隧道围岩分级及围岩压力.pptx
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隧道围岩分类与围岩压力PPT52页
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6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
隧道围岩分类与围岩ห้องสมุดไป่ตู้力
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
隧道围岩分类与围岩ห้องสมุดไป่ตู้力
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
隧道工程课件：隧道围岩分级与围岩压力共53页
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
隧道工程课件：隧道围 岩分级与围岩压力
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭自己知道。——苏联
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
隧道工程课件：隧道围 岩分级与围岩压力
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭自己知道。——苏联
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）
隧道围岩分级及围岩压力
岩石强度和地下水等工程地质条件和弹性波纵波速度 因素，把围岩分为 6级，依其稳定性由好到差为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。
1. 围岩的结构特征和完整状态
围岩体通常是被各种结构面切割成大小不等、形
态各异、种类不同的岩石单元体（即结构体），围岩 结构特征是指结构面和结构体的特征。
第二十四页，编辑于星期三：十二点 十五分。
地坑院出入口
下一张
第十六页，编辑于星期三：十二点 十五分。
地坑院出入口
下一张
第十七页，编辑于星期三：十二点 十五分。
地坑院室内
返回
第十八页，编辑于星期三：十二点 十五分。
2．以岩石物理性质为指标的分级法：前苏联的
普氏分级法（也称 f 值分级法），“ f ”值是一个
综合的物性指标，它代表岩石的相对坚固性。如：
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第三十三页，编辑于星期三：十二点 十五分。
五道岭隧道内衬砌
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第三十四页，编辑于星期三：十二点 十五分。
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
式中： ? —泊松比，视地层性质不同 ? 值在
0.14~0.5 之间变化。 （二）坑道开挖后围岩应力状态（二次应力状态）
围岩应力重分布：坑道开挖之后，由于其周边 岩体的卸荷作用破坏了原有的平衡状态，使围岩的应 力状态发生了变化，同时产生了位移，促使应力重新 调整以达到新的平衡。
第三十八页，编辑于星期三：十二点 十五分。
第二十九页，编辑于星期三：十二点 十五分。
返回 第二节 围岩压力及成拱作用
1. 围岩的结构特征和完整状态
围岩体通常是被各种结构面切割成大小不等、形
态各异、种类不同的岩石单元体（即结构体），围岩 结构特征是指结构面和结构体的特征。
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地坑院出入口
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2．以岩石物理性质为指标的分级法：前苏联的
普氏分级法（也称 f 值分级法），“ f ”值是一个
综合的物性指标，它代表岩石的相对坚固性。如：
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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
式中： ? —泊松比，视地层性质不同 ? 值在
0.14~0.5 之间变化。 （二）坑道开挖后围岩应力状态（二次应力状态）
围岩应力重分布：坑道开挖之后，由于其周边 岩体的卸荷作用破坏了原有的平衡状态，使围岩的应 力状态发生了变化，同时产生了位移，促使应力重新 调整以达到新的平衡。
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返回 第二节 围岩压力及成拱作用
围岩分级与围岩压力—围岩压力(隧道工程施工课件)
第二节围岩压力及成拱作用
一、围岩压力及分类
(一)围岩压力概念
广义概念：围岩压力是指引起地下开挖空间周 围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应 力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护 结构上的作用力。
