围岩分级与围岩压力
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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：
第05章 围岩分级与围岩压力
兰州理工大学土木工程学院
School of civil engineering Lanzhou University of Technology
隧道工程
5.2 围岩分级及其应用
5.2.1 现行公路隧道围岩分级方法 1） 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；
兰州理工大学土木工程学院
School of civil engineering Lanzhou University of Technology
Surrounding rock classification and pressure
主讲：乔雄
兰州理工大学土木工程学院
隧道工程
内 容
5.1 概述 5.2 围岩分级及其应用 5.3 围岩压力的确定
①岩石坚硬程度
②围岩完整状态 ③地下水
初步分级
④围岩初始地应力
修正初步分级
兰州理工大学土木工程学院
School of civil engineering Lanzhou University of Technology
隧道工程
5.2 围岩分级及其应用
5.2.1 现行公路隧道围岩分级方法
3）具体分级方法
隧道工程
5.1.2 基本概念 （4）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。其力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量。 （5）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。 岩石与岩体的区别： 岩石：均质、连续、各向同性
隧道工程
专题二-围岩分级和围岩压力.
其它产状；较软岩或软硬岩互层，以软岩为主，中、薄层，岩层产状 D类岩：4.0>V≥3.0；
为横向中倾。
E类岩：3.0＞V≥2.0。
Ⅳ
Ⅳ3
坚硬状粘质土，天然重度≥20kN/m3；
密实状砂质土，细粒含量≥30%且细粒含水量≤18.75%，或细粒含量＜
土质 围岩
10%。 密实状碎石土，细料含量≥30%且细料含水量≤14%，或细料含量＜ 30%。
四、考虑围岩构造类型及变形失稳机理的围岩分级方法
围岩分级 基本级 亚
别级
Ⅰ
围岩 类型
围岩基本地质特征
岩质 完整围岩：极硬岩，岩体完整。 围岩 层状围岩：极硬岩，巨厚层。
Ⅱ
岩质 围岩
完整围岩：硬岩，岩体完整。 块状围岩：极硬岩，岩体较完整。 层状围岩：极硬岩，厚层状；硬岩，巨厚层。
弹性波速 （km/s）
A类岩：4.0＞ V≥3.0； B类岩：4.3＞ V≥3.3； C类岩：3.5＞ V≥3.0；
D类岩：
碎裂围岩：硬岩，岩体较破碎，结构面发育，结合好；较软岩， 4.0>V≥3.0；
Ⅳ
2
岩质 岩体较破碎，结构面发育，结合一般。 围岩 层状围岩：极硬岩，中厚层，岩层产状为纵向中倾；软硬岩互
E类岩：3.0＞ V≥2.0。
三、我国铁路隧道围岩分级方法
我国现行的《铁路隧道设计标准》中明确规 定，目前铁路隧道围岩分级承受两种方法，即以 围岩稳定为根底的分级方法和按弹性波(纵波)速 度的分级方法。
(一)以围岩稳定性为根底的分级方法
1.围岩分级的根本因素
(1)岩石坚硬程度 依据单轴饱和极限抗压强度Rc分为5级，即
极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软岩，如表。
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
35
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
)
36
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
围岩分级与围岩压力
其它指标（膨胀性、软化性、抗冻性等）
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。
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。
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
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
1[1].7围岩分级与围岩压力
![1[1].7围岩分级与围岩压力](https://img.taocdn.com/s3/m/8d3606bd960590c69ec37619.png)
公路隧道围岩分级
（3）按修正后的岩体质量指标[BQ]，结合岩体的 定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。 例如 Ⅰ级围岩，坚硬岩，岩体完整， 巨整体状或巨层 状结构；BQ或[BQ]大于550
Ⅲ，坚硬岩，岩体较破碎，巨块碎石状镶嵌结构； 较坚硬或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中 厚层结构；BQ或[BQ]450～351
第二节 隧道围岩分类
1、铁路隧道围岩分类
2、公路隧道围岩分类
3、岩石坚固性系数分类方法 4、泰沙基围岩分类方法
铁路隧道围岩分类
1、铁路隧道围岩的三个分类指标
1）坑道围岩的结构特征和完整状态
