第4章围岩分级与围岩压力
高铁隧道(围岩分级、压力)
节理较 发育
节理发 育
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
1
围岩分级
岩石坚硬程度的划分
岩石类别 单轴饱和抗压 极限强度 Rc(MPa) 代 表 性 岩 石
极硬岩 硬质岩 硬 岩
Rc＞60
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 强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风化或微风化 的云母片岩、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、泥质胶结的砂岩和砾岩等
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。
1
围岩分级
（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。
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
2
●
围岩压力 围岩压力分类：
围岩压力按作用力发生的形态，一般可分为如下几 种类型：
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：
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
西南交通大学《隧道工程》书本课后章节习题及答案解析
第1章隧道工程勘测设计1.隧道选址与线路选线有什么关系？2.确定洞口位置的原则是什么？请解释其工程含义。
3.在按地质条件选择隧道位置时，所需要的地质资料有哪些？如何考虑地形条件对隧道位置的影响？第2章隧道主体建筑结构1.某新建铁路非电化曲线隧道，已知圆曲线半径R＝1200m，缓和曲线长l=50m,远期行车速度V=160km/h，隧道里程为：进口DK150+310；出口DK150+810；ZH点DK150+320；YH点DK151+000。
试求：各段加宽值与隧道中线偏移值。
要求按教材P32图2-7所示，表示清楚，并注明不同加宽的分段里程。
( 注：超高值以0.5cm取整，最大采用15cm；加宽值取为10cm的整数倍；偏移值取至小数点后2位）2. 为什么说台阶式洞门能降低边仰坡开挖高度？第3章隧道附属建筑1.什么是避车洞？避车洞的设置间距是多少？在布置避车洞时应该避开哪些地方？2.营运隧道的通风方式有哪些？什么是风流中性点？它与通风方式的关系怎样？3.为什么公路隧道要设置不同的照明亮度段？它们各自的作用是什么？第4章隧道围岩分类与围岩压力1.影响围岩稳定性的主要因素有哪些？围岩分级主要考虑什么因素？围岩分级的基本要素是哪几种？我国铁路隧道围岩分级主要考虑哪些因素？已知某隧道所处围岩节理发育，Rb＝26MPa，试问这是属于哪一级围岩？2. 某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。
已知：围岩容重γ＝20KN/m3，围岩似摩擦角φ＝530，摩擦角θ＝300，试求埋深为3m、7m，15m处的围岩压力。
第5章隧道衬砌结构计算1.已知作用在衬砌基底面上的轴力N=870KN，弯矩M=43.5KN.m,墙底厚度h=0.6m，围岩抗力系数为150MPa/m。
试求墙底中心的下沉量及墙底发生的转角。
2. 什么情况下将围岩抗力弹簧径向设置？试推导径向设置的围岩抗力单元刚度矩阵。
(注：抗力方向以挤压围岩为正)3.一对称等厚平拱，衬砌厚度为50 cm，已知内力如图示，墙底抗力系数Kd=350 MPa/m,请求出墙底中心水平位移、垂直位移以及墙底截面转角(注：图中1、2、3为截面编号)。
围岩分级与围岩压力
力学性质
强度指标（抗拉、抗剪、抗压等）
变形特性（压缩变形、剪切变形、流变等）
注意岩体和岩石性质的差异
1、隧道围岩的概念及其性质
1、隧道围岩的概念及其性质
岩石试样中孔隙体积与试样体积的百分比称为孔隙率。
可分为：天然密度、饱和密度、干密度、颗粒密度等
质量指标（密度、容重等）
隧道围岩的工程性质
（2）隧道围岩的工程性质
强度指标（抗压、抗拉、抗剪等）
岩石在荷载作用下破坏时承受的最大荷载应力称为强度。包括抗压、抗拉、抗剪强度等，其中以抗压和抗剪为最为重要，很少考虑抗拉强度。
变形指标（压缩、剪切、流变等）
影响因素十分复杂。包括作用力的大小和方式；岩石物理性质，如矿物组成和结构构造；变形条件，如围压、温度、孔隙压力、时间、含水量等。
（1）隧道ห้องสมุดไป่ตู้岩的概念
注意几个问题:
围岩≠岩体
围岩不是整个岩土体，是受隧道建设影响（工程意义上的影响）的那部分岩土体
岩体≠岩石
岩体=岩石+结构面
围岩既可能是岩质，也可能是土质，或是二者混合体
1、隧道围岩的概念及其性质
（2）隧道围岩的工程性质
物理性质
质量指标（密度、容重等）