狭义概念：指围岩变形受阻而作用在支护结构 上的作用力。
(二)围ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压力分类
• 松动压力 • 形变压力 • 膨胀压力 • 冲击压力
➢ 地质因素：它包括初始应力状态、岩石力学性 质、岩体结构面等；
➢ 工程因素：它包括断面大小、施工方法、支护 设置时间、支护刚度、坑道形状等。
四、影响围岩压力的因素
具体来说可分为以下几类 ➢1.时间因素 ➢2.坑道的尺寸与形状 ➢3.坑道的埋深 ➢4.支护 ➢5.爆破 ➢6.超挖回填
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
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能 以后，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。
上述松动压力、形变压力往往同时存在，难以 严格区分。
水平岩层
倾斜岩层
拱顶坍塌、冒落
水平岩 层冒落
倾斜岩层掉 块、塌落
高边墙 坍塌
裂隙岩体顶部掉块
2.形变压力
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。
软岩巷道严重底鼓变形
软岩巷道变形、支撑断裂
3.膨胀压力
1.松动压力
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。
松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩 石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落； 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。
一、围岩压力及分类
(一)围岩压力概念
广义概念：围岩压力是指引起地下开挖空间周 围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应 力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护 结构上的作用力。
狭义概念：指围岩变形受阻而作用在支护结构 上的作用力。
(二)围ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压力分类
• 松动压力 • 形变压力 • 膨胀压力 • 冲击压力
➢ 地质因素：它包括初始应力状态、岩石力学性 质、岩体结构面等；
➢ 工程因素：它包括断面大小、施工方法、支护 设置时间、支护刚度、坑道形状等。
四、影响围岩压力的因素
具体来说可分为以下几类 ➢1.时间因素 ➢2.坑道的尺寸与形状 ➢3.坑道的埋深 ➢4.支护 ➢5.爆破 ➢6.超挖回填
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
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能 以后，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。
上述松动压力、形变压力往往同时存在，难以 严格区分。
水平岩层
倾斜岩层
拱顶坍塌、冒落
水平岩 层冒落
倾斜岩层掉 块、塌落
高边墙 坍塌
裂隙岩体顶部掉块
2.形变压力
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。
软岩巷道严重底鼓变形
软岩巷道变形、支撑断裂
3.膨胀压力
1.松动压力
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。
松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩 石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落； 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。
222隧道围岩及围岩压力(第3讲)
铁路隧道围岩分级
基 本 分 级
铁路隧道围岩分级
地下水修正 地下水对围岩的影响：软化围岩、软化结构面，促使围岩滑动； 增加滑动力，使围岩失稳。
围
岩
级
地应力修正
别
修
正
技能检测
技能检测
序号
1
老师提出问题 围岩分级的目的？
2 我国铁路隧道围岩分级的类型？
3 铁路隧道围岩分级的基本方法？
4
围岩级别修正分哪两方面？
2
围岩与岩体的区别？
3 围岩对隧道施工设计的影响？
铁路隧道围岩分级
选择施工方法的依据
1
围
进行科学管理及正确评价经济效益
2
岩 分
确定结构上的荷载
3
级
确定衬砌结构的类型及其尺寸
4
的
目
制定劳动定额
5
的
材料消耗标准基础等
6
铁路隧道围岩分级
围
以岩石强度或岩石的物类法：坚石、次坚石、松石、土
膨胀压力
