5围岩分类与围岩压力
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井巷工程试卷(名词解释简答论述)
《井巷工程》考试试卷（一）1、岩石的空隙比：是指岩石中各种孔隙、裂隙体积占岩石内固体部分实体总体积的百分比。
2、围岩分类：为了判定巷道周围岩体的稳定性并合理选择支护类型，对较大范围内的岩体加以量的区分，称为围岩分类。
3、正向起爆：起爆药包装在眼口端，爆轰波由外向里传爆的起爆方式。
4、最小抵抗线：从装药中心到自由面的最短距离称为最小抵抗线。
5、毫秒爆破：利用毫秒雷管或其他设备控制爆破的顺序，使每段之间只有几十毫秒的时间间隔。
四、简答题1、影响稳定爆轰的主要因素是什么？答：（1）药卷直径(2)炸药密度（3）起爆冲能（4）其他因素。
包括药包外壳的强度、炸药的粒度、变质程度以及填塞质量等。
2、爆破引起瓦斯爆炸的因素有哪些？预防爆破引起瓦斯爆炸的措施是什么？答：（1）引起因素：空气冲击波、炽热的固体颗粒、爆炸生成的高温气体。
（2）预防措施：加强通风，避免瓦斯超限，严格执行一炮三检制和三人连锁放炮制。
3、掘进工作面上的炮眼按用途不同分为哪几种？它们的作用各是什么？答：分为三种：掏槽眼、辅助眼（崩落眼）、周边眼。
掏槽眼：首先将工作面某部分岩石破碎下来，使工作面形成第二个自由面，为其他炮眼爆破创造有利条件。
辅助眼：充分利用掏槽眼所创造的自由面，最大限度均匀地将岩石崩落，并为周边眼的光面爆破创造条件。
周边眼：控制巷道设计断面轮廓的形成。
4、锚杆支护的工作原理是什么？答：（1）加固拱作用（2）悬吊作用（3）组合梁作用4）围岩补强作用5）减小跨度的作用5、掘进通风方式有哪几种？请画出压入式通风的示意图。
答：压入式、抽出式、混合式。
图见课本P128五、论述题怎样才能实现光面爆破？答：要实现光爆，必须做到周边眼爆破后既不把围岩壁的岩石炸碎，不产生明显的炮震裂缝，又把岩石沿炮眼连线整齐地切断下来，使围岩壁面规整，没有大的凹凸，符合设计要求。
为此采取下列措施：1、尽量减少爆炸裂隙①控制冲击动压产生的粉碎性破坏选择密度小的炸药，并通过合理的装药结构加大爆轰波峰压的衰减。
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
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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
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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。
围岩压力分类 -回复
围岩压力分类 -回复
围岩压力分类是以国际惯例为基础，依据对岩石组织、地应力、
地质构造等因素的分析，将围岩按照其所受压力的大小划分成不同的
类别。
一般情况下，可以将围岩的压力分为以下几类：
1. 无压力围岩：指受力状态较稳定，其内部无明显的压力集中，围岩稳定性较好。
2. 低压力围岩：指受到相对较小的压力，围岩变形较小，稳定
性相对较好。
3. 中等压力围岩：指受到中等程度的压力，围岩具有一定的变
形能力，但稳定性较高。
4. 高压力围岩：指受到较大的压力，围岩变形较大，稳定性较差，需要采取一定的支护措施。
5. 极高压力围岩：指受到极大的压力，围岩变形严重，常常伴
随有断层、节理等岩体破坏现象，需要采取强有力的支护和加固措施。
正确划分围岩压力分类，有助于评估岩体的稳定性和安全性，并
制定相应的工程支护措施，确保工程施工和运营的安全性。
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
返回
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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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
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。
隧道围岩分级与围岩压力 围岩分级
形性质等：如岩石的单轴抗压强度、变形模量或弹性波速等。
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。
围岩分级
围岩分级
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 ⑵ 以岩体构造特征为代表的分级方法 ⑶ 以地质勘探手段相联系的分级方法 ⑷ 组合多种因素的分级方法 ⑸ 以工程对象为代表的分级法
围岩分级
围岩分级
4.我国公路隧道围岩分级 ⑴ 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； ● 明确工程目的和内容，并提出相应的措施； ● 分级应简明，便于使用； ● 考虑吸收其它围岩分级优点，并尽量和我国其它工程分级一致。
围岩分级
围岩分级
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。
围岩分级
围岩分级
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
围岩分级
围岩分级
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。
围岩分级
围岩分级
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 ⑵ 以岩体构造特征为代表的分级方法 ⑶ 以地质勘探手段相联系的分级方法 ⑷ 组合多种因素的分级方法 ⑸ 以工程对象为代表的分级法
围岩分级
围岩分级