围岩被各种结构面切割的破碎程度及其组合状态 2）岩石的物理力学性质 坑道围岩的岩石强度、物理、水理性质，在分类 中主要是岩石单轴饱和极限强度较有意义，以 30MPa作为软、硬岩的分界指标，< 5MPa的岩体 属于半岩质，或略具有结构强度的土体
公路隧道围岩分级
4、岩石坚硬程度的划分 （1）定性划分
可分为坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩和极软岩等
（2）定量指标 用岩石单轴饱和抗压强度Rc表达。一般采用实测 值，若无实测值时，可采用实测的岩石点荷载强 度指数IS（50）的换算值
公路隧道围岩分级
4、岩体完整程度的划分 （1）定性划分
可分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎等
公路隧道围岩分级
2、分级方法 国内外现有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。《公路隧道设计规范》采用定性划分和定量 相结合的综合评判方法，两者可以相互校核和检 验，以提高分级的可靠性。 分级方法与隧道工程建设的阶段、公路等级和 隧道长度、所进行的调查和测试工作的深度的不 同相关。
围岩分类及围岩压力
利用：在“空间效应”范围内（一般为～1.5倍洞跨
），设置支护就可减少支护前的围岩位移值。
55
56
57
58
59
60
i=0.1
61
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70
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72
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值得注意的是，近年国内外有关学者提出采用模糊数学分级；根据坑道周边 量侧的收敛值分级；采用人工智能一专家系统分级等等的建议。这些设想都特使 围岩分组方法日趋完善。
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开挖面的空间效应：在隧道开挖过程中，由于受到 开挖面的约束，使其附近的围岩不能立即释放全部 瞬间弹性位移。
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圆形或椭圆形隧道围岩应力状态以压应力为主，这对维持围岩的稳 定性是有好处的
大多数围岩分类法都是建立在相应的施工方法的基础上的
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Протодбяконов classification of rock firmness
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Протодбяконов classification of rock firmness
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。
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），设置支护就可减少支护前的围岩位移值。
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i=0.1
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值得注意的是，近年国内外有关学者提出采用模糊数学分级；根据坑道周边 量侧的收敛值分级；采用人工智能一专家系统分级等等的建议。这些设想都特使 围岩分组方法日趋完善。
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开挖面的空间效应：在隧道开挖过程中，由于受到 开挖面的约束，使其附近的围岩不能立即释放全部 瞬间弹性位移。
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圆形或椭圆形隧道围岩应力状态以压应力为主，这对维持围岩的稳 定性是有好处的
大多数围岩分类法都是建立在相应的施工方法的基础上的
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Протодбяконов classification of rock firmness
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。
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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
第四章__围岩分级与围岩压力
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
层状结构、 块石碎石
结构
碎石角砾 状结构
散体状结 构
0.55～ 0.75
0.35～ 0.55
0.15～ 0.35
≤0.15
22
铁路隧道围岩分级
2.围岩基本分级及其修正
(1)基本分级 《公(铁)路隧道设计规范》隧道围岩划分为六级。 (2)隧道级别的修正
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：
Q RQD J r J w J h J a SRF
组合了6个参数： 岩石质量指标、节理组数目、节理粗糙度、 节理蚀变值、节理含水折减系数、应力折减系数。
隧道工程施工技术
1
第4章
围岩分级及围岩压力
第二节 围岩分级
一、概述
