隧道围岩分级与围岩压力计算

4.1 隧道围岩的概念与工程性质
4.1.1围岩的概念 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(土)体。 说明：围岩既指岩体也指土体。
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。
1个附加因素： ④初始地应力：适当考虑。
（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 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～普氏法 f值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗爆 性、强度等。 但核心还是岩石强度。
好
差
R < 0.25 很差
(四)组合多种因素的分级方法
代表： 岩体质量分级法 巴顿等人提出的“岩体质量—Q”分级法。表达如下：
Q RQD J r J w J h J a SRF
围岩分级的发展过程： 土石分类法
单一因素分类法
综合物性分类法
其它分级法： 与地质勘探手段 相联系的分类法
组合多因素分类法
总结：早期～仅岩石强度； 现在～综合多种因素，如岩体
构造、岩石强度、RQD指标等。
4.3.2围岩分级方法
3个基本因素： ①岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。 ②地质构造：岩体完整性或结构状态。 ③地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。
4.1.2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
结构面： 包括节理、 裂隙、孔 隙、断面、 孔洞、层 面
岩体的力学特征主要取决于岩体的结构特征、结构体岩 石的特征以及结构面的特征：
软弱节理发育和完整连续的岩体，岩石的结构特征 决定岩体力学特征。坚硬块状岩体中，结构面为主导。
(二) 以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法
代表： ●泰沙基法～考虑围岩的完整状态和岩性，共9 级。 ●我国交通隧道围岩分级法～借鉴了泰沙基法， 考虑岩体综合物性，共6级。
（三）与地质勘探手段相联系的分级方法 代表： ●弹性波速分级法～波速是反映岩性与岩体结构的一项综合
指标，波速越高，围岩越好。
●空间组合
指结构面的相互位置状态。 问题：
软弱结构面有怎样的害处？ 什么是不利空间组合？
• 张家界图
节理较发育
⑶ 岩石的力学性质
主要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。
(4) 围岩的初应力状态
●初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。 ●已初步将初始应力考虑进围岩分级之中。 在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。
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。
裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。
按这裂隙间距将岩体分为：
⑵ 结构面性质和空间组合
● 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。
学习本章的目的： （1）要求掌握有关隧道的勘查、设计、构造原理和有关计算方 法； （2）理解隧道围岩稳定性的影响因素及其与施工方法的关系； （3）了解隧道围岩分级时考虑的因素。
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
Surrounding rock classification and pressure
➢4.1 隧道围岩的概念与工程性质 ➢4.2 围岩的稳定性 ➢4.3 围岩分级 ➢4.4 围岩压力的确定
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
4.2.2 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
岩体：
①压密阶段(OA)
②弹性阶段(AB)
岩石
③塑性阶段(BC)
④破裂和破坏阶段(CD)
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
⑸ 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。
2、人为因素
⑴ 隧道形状和尺寸 ⑵ 支护结构类型 ⑶ 施工方法
•
超 挖
4.3 围岩分级
4.3.1 概 述
围岩分级：根据岩体的若干指标，按照稳定性 将围岩分成不同的级别。
工程目的： （1）结构设计依据 （2）施工方法依据 （3）工程造价依据
岩石与岩体的区别： 岩石：均质、连续、各向同性 岩体：非均质、不连续、各向异性
岩体力学性质获取的方式： 现场试验：真实、费时、费钱 室内试验：不易取样、代表性差
1、岩体的变形特性
受拉、受压、剪切、流变
问题：岩体能受拉吗？
1) 受压变形
岩石：线性、弹性 软弱结构面：非线性、塑性 岩体：弹塑性体，见下图。
波速 Kv 完整性
>0.75 完整
0.75～ 0.55
较完整
0.55～ 0.35
破碎
0.35～ 0.15
较破碎
<0.15 极破碎
●岩石质量指标～RQD指标也是反映岩性与岩体结构的一 项综合指标。
RQD指标的具体含义为岩芯复原率:
R> 0.9 优
0.75 < R < 0.9 良
表中R为RQD指标。
0.5 < R < 0.75 0.25 < R < 0.5
问题：围岩流变特性对隧道的影响？
图4-2 岩体的流变
2、：抗压强度：由结构面特征决定低于岩石强 度，约为岩石强度的70～80％。
抗剪强度：主要由结构面特征决定。
4.2 围岩的稳定性
4.2.1 研究围岩稳定性的意义 围岩的稳定性：隧道开挖后，在不支护条件下围岩的 稳定性。 问题：什么是隧道工程的头等大事？ 研究围岩的稳定性，如何促使围岩稳定。