围岩吸水而膨胀崩解引起的压力
冲击压力
高地应力围岩开挖隧道，部分解除约束，积累的弹 性变形能量突然释放引起岩体抛射产生的巨大压力
隧道围岩压力
影响围岩压力的因素
地质因素 工程因素
• 原始应力状态、岩石力学性质、 岩体结构面
• 施工方法、支护时间、支护本 身刚度、隧道位置、隧道形状
回顾及小结
围岩概论 围岩分级 围岩压力
类
型
铁路隧道围岩分级
基本理论
铁
“以岩体构造和岩性特征为代表的”的综合指标分级方
路
法，即采用以围岩稳定性为基础的两部分级模型。
隧
基本方法
隧道围岩分级与围岩压力计算PPT.
规范管理的八字原则
目标：通过教学让学生明白防地震工作的重要性。
学校劳动安全
1、“二知道” 招聘市场部经理
②判断施工难易程度，下来。专门有一张表格叫做来店/电登记表（第一个店是指专营店的店，另外一个电是指电话的
电）。销售人员必须把电话的谈话内容详细记录在这张表上面，以便有案可查、及时跟踪。然后还要感谢客户的来电。
③结构分析计算的依据 简述毒蛇咬伤的分析与判断、急救处理及治疗措施。
影响围岩稳定性的因素
⑴地质因素～客观因素 ⑵人为因素～主观因素、工程因素
1、地质因素
从5个方面来分析：
⑴ 岩体结构特征 ⑵ 结构面性质和空间的组合 ⑶ 岩石的力学性质 ⑷ 地下水的影响 ⑸ 围岩的初始应力状态
⑴岩体结构特征 指岩体的破碎程度或完整状态。 ●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。对稳定性起主导作用。
围岩的范围：
围岩的边界应划在开挖隧道面引起的应力变化可以 忽略不计的地方，或者说在围岩的边界上因开挖隧道而 产生的位移应该为零。一般在横断面上为6-8倍的洞径。
围岩的工程性质
物理 工程性质 水理
力学 ：围岩抵抗变形和破坏的性能。
岩体：由结构面和结构体组合而成的具有结构特 征的地质体。
岩体
结构面
岩石
C
岩体 B
A 软弱结构面
0
图4-1 典型岩体全应力应变曲线
2) 剪切变形
(1) 沿结构面滑动 (2) 岩石的断裂 (3) 在结构面的影响下沿岩石剪断
3) 流变特性 ：
●蠕变：指应力不变，而应变随时间增长。 ●松弛：应变不变，而应力随时间而衰减
问题：围岩流变特性对隧道的影响？
图4-2 岩体的流变
2、岩体强度
围岩级别的工程作用： 【案例】
目标：通过教学让学生明白防地震工作的重要性。
学校劳动安全
1、“二知道” 招聘市场部经理
②判断施工难易程度，下来。专门有一张表格叫做来店/电登记表（第一个店是指专营店的店，另外一个电是指电话的
电）。销售人员必须把电话的谈话内容详细记录在这张表上面，以便有案可查、及时跟踪。然后还要感谢客户的来电。
③结构分析计算的依据 简述毒蛇咬伤的分析与判断、急救处理及治疗措施。
影响围岩稳定性的因素
⑴地质因素～客观因素 ⑵人为因素～主观因素、工程因素
1、地质因素
从5个方面来分析：
⑴ 岩体结构特征 ⑵ 结构面性质和空间的组合 ⑶ 岩石的力学性质 ⑷ 地下水的影响 ⑸ 围岩的初始应力状态
⑴岩体结构特征 指岩体的破碎程度或完整状态。 ●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。对稳定性起主导作用。
围岩的范围：
围岩的边界应划在开挖隧道面引起的应力变化可以 忽略不计的地方，或者说在围岩的边界上因开挖隧道而 产生的位移应该为零。一般在横断面上为6-8倍的洞径。
围岩的工程性质
物理 工程性质 水理
力学 ：围岩抵抗变形和破坏的性能。
岩体：由结构面和结构体组合而成的具有结构特 征的地质体。
岩体
结构面
岩石
C
岩体 B
A 软弱结构面
0
图4-1 典型岩体全应力应变曲线
2) 剪切变形
(1) 沿结构面滑动 (2) 岩石的断裂 (3) 在结构面的影响下沿岩石剪断
3) 流变特性 ：
●蠕变：指应力不变，而应变随时间增长。 ●松弛：应变不变，而应力随时间而衰减
问题：围岩流变特性对隧道的影响？
图4-2 岩体的流变
2、岩体强度
围岩级别的工程作用： 【案例】
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
下一张
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。
返回
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”。
五道岭隧道内衬砌
返回
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”。
隧道施工技术—围岩分级与围岩压力
项目一 围岩分级与围岩压力
n 任务一 围岩分级
任务一 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
任务一 围岩分级
1
2
3
4
充分稳定。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。
基本稳定。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，层 间结合差的平缓岩 层顶板可能弯曲、 断裂。