4.4.1 概述 ■研究隧道地质环境需要解决的两个问题（最佳的施工方 法和支护结构）。 ■可采用的方法有（经验方法和理论方法）。 ■我国目前的隧道工程处在（经验设计和经验施工）的阶 段。 ■经验法的依据就是隧道围岩稳定性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分级。 ■隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性
与岩性有关的要素 地质构造有关的要素 与地下水有关的要素
6
与岩性有关的要素： 例如分为硬岩，软岩，膨胀岩。其分级指标是岩石强度和
变形性质等；例如掩饰的单轴抗压强度、岩石的变形模量或弹 性波速等 与地质构造有关的要素：
例如软弱结构面的分布与性态，风化程度等。其分级指标 采用岩石质量指标，地质因素评分法等。实际上就是对岩石完 整性和结构状态的评价。它是占有重要地位的！
充填物厚度大
层状结构、 块石碎石
结构
碎石角砾 状结构
散体状结 构
0.55～ 0.75
0.35～ 0.55
0.15～ 0.35
≤0.15
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铁路隧道围岩分级
2.围岩基本分级及其修正
(1)基本分级 《公(铁)路隧道设计规范》隧道围岩划分为六级。 (2)隧道级别的修正
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：
Q RQD J r J w J h J a SRF
组合了6个参数： 岩石质量指标、节理组数目、节理粗糙度、 节理蚀变值、节理含水折减系数、应力折减系数。
隧道工程施工技术
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第4章
围岩分级及围岩压力
第二节 围岩分级
一、概述
4.4.1 概述 ■研究隧道地质环境需要解决的两个问题（最佳的施工方 法和支护结构）。 ■可采用的方法有（经验方法和理论方法）。 ■我国目前的隧道工程处在（经验设计和经验施工）的阶 段。 ■经验法的依据就是隧道围岩稳定性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分级。 ■隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性
与岩性有关的要素 地质构造有关的要素 与地下水有关的要素
6
与岩性有关的要素： 例如分为硬岩，软岩，膨胀岩。其分级指标是岩石强度和
变形性质等；例如掩饰的单轴抗压强度、岩石的变形模量或弹 性波速等 与地质构造有关的要素：
例如软弱结构面的分布与性态，风化程度等。其分级指标 采用岩石质量指标，地质因素评分法等。实际上就是对岩石完 整性和结构状态的评价。它是占有重要地位的！
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e
第4章 围岩分级与围岩压力
二、岩体的变形特性
4.流变特性 岩体的变形或应力随时间而变化－时间效应 流变：
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？
应 变 应力=常数 应 力 应变=常数
0
蠕变曲线
t
0
松弛曲线
t
第4章 围岩分级与围岩压力
在膨胀性（挤压性）围岩条件下支护受力较大；
弱支护：在软弱、松散围岩条件下不利于围岩稳定性； 在膨胀性（挤压性）围岩条件下利于释放变形，减轻支护受力 3)开挖方法 普通爆破法、控制爆破法、盾构及掘进机法、全断面一次开挖、小
断面分部开挖等对围岩稳定性有不同的影响
第4章 围岩分级与围岩压力
三、隧道围岩失稳破坏形态
第4章 围岩分级与围岩压力
重要理念
隧道是一种结构体系 隧道是一种地下结构体系 隧道是地下工程的一种主要形式 地下结构 支护结构 周边围岩 地层是地下结构承载的主体 地层是地下结构荷载的主要来源 地层起主导作用 地质勘探、地形线路勘测、地质预报、施工
用于约束地层 限制变形和坍塌 围岩对支护结构有嵌固作用
d为裂缝间距
第4章 围岩分级与围岩压力
二、影响围岩稳定性的因素
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？
隧道围岩分级方法
（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：
RQD J r Jw Q Jh J a SRF
组合6个参数：
（1）岩石质量指标RQD （2）节理组数目Jh （3）节理粗糙度Jr
岩体 质量 Q 特别好 400-1000 极好 良好 好 中等 4-10
岩体：具有明显的非均质、不连续、各向异性
岩体力学性质获取
第4章 围岩分级与围岩压力
二、岩体的变形特性
1.岩体的变形特性： 2.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、四个阶段 岩体既不是简单的弹性体，也不是纯粹的塑性体 而是复杂的弹塑性体 完整性好，接近弹性体 破裂和松散，接近塑性体 受拉、受压、剪切、流变 问题：岩体能受拉吗？
岩体力学性质取决于岩体结构特征和结构面特性 容重、节理产状等 溶水性、透水性和持水性等 抗拉、抗压、抗剪强度等 围岩抵抗变形和破坏的性质 地下水对岩 体力学性质 影响很大！ 对围岩稳定性 影响最大的是 力学性质！
物理性质 岩体性质 水理性质 力学性质
岩体与岩石
岩石：均质、连续、各向同性 现场试验：真实、费时、费钱 室内试验：不易取样、代表性差
●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:
RQD
R> 0.9 优
10cm以上的岩心累计长度 100% 钻孔总长度
0.5 < R < 0.75 好 0.25 < R < 0.5 差 R < 0.25 很差
0.75 < R < 0.9 良
