等人所提出的“岩体质量—Q”分级法。Q 与六个表明岩体质量的地质参数有关，表达如下：
4
王丽琴主讲
我国大陆初始应力场 (包括自重应力场和构造应力场 ) 的变化规律大致可以归纳为如下几点： ① 地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且除以各种 构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，这种 残余构造应力将对地下工程产生重大影响。
② 垂直应力的量值随深度增加而增大，而且水平应力普 遍大于垂直应力。
王丽琴主讲
第三节
围岩的初始应力场
一、围岩初始应力场的组成
二、围岩初始应力场的影响因素
1
王丽琴主讲
一、围岩初始应力场的组成
(一)自重应力场
在自重应力场中，地表以下任一深度H处的垂直应力等与 其上覆岩体的重量。 z H 以压应力为正， 为岩体的容重。当上覆岩体为多层时， 则为 n z i Hi 2
i 1
王丽琴主讲
围岩自重应力场的变化规律
1. 应力是随深度成线性增加； 2. 水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等。
3
王丽琴主讲
(二)构造应力场
地质力学认为：地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是 地应力作用的结果。因而地质力学就把构造体系和构造形式在 形成过程中的应力状态称为构造应力场。
王丽琴主讲
三、与地质勘探手段相联系的分级方法
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既
可以反映岩石软硬，又可以表达岩体结构的破碎程度。因此，
在弹性波速度基础上，综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素 (岩性、风化程度、破碎状态、含水及涌水状态等)，将围岩分
为7级。我国1986年施行的“铁路隧道设计规范”中将弹性波
结构类型
岩体完整性指数
完 整
巨块状整体结构
Kv＞0.75
较完整
块状结构
0.75≥ Kv ＞0.55
较破碎
层状结构、 块石碎石结构
0.55≥ Kv ＞0.35
破 碎
碎石角砾状结构
0.35≥ Kv ＞0.15
极破碎
散体状结构
Kv ≤0.15
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王丽琴主讲
2、围岩基本分级
围岩级别 Ⅰ Ⅱ 岩体特征 极硬岩，岩体完整 极硬岩，岩体较完整； 硬岩，岩体完整 极硬岩，岩体较破碎； 硬岩或软硬岩互层，岩体较完整； 较软岩，岩体完整 极硬岩，岩体破碎； 硬岩，岩体较破碎或破碎； 较软岩或软硬岩互层，且以软岩为 主，岩体较完整或较破碎； 软岩，岩体完整或较完整 土体特征 围岩弹性纵波速度(km/s) ＞4.5 3.5～4.5 2.5～4.0
4～ 7
初始地应力影响的修正
围岩级别 初始地应力状态 极高应力 高应力 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ或Ⅳ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅳ或Ⅴ Ⅴ Ⅵ Ⅵ 25
王丽琴主讲
作业：
P126 7、8、9、10、12
26
全风化的各类岩石和成岩作用差的岩石
软 岩 极软岩
5～15 ＜15
19
王丽琴主讲
岩石完整程度的划分
完整程度 结构面特征 结构面 1～ 2组，以构造型节理或层面 为主，密闭型 结构面 2～ 3组，以构造型节理、层面 为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张 型，少有充填物 结构面一般为3组，以节理及风化裂隙 为主，在断层附近受构造影响较大， 裂隙以微张型和张开型为主，多有充 填物 结构面大于3组，多以风化型裂隙为主， 在断层附近受构造作用影响大，裂隙 以张开型为主，多有充填物 结构面杂乱无序，在断层附近受断层 作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥 夹岩屑充填，充填物厚度大
在 1975 年铁道部颁布了以围岩结构特征和完整状态为分 类基础的新的铁路隧道围岩稳定性分级法，它总结了我国建 国以来在修建铁路隧道中使用 f 值分级法所积累的经验，并 参考了国内外有关围岩分级成果。
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王丽琴主讲
㈠ 围岩分级的基本因素及围岩基本分级
1、围岩分级的基本因素 围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基 本因素确定。 岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指 标两种方法确定。
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王丽琴主讲
五、以工程对象为代表的分级法
这类分级法如专门适用于喷锚支护的原国家建委颁布的 围岩分级法(1979年)、苏联在巴库修建地下铁道时所采用的 围岩分级法(1966年)等，优点是目的明确，而且和支护尺寸 直接挂钩，因此，使用方便，对指导施工很起作用。
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王丽琴主讲
六、我国现行铁路隧道围岩分级
③ 水平主应力具有明显的各向异性。
5
王丽琴主讲
二、围岩初始应力场的影响因素
围岩的初始应力状态，一般受到两类因素的影响：
第一类因素有重力、温度、岩体的物理力学性质及构 造、地形等经常性的因素。
第二类因素有地壳运动、地下水活动、人类的长期活 动等暂时性的或局部性的因素；
6
王丽琴主讲
此外，在众多的因素中还要特别研究下面几点： 1、地形和地貌。
3)暂时稳定的 大多数坑道是属于这个类型的。坑道开挖 后呈现出不同程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而处于 暂时稳定状态。 4)不稳定的
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王丽琴主讲
第四节
隧道围岩分级及其应用
围岩级别的工程作用：
①判断围岩稳定性。
②判断施工难易程度，投资依据。 ③结构分析计算的依据
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王丽琴主讲
第四节
隧道围岩分级及其应用
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王丽琴主讲
本围岩分级中关于地下水影响的修正。
地下水状态的分级
级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 状态 干燥或湿润 偶有渗水 经常渗水 10m)] 渗水量[L/(min· ＜10 10～25 25～125
地下水影响的修正
围岩级别 地下水状态级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅵ Ⅵ Ⅵ -
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王丽琴主讲
2、初始应力场
围岩的初始应力状态对岩体的构造 - 力学特征是有一定 影响的。因此，围岩分级中考虑了初始应力状态的影响，将 初始应力场采取修正系数的方法，对围岩级别予以降级。
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王丽琴主讲
初始地应力状态评估
初始地应 力状态
主要现象
硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁 岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差
1.0～2.0
Ⅵ
受构造影响很严重呈碎石、角砾及 软塑状粘性土、饱和的粉土、砂类 ＜1.0(饱和状态的土＜1.5) 粉末、泥土状的断层带 土等 21
王丽琴主讲
㈡ 围岩分级的影响因素及分级的修正
1、地下水 在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的，在同级围 岩中，遇水后则适当降低围岩级别。 降低的幅度主要看： ①围岩的岩性及结构面的状态； ②地下水的性质、大小、流通条件及对围岩浸润状况 和危害程度而定。
Ｋ是考虑地质条件的折减系数，一般情况下，Ｋ＜1.0。 11
王丽琴主讲
二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法
60年代，我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上， 提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩体综合分级法”， 并于1975年经修正后被我国“铁路工程技术规范(隧道)”所采 用。该分类法将隧道围岩分为6类。 这类方法的优点是正确地考虑了地质构造特征、风化状 况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建 议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。此外，这种分 级法最早考虑了埋深对围岩级别的影响。其缺点是分类指标 还缺乏定量描述，没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法， 在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。 12