孔隙指标（孔隙率等）
水理指标（吸水率、含水率、饱水率等）
3、隧道围岩分级
（3）铁路和公路隧道围岩分级
(C) 现行铁路隧道围岩分级方法
围岩基本分级
修正基本分级
①岩石坚硬程度
软硬岩分界指标：30Mpa Rb>30 硬岩 5 <Rb≤30 软岩 Rb <5 极软岩
②岩体完整程度
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。
围岩分级
第三节 围岩稳定性（二） 第四节 围岩压力（一）3．与地质勘探手段相联系的分类方法 (1)按弹性波(纵波)速度的分类方法。
随着工程地质勘探方法，尤其是物探方法的进展。
1970年前后，日本提出了按围岩弹性波速度进行分类的方法。
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既可反映岩石软硬，又可表明岩体结构的破碎程度。
波速越高，围岩越好。
见下表(2)以岩石质量为指标的分类方法——RQD 方法。
所谓岩石质量指标是指钻探时岩芯的复原率，或称岩芯采取率，这是美国伊利诺大学迪尔等人提出的，认为钻探获得的岩芯其完整程度与岩体的原始裂隙、硬度、均质性等状态有关，因此可用岩芯复原率来表达岩体质量。
所谓岩芯复原率即单位长度的钻孔中10 cm 以上的岩芯占有的比例，可写为这个分类方法将围岩分成5类，认为：RQD>90％为优质，75％<RQD<90％为良好，50％<RQD<75％为好，25％<RQD<50％为差，及RQD<25％为很差。
4．组合多种因素的分类方法比较完善的是1974年挪威地质学家巴顿等人提出的“岩体质量一Q ”的分类方法。
这个分类方法是把表明岩体质量的6个地质参数之间的关系表达为式中 RQD － 岩石质量指标；J h － 节理组数目，岩体愈破碎，J h 取值愈大，可参考下列经验数值； 没有或很少节理， J h ＝ 0.5～1.0； 两个节理组时， J h ＝4； 破碎岩体时， J h ＝20。
J r － 节理粗糙度，节理愈光滑，J r 取值愈小，可参考下列经验数值； 不连续节理， J r ＝4；10010cm (%)⨯=钻孔长度以上岩心累计长度RQD r n a RQD =SRFwJ J Q J J平整光滑节理，J r＝0.5等。
J a－节理蚀变值，蚀变愈严重，J a取值愈大，可参考下列经验数值；节理面紧密结合，节理中填充物坚硬不软化，J a＝0.75；节理中填充物是膨胀性粘土，如蒙脱土，J a＝8～12等。
围岩分级与围岩压力—围岩压力(隧道工程施工课件)
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。
隧道工程中主要围岩分级及围岩压力
❖ 我国大陆初始应力场（包括自重应力场和构造应力场）的变 化规律如下：
❖ 在一定深度内，垂直应力的量值随深度线性增大，而且水平 应力普遍大于垂直应力；
❖ 水平主应力具有明显的各向异性。水平主应力的另一个显著 特点，就是具有很强的方向性，一般以一个方向的主应力占 优势，很少有大、小主应力相等的情况。
❖ （3）地温。温度变化使温度应力的一部分会残留 下来产生残余应力。
❖ （4）人类活动。人类活动包括大堆碴场的形成、 深的露天开采和地下开挖、水库、抽水、采油及 高坝建筑等都可能局部地影响围岩的初始应力场。
五、围岩初始应力场的确定方法
❖ 通过现场实地量测应力。但实测工作由于费时费 钱，不可能大量进行，这就提出了如何利用少数 测点实测资料，建立可靠的围岩初始应力场的问 题。可行的是实地量测和地质力学分析相结合的 方法。
❖ b岩石在形成过程中，由于热力和构造作用所引起 的，虽经过风化、卸载，部分释放，现在仍残存 着的原生内应力。
❖ 新构造应力：正在活动和变化的构造运动，如地层 升降、板块运动等所引起的应力，称为新构造应力， 地震的产生正是新构造应力的反映。
4.探讨
❖ （1）岩体内的应力主要是在自重作用下产生的垂 直应力，水平应力则是由岩体的泊松效应引起的， 最大只能等于垂直应力（即取泊松系数等于0.5）。 这是否认地质构造运动能改变岩体的应力状态。 与实际情况不符。
3.组成
自重应力场和构造应力场 ❖ 这两类应力场的基本规律有明显的差异。围岩的自
重应力场比较好理解，它是地心引力和离心惯性力 共同作用的结果。围岩的构造应力场就比较复杂， 按其形成的时间，分为两类——构造残余应力和新 构造应力。
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 移去后有了部分恢复，但仍残存在岩体中的应力。
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。
隧道施工技术—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
隧道围岩分级及围岩压力
5.1 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.