4.我国公路隧道围岩分级 ⑴ 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； ● 明确工程目的和内容，并提出相应的措施； ● 分级应简明，便于使用； ● 考虑吸收其它围岩分级优点，并尽量和我国其它工程分级一致。
围岩分级
围岩分级
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。
围岩分级
围岩分级
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
围岩分级
围岩分级
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。
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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
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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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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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围岩分类与围岩压力
第四章围岩分类及围岩压力第一节隧道围岩的概念与工程性质一、隧道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体(这里所指的岩体是土体与岩体的总称)。
应该指出，这里所定义的围岩并不具有尺寸大小的限制。
它所包括的范围是相对的，视研究对象而定，从力学分析的角度来看，围岩的边界应划在因开挖隧道而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，这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。
当然，若从区域地质构造的观点来研究围岩，其范围要比上述数字大得多。
二、围岩的工程性质围岩的工程性质，—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则是力学性质，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，有关土体的力学性质将在《土力学》中研究。
岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造形变和次生蜕变而形成的地质体。
它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。
工程地质学中将这些地质界面称之为结构面或不连续面，将这些块体称之为结构体，并将岩体看作是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，岩体的力学性质性质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性。
环境因素尤其是地下水和地温对岩体的力学性质影响也很大。
在众多的因素中，哪个起主导作用需视具体条件而定。
在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割得很破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起什么作用，所以，岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。
当然，在完整而连续的岩体中也是如此。
反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，使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位置所控制。
由此可见，岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果，只不过有些岩体是岩石的力学性质起控制作用：而有些岩体则是结构面的力学性质占主导地位。
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
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铁路隧道围岩分级
岩石 类别
硬 极硬 质岩 岩
硬岩
单轴饱和 抗压强度 Rc/MPa
>60
30～60
岩石坚硬程度的划分
代表性岩石
花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩； 硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩
等沉积岩； 片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩
较软
软岩
质 岩
软岩
极软 岩
15～30 5～15
体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时，定为Ⅳ级。
**围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为Ⅳ级；围 岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时，定为Ⅴ级。
27
铁路隧道围岩分级
➢风化作用的影响