暂时稳定。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。大多数坑道 是属于这个类型。
地下水 状态
Ⅰ
ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ Ⅴ -
Ⅱ
ⅠⅡ Ⅳ Ⅴ Ⅵ -
Ⅲ
ⅡⅢ Ⅳ Ⅴ Ⅵ -
围岩级别 Ⅰ Ⅱ
应力状态
极高应力 Ⅰ Ⅱ
Ⅵ
Ⅲ Ⅳ/Ⅴ Ⅵ
不稳定。坑
道在无支护条 件下是难以开 挖的，随挖随 坍，常常要先 支后挖。
任务一 围岩分级
1、以岩石强度或岩 石的物理性质指标为 代表的分类方法。
3、与地质勘探手段 相联系的分级方法。
2、以岩体构造、岩性 特征为代表的分类方法。
隧道围 岩分级
4、组合多种因素的 分级方法。
任务一 围岩分级
我国现行隧道围岩分级的方法： 1、围岩分级的基本因素
岩石按坚硬程度划分为极硬岩、硬岩、较软 岩、软岩和极软岩５类；按岩体完整程度划 分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎 等５类。 2、我国隧道围岩基本分级
n 任务一 围岩分级
任务一 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
任务一 围岩分级
1
2
3
4
充分稳定。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。
基本稳定。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，层 间结合差的平缓岩 层顶板可能弯曲、 断裂。
暂时稳定。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。大多数坑道 是属于这个类型。
地下水 状态
Ⅰ
ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ Ⅴ -
Ⅱ
ⅠⅡ Ⅳ Ⅴ Ⅵ -
Ⅲ
ⅡⅢ Ⅳ Ⅴ Ⅵ -
围岩级别 Ⅰ Ⅱ
应力状态
极高应力 Ⅰ Ⅱ
Ⅵ
Ⅲ Ⅳ/Ⅴ Ⅵ
不稳定。坑
道在无支护条 件下是难以开 挖的，随挖随 坍，常常要先 支后挖。
任务一 围岩分级
1、以岩石强度或岩 石的物理性质指标为 代表的分类方法。
3、与地质勘探手段 相联系的分级方法。
2、以岩体构造、岩性 特征为代表的分类方法。
隧道围 岩分级
4、组合多种因素的 分级方法。
任务一 围岩分级
我国现行隧道围岩分级的方法： 1、围岩分级的基本因素
岩石按坚硬程度划分为极硬岩、硬岩、较软 岩、软岩和极软岩５类；按岩体完整程度划 分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎 等５类。 2、我国隧道围岩基本分级
第1章隧道围岩分类与围岩压力.ppt
深埋隧道满足：
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２.２深埋隧道松动围岩压力计算
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水平压力
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２.３浅埋隧道围岩压力计算
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则有：
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式中
γ——上覆岩层平均容重，N／m3；
H——上覆岩层厚度，m。
第 3节
１围岩压力 广义的围岩压力 ：
围岩压力及其确定
岩体力学中把由于开挖而引起的围岩或支护结构
上的力学效应统称为广义的围岩压力 。
狭义的围岩压力 ：
作用在支护结构上的部分围岩压力 。
影响围岩压力大小的主要因素：
（１）岩体的初始地应力状态
等原因，逐渐转变为松动(图b)，可视为松动阶段；
(3)顶板岩体视其强度的不同而逐步塌落(图 c)，可视 为塌落阶段；
(4)顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面形成一
近似的拱形(图d)，可视为成拱阶段。
(a)
(b)
(c)
隧道工程第4章 隧道围岩分级及围岩压力
当岩石应力-应变为直线关系时(图4-3a)，岩石的变形 模量E(Mpa)为：
i E i
(4-12)
当应力-应变为非直线关系时，岩石的变形模量为一变 量（图4-3b），即不同应力段上的变形量不同。常用的有如 下几种。
1)初始模量(Ei)指曲线原点处的切线斜率，即:
i Ei i
2 1 Et 2 1
岩石变形
塑性变形
流变变形
岩石变形性质可用岩石变形试验所得到的应力-应变-时 间关系及变形模量、泊松比等参数来表示。
图4-2
岩石应力-应变全过程曲线
根据各类应力-应变曲线，可以确定岩石的变形模量和泊 松比等变形参数。变形模量是指单轴压缩条件下，轴向压应 力与轴向应变之比，其确定方法如图4-3。
图4-3 岩石变形模量确定方法示意图
岩石重度是指单位体积内岩石的重量，单位为kN/m3。
W V
分干重度γd、天然重度γ和饱和重度γsat.
