隧道围岩分级

• 围岩的工程性质
隧 道 工 程
• • 工程性质 •
物理 水理 力学 岩石：均质、连续、各向同性 岩体：非均质、不连续、各向异性
• 岩石与岩体的区别： • •
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• •
隧 道 工 程
•
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•
•
岩石与岩体有很大差别。概括来说，天然岩体与实验 室内制作的岩石试件（岩石）有显著不同： （1）岩体赋存于一定地质环境之中，地应力，地温，地 下水等因素对其物理力学性质有很大影响，而岩石试件只 是为实验室实验而加工的岩块，已完全脱离了原有的地质 环境。 （2）岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其 中存在着各种地质构造和弱面，如不整合，褶皱，断层， 节理，裂隙等等。 （3）一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边 界，只能根据解决问题的需要来圈定范围。 根据上述特征，将岩体定义为地质体的一部分，并且 是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组 成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结 构面共同组成的。
45-60
2-20
大理岩
7-20
35-50
15-30
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●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，长度大于10cm的岩芯 段长度之和与该回次进尺的比值，以百分比表示。
10cm以上的岩心累计长度 RQD 100% 钻孔总长度
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节理发育 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 节理很发 节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数 育 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
⑴岩体结构特征
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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、来自百度文库裂及夹层等结构面。
●完整状态：整块状、大块状等。
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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
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隧 道 工 程
岩块的抗压强度通常是采用标准试件在压力机上加轴向 荷载，直至试件破坏。如设试件破坏时的荷载为Pc（N）， 横断面面积为A(mm2)，则岩石的单轴抗压强度Rc(MPa)为：
Pc Rc A
除抗压试验外，还可用点荷载试验和不规则试件的抗压 试验间接的求岩石的Rc。试样被两加荷锥头压裂时的极限荷 载(P)与两锥顶间距(D)的平方之比，称为点荷载强度指数， 即。通常在无条件取得单轴饱和抗压强度时，用点荷载强度 指数进行换算，常用如下的经验公式换算：
内聚力 C /MPa 3-20 8-40 8-50 10-50
花岗岩 流纹岩 玄武岩 石英岩
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页 岩 砂 岩 砾 岩
石灰岩 50-200
片麻岩
50-200
5-20
30-50
3-5
白云岩 80-250 100250
15-25
35-50
20-50
板 岩
60-200
7-15
构造影响剧 烈的断层破 啐带，强风 化带、全风 化带
碎屑 状颗 粒状
断层破碎带交叉。构 造及风化裂隙密集、结 完整性遭到极大 易引起规模较 构面及组合错综复杂， 破坏。稳定性极差， 大的岩体失稳、 并多充填粘性土，形成 岩体属性接近松散 地下水加剧岩 许多大小不一的分离岩 体介质 体失稳 块
岩石的强度性质
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•
某工程岩体风化岩石饱和单轴抗压强度 为4.2MPa，压缩波速度为2.1km/s；新鲜岩 石饱和单轴抗压强度为10.5MPa，压缩波 速度为3.4km/s，该岩石的风化程度为（）。
岩体的结构类型
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岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体（或 称岩块）和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一 定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。 具有一定的结构是岩体的显著特征之一。
风化系数
0.9~1.0 0.8~0.9
未风化 微风化
弱风化
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0.6~0.8
0.4~0.8
强风化
0.4~0.6
<0.4
全风化 残积土
0.2~0.4
— —
<0.2
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• 风化系数Kf是风化岩石与新鲜岩石饱 和单轴抗压强度之比。 • 波速比Kv是风化岩石与新鲜岩石压缩 波速度之比。
③结构分析计算的依据
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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
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1、地质因素
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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
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⑷ 地下水的影响 ⑸ 围岩的初始应力状态
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•
超 挖
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岩石风化程度分类表 风化 程度
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风化程度参数指标 野外特征
波速比
岩质新鲜，偶见风化痕迹 结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变 色，有少量风化裂隙 结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风 化裂隙发育，岩体被切割成块状，用镐难挖， 岩芯钻方可钻进 结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风 化裂隙很发育，岩体破碎，用镐可挖，干钻不 易钻进 结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构 强度，可用镐挖，干钻可钻进 组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐 易挖掘，干钻易钻进，具可塑性 0.9~1.0 0.8~0.9
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块状 结构
块状 柱状
层状 结构
层状 板状
有层理、片理、节理、 常有层间错动面
表4-2 岩体结构类型划分表