当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分级考虑 围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1~2级。
隧道工程施工技术
1
第4章
围岩分级及围岩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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的分级。 ■隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性
围岩分级中，将围岩分为6级(表1-1)。
表1-1 弹性波(纵波)速度分级
围岩类 别
弹性波 速
(km/s)
Ⅵ ＞4.5
Ⅴ
3.5～ 4.5
Ⅳ
2.5～ 4.0
Ⅲ
1.5～ 3.0
Ⅱ
1.0～ 2.0
Ⅰ
＜1.0 (饱和土＜ 1.5)
铁路隧道围岩分级
岩石 类别
硬 极硬 质岩 岩
硬岩
单轴饱和 抗压强度 Rc/MPa
>60
30～60
岩石坚硬程度的划分
代表性岩石
花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩； 硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩
等沉积岩； 片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩
较软
软岩
质 岩
软岩
极软 岩
15～30 5～15
体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时，定为Ⅳ级。
**围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为Ⅳ级；围 岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时，定为Ⅴ级。
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铁路隧道围岩分级
➢风化作用的影响
当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分级考虑 围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1~2级。
隧道工程施工技术
1
第4章
围岩分级及围岩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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的分级。 ■隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性
围岩分级中，将围岩分为6级(表1-1)。
表1-1 弹性波(纵波)速度分级
围岩类 别
弹性波 速
(km/s)
Ⅵ ＞4.5
Ⅴ
3.5～ 4.5
Ⅳ
2.5～ 4.0
Ⅲ
1.5～ 3.0
Ⅱ
1.0～ 2.0
Ⅰ
＜1.0 (饱和土＜ 1.5)
隧道工程--(5)
Kv >0.75
2
0.75～0.55 0.55～0.35 0.35～0.15
<0.15
完整性
完整
较完整
破碎
较破碎
极破碎
● 岩石质量指标（RQD）：是综合反映岩体的强度和岩
体的破碎程度的指标。所谓岩石质量指标是指钻探时 岩心复原率，或称为岩芯采取率，即： RQD（％） ＝ 10cm以上岩芯累计长度 × 100 单位钻孔长度 岩石质量指标分级认为： RQD > 90％ 为优质； 75％ < RQD < 90％ 为良好； 50％ < RQD < 75％ 为好； 25％ < RQD < 50％ 为差； RQD < 25％ 为很差
● 复合指标是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩
性指标所表示的复合性指标。具有代表性的复合指标分级， 是巴顿N.Barton 等人提出的岩体质量－Q指标，即：
Q ＝（ RQD/ Jh）( Jr/Ja)( Jw / SRF)
RQD:岩石质量指标; Jh:节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大; Jr:节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小; Ja:节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大， Jw:节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw 取值愈小， SRF:应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值愈大
地下水 在公路隧道围岩的分级中，遇有地下水时，一般的处 理采用降级的方法 ①整体的硬质岩石中，一般的地下水对其稳定性影响 不大，不考虑降级； ②块状硬质岩和整体软质岩中，地下水将影响其稳定 性，产生局部坍塌，或软化软弱结构面，围岩分级时一般 可酌情降低1级； ③碎石状松散结构的岩体中，裂隙中有泥质充填物， 地下水对稳定性影响很大，可根据地下水的性质、水量、 渗流条件、动水和静水压力等情况，判断其对围岩的危害 程度，可降低1～2级；
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0.75～0.55 0.55～0.35 0.35～0.15
<0.15
完整性
完整
较完整
破碎
较破碎
极破碎
● 岩石质量指标（RQD）：是综合反映岩体的强度和岩
体的破碎程度的指标。所谓岩石质量指标是指钻探时 岩心复原率，或称为岩芯采取率，即： RQD（％） ＝ 10cm以上岩芯累计长度 × 100 单位钻孔长度 岩石质量指标分级认为： RQD > 90％ 为优质； 75％ < RQD < 90％ 为良好； 50％ < RQD < 75％ 为好； 25％ < RQD < 50％ 为差； RQD < 25％ 为很差