2．岩石的空隙性 岩石中的孔隙及裂隙统称为岩石的空隙。有开型空隙和 闭型空隙之分。与此相对应，可把岩石的空隙率分为总空隙 率（n）、开空隙率（no）及闭空隙率（nc）几种，各自的含 义如下：
『 4.1 ▎岩石的地质特征
『 4.1.1 ▎岩石的物质组成
岩石是由具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶 的）集合体组成的。岩石的力学性质主要取决于组成岩石的 矿物成分及其相对含量。一般来说，含硬度大的粒柱状矿物 （如石英、长石、角闪石、辉石等）越多，则岩石强度越高； 含硬度小的片状矿物（如云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等） 越多时，则岩石强度越低。
石英岩
石英岩
岩石的矿物组成与其成因类型密切相关。
岩浆岩物理力学性质一般都很好。 变质岩 浅变质力学性质较差。深变质力学性质较好。
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以上的岩芯占有的比例。
RQD(0
0)
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔的的长度
100
0
0
这种围岩分级方法将围岩分为五级：优、良、好、 差、很差。
下一张
岩芯
返回
3. 组合多种因素的岩体质量-Q分级法： 1974年挪威地质学家巴顿将围岩分为九级。
Q RQD J r J w J h J SRF
RQD -岩石的质量指标； Jh -节理组数目； J r -节 理粗糙度； J -节理蚀变值；J w -节理含水折减系 数； SRF -（stress rebate factor）应力折减系 数；
3．与地下水有关的因素： 水是使隧道丧失稳定的重要原因，地下水对 围岩稳定性的影响有： （1）地下水能软化围岩，降低围岩体强度； （2）地下水能软化围岩体中的结构面，降低围 岩体的的抗剪强度，使围岩体容易滑动； （3）地下水往往形成承压水体，促使围岩失去 稳定。 总之，地下水对于围岩的稳定性是不利的。
作R用JQhD 应-岩力块；的大小；
Jr -岩块间的抗剪强度； Jw -
J
SRF
四、我国铁路隧道的围岩分级法 在我国现行的《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2005）中，明确规定了要采用以围岩稳定性为 基础的分级法和按弹性波速度的分级法。 该分级法主要考虑了围岩的结构特征和完整状态、 岩石强度和地下水等工程地质条件和弹性波纵波速度 因素，把围岩分为6级，依其稳定性由好到差为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。 1.围岩的结构特征和完整状态 围岩体通常是被各种结构面切割成大小不等、形 态各异、种类不同的岩石单元体（即结构体），围岩 结构特征是指结构面和结构体的特征。
第一章 隧道围岩分级与围岩压力
Surrounding rock classification and pressure
•第一节 围岩分级 •第二节 围岩压力及成拱作用 •第三节 围岩压力的计算
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第一节 围岩分级
（Surrounding rock classification）
一、概 述 1．围岩的概念：隧道开挖后其周围产生应力重
2．围岩分级的目的：为隧道设计和施工提供依据。 （1）可以据此选择适当的施工方法； （2）确定支护结构上的荷载（松散荷载）； （3）确定衬砌结构的类型及其尺寸；
下一张
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分析隧道围岩变化情况
大路峁隧道施工现场
下一张
质围岩
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Ⅳ、Ⅴ级 围岩
返回
二、围岩分级方法简介
结构特征体现围岩体的受力特征，完整状态体 现围岩体在受各种地质作用力下所表现的形态。
把围岩的结构特征和完整状态相结合就组成了 评价围岩稳定性的最直接最重要的指标。
它与地质构造变动的特征（分为轻微、较重、 严重、很严重）、结构面的密集程度、节理（裂隙） 发育程度（可分为不发育、较发育、发育、很发 育）、风化程度（全风化、强风化、弱风化、微风 化、）岩层厚度[分为厚层（大于0.5m）、中层
现行的围岩分级法考虑了三个基本因素：
1．与岩性有关的因素：如岩石的强度和变形性 质（抗压强度、弹性模量、弹性波速等）可将岩石 分为硬岩、软岩、膨胀岩等。
2．与地质构造有关的因素：岩体的完整性或结 构状态。如软弱结构面的分布与性态、风化程度、 节理发育程度、块度大小等，其分级指标在围岩分 级中占有重要地位。
（三）与地质勘探手段相联系的分级方法： 1．围岩弹性波纵波速度分级：波速越高，围岩越
好。该法最早是日本提出的，把围岩分为7级。 2．岩石质量为指标的分级法：RQD（rock