岩 体 结 构 类 型 碎 裂 状 结 构 散 体 状 结 构 主要 结构 体形 状
(续)
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岩体地 质类型
结构面发育情况
岩土工程特征
可能发生的 岩土工程问题
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• 张家界图
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节理较发育
⑶ 岩石的力学性质
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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。
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(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。
d=0.2-0.4cm
d<0.2cm
归入土类
d为裂缝间距
⑵ 结构面性质和空间组合
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● 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？
R> 0.9 0.75 < R < 0.9 0.5 < R < 0.75 0.25 < R < 0.5 R < 0.25
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好的
较好的
较差的
差的
极差
表中R为RQD指标。
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• 某隧道工程地质钻探时，某一回次进尺中共进尺 1.2m，采取的岩芯长度分别为3.2cm，1.5cm， 9.8cm,16cm,30cm,6cm,27cm,11cm,10cm,5.3cm. 该段岩石的质量指标为（）。 • A,好的 B较好的 C较差的 D差的
巨 块 状
以原生构造节理为主， 多呈闭合型，裂隙结构 面间距大于2.5 m，一般 不超过1～2组，无危险 结构面组成的落石掉块
只具有少量贯穿性较好 的节理型隙，裂隙结构 面间距0.7～1.5m。一般 为2～3组，有少量分离 体
整体性强度高，岩体 稳定，可视为均质弹 性各向同性 不稳定结构的 局部滑动或坍 塌洞室的岩爆 整体强度较高、结构 面互相牵制。岩体基 本稳定，接近弹性各 向同性体 接近均一的各向异性 体、其变形及强度特 征受层面及岩层组合 控制。可视为弹塑性 体，稳定性较差 不稳定结构可 能产生滑塌。 特别是岩层的 弯张破坏及软 弱岩层的塑性 变形
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表2 岩体结构类型划分表
岩体 结构 类型 岩体地 质类型 主要结 构体 形状 结构面发育情况 岩土工程特征 可能发生的 岩土工程问题
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整体 块状 结构
均质，巨块 状岩浆岩、 变质岩，巨 厚层沉积岩、 正变质岩
厚层状沉积 岩、正变质 岩、块状岩 浆岩、变质 岩 多韵律的薄 层及中厚层 状沉积岩、 副变质岩
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程度划分
等级
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地质构造作用特征
节理不发 节理（裂隙）1-2组，规则，为原生型或构造型，多数的间距 育 在1.0m以上，为密闭型。岩体被切割成块状 节理较发 节理（裂隙）2-3组，呈x型，较规则，以构造型为主，多数 育 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
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⑸ 地下水的影响
● 软化围岩；
● 减少层间摩阻力促使岩块滑动；
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● 具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。
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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
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构造影响严 重的破碎岩 层
碎 块 状
断层、断层破碎带、 片理、层理及层间结构 面较发育。裂隙结构面 间距0.25~0.5m。一般 在3组以上，由许多分 离体
完整性破坏较大， 整体强度很低，并 受断裂等软弱结构 面控制，多呈弹塑 性介质。稳定性很 差
易引起规模较 大的岩体失稳、 地下水加剧岩 体失稳
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Rc 22.82I
0.75 S (50 )
Is(50) 为直径为50mm标准试件的点荷载强度。
表3 常见岩石的强度指标值
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岩石 名称
抗压强 度Rc /MPa 100-250 180-300 150-300 150-350
抗拉强 度Rt /MPa 7-25 15-30 10-30 10-30
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隧道围岩分级
隧 道 工 程
隧道围岩分级
岩体基本性质
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隧道围岩分级
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隧道围岩 指隧道周围一定范围内，对隧 道稳定性能产生影响的岩（土）体。 说明：隧道开挖后对其稳定性产生影响的那 部分岩(土)体。 围岩既指岩体也指土体。
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隧道围岩分级 是正确进行隧道设计计算 及施工组织的基础。
由于组成岩体的岩性、遭受的构造变动及次生变化的不 均一性，导致了岩体结构的复杂性。为概括地反映岩体中结 构面和结构体的成因、特征及其排列组合关系，将岩体结构 划分为5大类。各类结构岩体的基本特征见表2。由表可知， 不同结构类型的岩体，其岩石类型、结构体和结构面的特征 不同，岩体的工程地质性质与变形破坏机理也都不同。
围岩的稳定性
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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。
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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。
隧 道 工 程
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。
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隧 道 工 程
岩石抵抗外力破坏的能力称为岩石的强度根据破坏时的 应力类型，岩石的破坏有拉破坏、剪切破坏、压破坏等类型。 由于受力状态的不同，岩石的强度也不同，如单轴抗压强度、 单轴抗拉强度、剪切强度等等。 1．单轴抗压强度 在单向压缩条件下，岩石能承受的最大压应力，称为单 轴抗压强度，简称抗压强度。
摩擦角 内聚力 Ф C /MPa (°) 45-60 45-60 48-55 50-60 14-50 10-50 20-60 20-60
岩石 名称
抗压强 度Rc /MPa 10-100 20-200 10-150
抗拉强 度Rt /MPa 2-10 4-25 2-15 5-20
摩擦角 Ф (°) 15-30 35-50 35-50 35-50