● 复合指标是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩
性指标所表示的复合性指标。具有代表性的复合指标分级， 是巴顿N.Barton 等人提出的岩体质量－Q指标，即：
Q ＝（ RQD/ Jh）( Jr/Ja)( Jw / SRF)
RQD:岩石质量指标; Jh:节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大; Jr:节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小; Ja:节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大， Jw:节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw 取值愈小， SRF:应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值愈大
地下水 在公路隧道围岩的分级中，遇有地下水时，一般的处 理采用降级的方法 ①整体的硬质岩石中，一般的地下水对其稳定性影响 不大，不考虑降级； ②块状硬质岩和整体软质岩中，地下水将影响其稳定 性，产生局部坍塌，或软化软弱结构面，围岩分级时一般 可酌情降低1级； ③碎石状松散结构的岩体中，裂隙中有泥质充填物， 地下水对稳定性影响很大，可根据地下水的性质、水量、 渗流条件、动水和静水压力等情况，判断其对围岩的危害 程度，可降低1～2级；
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分类进行工程设计的，即是以上述第5种方式
（以坑道稳定性为代表的分类方法）对围岩进 行分类。
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第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
岩石通常是由不同的矿物，经各种地质作用 而构成，是构成岩体的基础。 岩体是整个地质体的一部分，岩体内部形成 有许多结构面，它把岩体分成各种形状和大小的 岩块。 结构面把岩体分割成不同的组合体，常见的 有：块状结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、 层状碎裂结构、松散结构等。
§6.2 隧道围岩分类
硬岩： <2.5 软岩： <1.5 土：<1.5 围岩易坍塌， 处理不当会出现 大坍塌，侧壁经 常小坍塌，浅埋 时易出现地表下 沉(陷)或坍塌至 地表 拱顶厚50～60cm的 曲墙带仰拱混凝土衬 砌 需加强支撑， 支撑间距0.6～ 0.8m，并用背 板支护，必要时 随挖随支
围岩呈泥 沙角砾状松 软结构 粘性土呈 易蠕动的松 软结构，砂 性土呈潮湿 的松散结构
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第六章 围岩分类与围岩压力
石质围岩位于挤 压强烈的断裂带内 ，裂隙杂乱，呈石 夹土或土夹石类 Ⅱ 一般第四系的可 塑的粘性土及稍湿 至潮湿的非粘性土 （包括一般碎、卵 、砾石土）及新黄 土 石质围岩位于挤 压极强烈的断裂带 内，呈角砾、砂、 泥松软体 Ⅰ 软塑状黏性土及 潮湿的粉细砂 围岩呈角 (砾) 碎(石) 状松散结构 非粘性土 呈松散结构 ；粘性土及 新黄土呈松 软结构
被切割呈块 (石)、碎(石 )状镶嵌 结构
硬质岩石(Rb>30 MPa)： 受地质构造影响 很严重，节理很发 育；层状软弱面(或 夹层)基本被破坏。 硬岩： 3.0～ 4.0 1.拱顶厚30～40cm 直墙式衬砌或柱式、 连拱式等花边墙衬 砌；2.拱顶厚30～ 40cm的大拱脚薄边 墙（20～25cm）衬 砌；3.锚杆喷混凝土 衬砌或锚杆金属网喷 混凝土衬砌 软质岩石(Rb=5 ～30MPa)： 受地质构造影响 严重，节理发育。 土：1.略具压密或 成岩作用的黏性土 及砂类土； 2.老黄土； 3.一般泥质胶 结的碎、卵石土； 4.大块石土
第六章 围岩分类与围岩压力
围岩分类的方式： 1. 以岩体的强度及物理力学性质指标分类； 2. 以岩体构造、岩性特征分类； 3. 以地质勘察手段进行分类； 4. 以多种因素组合分类； 5. 以坑道稳定状态分类。（铁路隧道围岩所采 用的分类）
第六章 围岩分类与围岩压力
目前，道路隧道工程是参照铁路隧道围岩
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第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素 §6.2 隧道围岩分类 §6.3 其它一些围岩分类方法简介 §6.4 围岩压力 §6.5 隧道围岩压力的确定
第六章 围岩分类与围岩压力
山岭隧道是道路穿越山岭而修建的，它与周 围的岩体（简称围岩）有密切的关系，相互作用， 相互影响。有的围岩开挖坑道后，能保持稳定而 不坍塌，而有的围岩开挖后则会坍塌。 为满足工程设计及施工等的需要，需将围岩 按不同的要求及相应的地质条件进行分类，即围 岩分类。
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第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
一.地质因素 1. 围岩的完整状态
坑道围岩
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