第4章 围岩分级与围岩压力
2.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
开挖后稳定程度： 充分稳定
土石分类法
基本稳定
暂时稳定 不稳定
单一因素分类法
（4）判别围岩稳定性
综合物性分类法 与地质勘探手段相联系的分类法
3.发展过程
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。
组合多因素分类法
修正基本分级 基本分级
基本分级+围岩弹性纵波速 = 铁路隧道围岩分级表
第4章 围岩分级与围岩压力
我国现行的隧道围岩分级
（3）基本分级 ①岩石坚硬程度 软硬岩分界指标（抗压强度）：30MPa Rb>30 Rb <5 ②围岩完整程度 硬岩 极软岩 5 <Rb≤30 软岩 （一）铁路隧道围岩分级
依据：围岩主要工程地质条件，由两条组成：
围岩压力 地下水压力
第4章 围岩分级与围岩压力
围岩
是地层的一部分，是隧道开挖后对其稳定性产生影响那部分岩(土)体。 或隧道开挖影响的那部分岩体。 在隧道开挖和支护过程中，围岩将产生应力重分布，其性质也发生变化。 围岩的边界：开挖引起的应力变化可以忽略不计的地方。 围岩是直接影响隧道稳定性的因素，围岩的好坏直接影响隧道的设计施工 及造价。 约为6~10倍隧道直径 说明：围岩既指岩体也指土体
1)脆性断裂 整体状、块状岩体、岩性坚硬，局部掉块、“岩爆” 2)块状运动 块状或层状岩体、块体向临空面运动（趋势） 3)弯曲折断破坏 洞顶层状岩体、下沉弯曲－断裂； 变墙侧向鼓出弯曲变形－折断 4)松动解脱 碎裂结构岩体、在各种作用下松动、溃散－脱落 5)塑性变形和剪切破坏 碎裂岩体、在较多软弱结构面下，产生塑性变形和剪切破坏 表现：塌方、边墙挤入、底鼓、洞径缩小等，膨胀性围岩表现
第4章 围岩分级与围岩压力
隧道围岩分级方法
4.围岩分级考虑的因素 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。 1个附加因素： ④初始地应力：适当考虑。
第4章 围岩分级与围岩压力
隧道围岩分级方法
（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法
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：
第4章 围岩分级与围岩压力
(Ⅰ)围岩结构面发育程度划分
等级 地质构造作用特征
节理不发育 节理（裂隙）1-2组，规则，为原生型或构造型，多数的间距 在1.0m以上，为密闭型。岩体被切割成块状 节理较发育 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
层状结构、板状结构
碎裂结构、镶嵌结构、层状碎裂结构 散体结构
第4章 围岩分级与围岩压力
一、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程度
问题：什么是隧道工程的头等大事？
答：研究围岩的稳定性，如何促使围岩稳定!
围岩的稳定 性如何？
第4章 围岩分级与围岩压力
二、影响围岩稳定性的因素
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、断裂及夹层等结构面。 ●完整状态：整块状、大块状等。 按这2个指标：
围岩
岩体
土体
整体块 d>1.0cm
大块体 块石状 碎石块 d=0.4-1.0cmd=0.2-0.4cm d<0.2cm
土石块 归入土类
松散状
松软状
3.剪切变形 沿结构面滑动
沿岩石断裂
结构面起主导作用 岩石起主导作用
在结构面的影响下沿岩石剪断 介于上述二者之间
第4章 围岩分级与围岩压力
s
峰值强 度高
岩石
岩体： ①压密阶段(OA) ②弹性阶段(AB) 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
软弱 结构 面
0
典型岩体全应力应变曲线
（4）节理蚀变值Ja （5）节理含水折减系数Jw （6）应力折减系数SRF。
不良 1-4 坏 极坏 特别坏 0.001-0.01
100-400 40-100 10-40
0.1-1 0.01-0.1
第4章 围岩分级与围岩压力
我国现行的隧道围岩分级
（一）铁路隧道围岩分级 （1）历史沿革 ●岩体综合分类～60年代，成昆线，五类 ●隧道围岩分类～74年版，首部铁路隧道规范，六类。 ●隧道围岩分类～86年版，加入围岩弹性波速指标。 ●隧道围岩分级～99年版，采用国标分级排序，改称“围岩分级”，六
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
●泰沙基法～考虑围岩的完整状态和岩性，共9级。 代表 ●我国交通隧道围岩分级法～借鉴泰沙基法，考虑岩体综合物性，共6 级。
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
三、岩体的强度
1.岩石强度： 通过试件获得 2.岩体强度： 低于岩石强度，约为岩石强度的70～80％。
抗压强度：
抗剪强度： 岩体的结构
岩石：受微裂隙制约，强度大 岩体：受结构面制约，强度小，具有各向异性
受结构面的制约
结构面发育的岩体，只有抗压的5~10%
四、岩体结构分类
不同块度、形状、产状的结构体构成不同类型 整体结构、块状结构
围岩工程性质 岩体构造 物理、力学特征
围岩初始应力
围岩相关内容
围岩压力
围岩分级 围岩稳定性
第4章 围岩分级与围岩压力
一、围岩的工程性质
*了解岩体的工程性质,有助于理解隧道围岩稳定性 结构面 岩体概念 结构体
断层面、层理面、节理面、裂隙面等
被结构面切割的块体
岩体
由结构面和结构体组成的具有结构特征的地质体
公路隧道P61