quality designation）分级法。 用岩芯复原率来表示岩石质量指标，岩芯的完整
程度与岩体的原始裂隙、硬度、均匀性等状态有关。 所谓岩芯复原率：是指单位长度的钻孔中，10cm
当风化作用使岩石的成分改变、降低强度时， 应按风化后的强度确定岩石的级别。
分布范围内的岩体（或土体），或指隧道开挖后对其 稳定性产生影响的那部分岩体（或土体）。
流沙和花岗岩 围岩稳定性：即在隧道开挖后不加支护的情况下 围岩自身的稳定程度，可分为：充分稳定、基本稳定、 暂时稳定、不稳定。
下一张
返回
流沙、管涌现象
花岗岩 返回
根据长期的工程实践，人们认识到，各种围岩 的物理性质之间存在着一定的内在联系和规律，因 而可将稳定性相似的一些围岩划归为一级，并将全 部围岩划分为若干级，这就是围岩分级。
三、目前国内外的隧道围岩分级方法： （一）以岩石强度和物理性质为指标的分级法：
1．以岩石强度为指标的分级法（我国解放初期 的分级法，成渝线修建时使用过）：岩石越坚硬， 坑道越稳定，围岩就越好。
该分级法一般将围岩四种类型：坚岩、次坚岩、 松石及土四级。地坑院
下一张
地坑院
下一张
地坑院
下一张
地坑院出入口
（0.1～0.5m）和薄层（小于0.1m）]的关系如下：
Ⅵ
Ⅰ
差 围岩的结构特征和完整状态
好
大 地质变动的剧烈程度、规模大小、次数少 小
大
结构面的密集程度
小
大
节理（裂隙）的发育程度
小
大
风化程度
小
小
岩层的厚度
大
表1-1-2 围岩结构类型及其特征
2.围岩岩石强度
在结构特征和完整状态相同的情况下，围岩的 稳定性主要取决于围岩岩石的强度。一般来说，无 裂隙或少裂隙的围岩具有整体结构，其强度可用岩 石试件的抗压强度或抗剪强度来表示，对于多裂隙 的围岩体，其强度可用工程类比法判断。
f岩体 k f岩石
k -地质条件折减系数，实质上是将由强度决定 的“f ”值适当降低。
（二）以岩体构造，岩性特征为指标的分级法：
1．太沙基（K.terzaghi）分级法：将不同岩 性，构造条件的围岩分为九级，对应于每一级都有 一个相应的地压范围和支护措施。该分级法在美国、 英国等广泛应用。
2．岩体综合物性指标分级法：这种分级法就 是我国现行铁路隧道围岩分级方法。这种分级法把 围岩分为6级。
下一张
地坑院出入口
下一张
地坑院室内
返回
2．以岩石物理性质为指标的分级法：前苏联的
普氏分级法（也称 f 值分级法），“f ”值是一个
综合的物性指标，它代表岩石的相对坚固性。如：
岩石的抗钻性、抗爆性、强度f。岩石 岩石饱和单轴极限抗压强度。
（ 1 100
~
1 150
）Rc
Rc
-
我国还考虑了地质条件的影响，如围岩的节理、 裂隙、风化。
RQD(0
0)
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔的的长度
100
0
0
这种围岩分级方法将围岩分为五级：优、良、好、 差、很差。
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岩芯
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3. 组合多种因素的岩体质量-Q分级法： 1974年挪威地质学家巴顿将围岩分为九级。
Q RQD J r J w J h J SRF
RQD -岩石的质量指标； Jh -节理组数目； J r -节 理粗糙度； J -节理蚀变值；J w -节理含水折减系 数； SRF -（stress rebate factor）应力折减系 数；
3．与地下水有关的因素： 水是使隧道丧失稳定的重要原因，地下水对 围岩稳定性的影响有： （1）地下水能软化围岩，降低围岩体强度； （2）地下水能软化围岩体中的结构面，降低围 岩体的的抗剪强度，使围岩体容易滑动； （3）地下水往往形成承压水体，促使围岩失去 稳定。 总之，地下水对于围岩的稳定性是不利的。
作R用JQhD 应-岩力块；的大小；
Jr -岩块间的抗剪强度； Jw -
J
SRF
四、我国铁路隧道的围岩分级法 在我国现行的《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2005）中，明确规定了要采用以围岩稳定性为 基础的分级法和按弹性波速度的分级法。 该分级法主要考虑了围岩的结构特征和完整状态、 岩石强度和地下水等工程地质条件和弹性波纵波速度 因素，把围岩分为6级，依其稳定性由好到差为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。 1.围岩的结构特征和完整状态 围岩体通常是被各种结构面切割成大小不等、形 态各异、种类不同的岩石单元体（即结构体），围岩 结构特征是指结构面和结构体的特征。
第一章 隧道围岩分级与围岩压力
Surrounding rock classification and pressure
•第一节 围岩分级 •第二节 围岩压力及成拱作用 •第三节 围岩压力的计算
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第一节 围岩分级
（Surrounding rock classification）