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。
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
●
●
优点：目的明确，使用方便，能指导施工
缺点：分级指标以定性描述为主，人为因
素较大。
围岩的分级方法有以下几方面的发展趋势：
⑴ 分级应主要以岩体为对象。岩体则包括岩 块和各岩块之间的软弱结构面。因此分类应重 点放在岩体的研究上 ⑵ 分级宜与地质勘探手段有机的联系起来 有一个方便而又可靠的判断手段。随着地质勘 探技术的发展，这将使分类指标更趋定量化。
⑷ 冲击压力：是指围岩中积累了大量的弹性 变性能之后，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。 冲击压力是岩体能量的积累与释放问题，所 以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩 体，在高地应力作用下，易于积累大量的弹性 变形能，一旦遇到适宜条件，就会突然猛烈的 大量释放。
ts=常数×L
－(1＋a)
式中：L－隧道未支护地段的长度； a－视围岩情况在0～1之间变化，好的岩体 可取a =0;极差的a = 1
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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
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
表中R为RQD指标。
RQD Compared to Rock Quality
R> 0.9
优
0.75 < R < 0.9
良
0.5 < R < 0.75
好
0.25 < R < 0.5
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：
（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。
波速 Kv
>0.75
完整性
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:
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。
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。
• 地下水状态的分级表
级别 状态 渗水量[L/(min· 10m)]
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
干燥或湿润 偶有渗水
经常渗水
<10 10~25
25~125
围岩基本分类 地下水状态分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
Ⅰ
Ⅰ Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ Ⅲ
Ⅲ
Ⅳ Ⅳ
Ⅳ
Ⅴ Ⅴ
Ⅴ
Ⅵ Ⅵ
—
— —
初始地 应力状 态
主
要
现
象
评估基准 （Rc/σmax）
1.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 极高应 力 2.软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁 岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移， 持续时间长，不易成洞 1 .硬质岩: 开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体 有剥离和掉块现象，新生裂纹较多，成洞性较差 2.软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁 岩体位移极显著，持续时间长，成洞性差 <4
高应力
4-7
围岩基本分级 修正级别 初始地应力状态 极高应力 高应力 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Ⅲ或 Ⅳ
Ⅲ
Ⅴ Ⅳ或 Ⅴ
Ⅵ Ⅵ
(六)问题及研究方向
1.问题
指标定性的多、定量的少。如何做到准确、方便、好用？
2.研究
⑴发展物探手段，增加定量指标。 ⑵发展分析理论 模糊数学～围岩分级； 隧道位移～围岩分级； 人工智能专家系统～围岩分级等。
修正基本分级 基本分级
修正基本分级
最终分级
⑶ 基本分级
依据：围岩主要工程地质条件，由两条组成：
①岩石坚硬程度 软硬岩分界指标：30MPa Rb>30 Rb <5 ②围岩完整程度 指标1：结构面发育程度 硬岩 极软岩 5 <Rb≤30 软岩
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：
1.的控制，当变 形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方 形成拱形。
(a) 变形阶段； (b) 松动阶段； (c) 塌落阶段； (d) 成拱阶段。
自然拱
影响自然拱的因素：
●隧道埋深～成拱的必要条件 ●隧道断面形状和大小～拱的范围 ●施工因素～对围岩的扰动程度
节理发育 节理很发育
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
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
等级 轻微 较重
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
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
4.1 隧道围岩的概念与工程性质
4.1.1围岩的概念 围岩: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。 4.1.2围岩的工程性质 物理 工程性质 水理 力学
（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。
(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。
b hk f
hk—自然拱高度； b—自然拱半跨度。
一般来说，普氏理论比较适用于松散、破碎的围岩中。
(3) 泰沙基理论 理论：散粒体理论。
◆假定：
破裂面为折线—OAB
◆方法：
研究微分条带dh的平衡。
3．膨胀压力～膨胀性岩层。
4．冲击压力～明洞，落石； 暗洞，坍方、岩爆。
4.4.2 影响围岩压力的因素
㈠地质因素 1.岩体初始应力状态 2.岩石力学性质 3.岩体结构面
4.地下水等
㈡工程因素 1.施工方法
2.支护设置时间
3.支护本身刚度 4.隧道断面形状等
4.4.3 围岩松动压力的形成和确定方法
一、围岩压力及其分类 (一)围岩压力
广义：包括有、无支护时的压力
围岩压力
地层对洞室的作用力
狭义：仅指对支护的压力
（二）围岩压力分类
1．松动压力～围岩变形过大，发生松动而形成的压力。
2．形变压力～围岩变形在有限范围内而形成的压力。
这是最重要的两种压力形态。 问题： 1.这两种压力性质上有何不同？ 2.压力的性质与围岩稳定性有何关系？
⑸ 特点
◆给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。 ◆尚未考虑地下水和地应力。
⑹ 修正分级
地下水
地下水的3种处理方法：
①分级时按无水考虑，而是根据地下水的状态，适当降 低围岩等级(1～2级)；
③直接将地下水状况(水质、水量、流通条件、静水压 力等)作为一个分级指标。
②分级时按有水考虑，当确认围岩无水则提高围岩等级；
不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩；
采用矿山法施工。
(2) 普氏理论
散粒体理论：岩体被节理、裂隙所切割，视为 散粒体。 普氏系数f(岩体坚固性系数):
tan c c f tan tan 0
岩体坚固性系数 f 的概念： f—是一个以岩体强度为主的指标，兼顾抗钻性、抗爆性、 地下水等性质。 前述自然拱概念最早由普氏提出：
岩体：弹塑性体
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
岩石强度：通过试件获得。 岩体强度：低于岩石强度，约为岩石强度的 70～80％。
●完整状态：整块状、大块状等。
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。 ●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
2、围岩压力的确定方法
直接量测法 理论估算法 统计法（经验法、工程类比法）
1)深埋隧道围岩松动压力的确定方法 (1) 统计法—我国《隧规》所推荐的方法
q 0.45 2
式中 γ—围岩容重； s —围岩级别;
s1
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。
●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。
⑵ 分级的理论基础 ●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 基本分级