一、概 述 1．围岩的概念：隧道开挖后其周围产生应力重
2．围岩分级的目的：为隧道设计和施工提供依据。 （1）可以据此选择适当的施工方法； （2）确定支护结构上的荷载（松散荷载）； （3）确定衬砌结构的类型及其尺寸；
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分析隧道围岩变化情况
大路峁隧道施工现场
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质围岩
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Ⅳ、Ⅴ级 围岩
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二、围岩分级方法简介
结构特征体现围岩体的受力特征，完整状态体 现围岩体在受各种地质作用力下所表现的形态。
把围岩的结构特征和完整状态相结合就组成了 评价围岩稳定性的最直接最重要的指标。
它与地质构造变动的特征（分为轻微、较重、 严重、很严重）、结构面的密集程度、节理（裂隙） 发育程度（可分为不发育、较发育、发育、很发 育）、风化程度（全风化、强风化、弱风化、微风 化、）岩层厚度[分为厚层（大于0.5m）、中层
现行的围岩分级法考虑了三个基本因素：
1．与岩性有关的因素：如岩石的强度和变形性 质（抗压强度、弹性模量、弹性波速等）可将岩石 分为硬岩、软岩、膨胀岩等。
2．与地质构造有关的因素：岩体的完整性或结 构状态。如软弱结构面的分布与性态、风化程度、 节理发育程度、块度大小等，其分级指标在围岩分 级中占有重要地位。
（三）与地质勘探手段相联系的分级方法： 1．围岩弹性波纵波速度分级：波速越高，围岩越
好。该法最早是日本提出的，把围岩分为7级。 2．岩石质量为指标的分级法：RQD（rock
quality designation）分级法。 用岩芯复原率来表示岩石质量指标，岩芯的完整
程度与岩体的原始裂隙、硬度、均匀性等状态有关。 所谓岩芯复原率：是指单位长度的钻孔中，10cm
当风化作用使岩石的成分改变、降低强度时， 应按风化后的强度确定岩石的级别。
分布范围内的岩体（或土体），或指隧道开挖后对其 稳定性产生影响的那部分岩体（或土体）。
流沙和花岗岩 围岩稳定性：即在隧道开挖后不加支护的情况下 围岩自身的稳定程度，可分为：充分稳定、基本稳定、 暂时稳定、不稳定。
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流沙、管涌现象
花岗岩 返回
根据长期的工程实践，人们认识到，各种围岩 的物理性质之间存在着一定的内在联系和规律，因 而可将稳定性相似的一些围岩划归为一级，并将全 部围岩划分为若干级，这就是围岩分级。
三、目前国内外的隧道围岩分级方法： （一）以岩石强度和物理性质为指标的分级法：
1．以岩石强度为指标的分级法（我国解放初期 的分级法，成渝线修建时使用过）：岩石越坚硬， 坑道越稳定，围岩就越好。
该分级法一般将围岩四种类型：坚岩、次坚岩、 松石及土四级。地坑院
下一张
地坑院
下一张
地坑院
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地坑院出入口
（0.1～0.5m）和薄层（小于0.1m）]的关系如下：
Ⅵ
Ⅰ
差 围岩的结构特征和完整状态
好
大 地质变动的剧烈程度、规模大小、次数少 小
大
结构面的密集程度
小
大
节理（裂隙）的发育程度
小
大
风化程度
小
小
岩层的厚度
大
表1-1-2 围岩结构类型及其特征
2.围岩岩石强度
在结构特征和完整状态相同的情况下，围岩的 稳定性主要取决于围岩岩石的强度。一般来说，无 裂隙或少裂隙的围岩具有整体结构，其强度可用岩 石试件的抗压强度或抗剪强度来表示，对于多裂隙 的围岩体，其强度可用工程类比法判断。
f岩体 k f岩石
k -地质条件折减系数，实质上是将由强度决定 的“f ”值适当降低。
（二）以岩体构造，岩性特征为指标的分级法：
1．太沙基（K.terzaghi）分级法：将不同岩 性，构造条件的围岩分为九级，对应于每一级都有 一个相应的地压范围和支护措施。该分级法在美国、 英国等广泛应用。
2．岩体综合物性指标分级法：这种分级法就 是我国现行铁路隧道围岩分级方法。这种分级法把 围岩分为6级。
下一张
地坑院出入口
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地坑院室内
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2．以岩石物理性质为指标的分级法：前苏联的
普氏分级法（也称 f 值分级法），“f ”值是一个
综合的物性指标，它代表岩石的相对坚固性。如：
岩石的抗钻性、抗爆性、强度f。岩石 岩石饱和单轴极限抗压强度。
（ 1 100
~
1 150
）Rc
Rc
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我国还考虑了地质条件的影响，如围岩的节理、 裂隙、风化。