一.地质因素 2. 结构面性质 结构面性质对围岩稳定性有较大影响。钙 质胶结的结构面不是软弱结构面，对岩体稳 定性影响不大。软弱结构面是指： 两侧岩块间的联系完全（或基本上） 被割断； 被割断的两侧岩块联系的结构面间充 满了粘土夹层。
表6-3 是在总结了大量的铁路隧道工程实践 的经验得到的。在道路隧道的工程设计中，可 以参照表6-3铁路隧道围岩分类方法进行设计。 该分类是以围岩稳定性为基础。分类指标为 复合指标，这样分类能较正确地反映主要地质 因素对隧道工程的影响和作用。不足之处是， 该表的围岩分类定性描述多，定量指标少，是 属于经验分类法。
铁路隧道围岩分类中采用的岩体结构类型及其特 征，如下表（书中表6-1）
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
岩体，一般指处在未受到人为工程外力破坏及 扰动（如开挖、爆破）的山体。 当坑道开挖后，原先的初始状态遭到破坏，使 坑道周围一定范围内的原有岩体受到影响，受到影 响范围内的那部分岩（土）体，即称之为围岩。 影响坑道稳定性的两个因素： （1）地质因素（内在因素）； （2）施工所带来的影响（人为因素）。
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.2 隧道围岩分类
隧道围岩分类的三项指标： ① 坑道围岩的结构特征和完整程度； ② 岩石的物理力学性质。 即围岩的岩石强度，物理及水理性 质，其中又以岩石单轴饱和抗压强度 Rb较有意义。一般的，是以 Rb =30 Pa 作为软、硬岩的分界指标， Rb＜5 Pa 的岩体属半质岩。
硬质岩石 300～600
强
50～300 软质岩石 <=50 弱 暴露后数日至数 月即出现风化壳
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围岩受地质构造影响程度等级划分
表6-6
围岩节理（裂隙）发育程度划分表6-6来自第六章 围岩分类与围岩压力
§6.3 其它一些围岩分类方法简介
一.岩石坚固性系数分类法 该分类法是前苏联学者普洛托季雅可诺夫 (M.Jipoctonbn Monos)教授提出的“岩石坚固性系 数分类法” (或称“ f ”值分类法，或普氏分类法)。 这种分类方法在我国的隧道工程中得到了广泛的 应用。 fkp 值，即为岩石坚固性系数， fkp值大，则岩 石的抗压强度大，抗爆及抗钻性高，因此，该围 岩分类法常常在选择钻孔机械、开挖工艺方面有 意义。
被切割呈 碎石状压碎 结构
硬岩： 2.5～ 3.5
拱部无支撑时 可产生小坍塌， 侧壁基本稳定， 爆破震动过大易 坍塌
需支撑，支撑 间距1.0～1.2m ，距开挖面不支 撑的距离不大于 5～ 10m
Ⅲ
被切割呈 块(石) 碎( 石)状镶嵌结 构。 1、2.呈大 块状压密结 构； 3.呈巨块 状整体结构 ； 4.呈堆石 状松散结构
部分支撑或锚 杆支护
被切割呈 巨块状整体 结构
软岩： 2.5～3.5
Ⅳ
硬质岩石(Rb>30 MPa)： 受地质构造影响 严重，节理发育， 有层状软弱面（或 夹层），但其产状 及组合关系尚不致 产生滑动；层状岩 层为薄层或中层， 层间结合差，多有 分离现象；或为硬 、软质岩石互层。 软质岩石(Rb=5 ～30MPa)： 受地质构造影响 较重，节理较发育 ；层状岩层为薄层 、中层或厚层，层 间结合一般。
一.地质因素 5. 岩体本身强度 岩石越硬，本身强度越高，则围岩 越稳定。 地下工程的岩石分级； A级 R ＞80 MPa 硬岩 B级 R=30～80 MPa 中硬岩 C级 R ＜30 MPa 软质岩 R—单轴抗压强度
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
一.地质因素 6. 地下水的影响 地下水会使夹层软化，使岩块滑动下掉， 使砂岩产生流沙现象，使粘土围岩遇水膨胀， 都对坑道围岩稳定有影响。
硬岩： <2.0 软岩： <1.0 土：<1.0
围岩极易坍塌 变形，有水时土 砂常与水一齐涌 出，浅埋时易坍 塌至地表
1.拱顶厚50～60cm 带仰拱的刚性骨架混 凝土衬砌或钢筋混凝 土曲墙衬砌； 2.拱顶厚60～70cm 的曲墙带仰拱的混凝 土衬砌
密排木支撑或 间距小于0.8m 的金属支撑（可 用作混凝土衬砌 骨架），必要时 先护后挖
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
一.地质因素 4. 初始应力状态 岩体的初始应力状态指岩体的自重应力及 构造应力两个方面，其会影响坑道开挖后围岩 的稳定。 初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作 用力。
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第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
一.地质因素 1. 围岩的完整状态 即围岩的破碎程度，包含两个含义：一是组成 岩体的岩块大小；二是这些岩块的组合形态。 岩体的破碎程度由裂隙的密集程度决定。这里的 裂隙含义很广，它包括层理、节理、夹层及断裂等结 构面。依据裂隙间距 d 的大小，可将岩（土）体划分 成整体状、大块状、碎石块状、土块状及松散状等几 种类型。（见下表，P92 表6-2所示）岩体越破碎， 则坑道越不稳定。
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第六章 围岩分类与围岩压力
§6.2 隧道围岩分类
隧道围岩分类的三项指标： ③ 地下水的影响 在围岩分类中采用“遇水降级”的处理方法， 一般情况，按降一级考虑。而在软岩、水理 性质差、极度破碎、有地下水活动的情况下 可降 2 级。 铁路隧道围岩分类见下表（P94表6-3）
铁路隧道围岩分类
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.2 隧道围岩分类
该围岩分类法共将围岩分为六类，即Ⅵ、 Ⅴ…Ⅱ、Ⅰ。Ⅵ类围岩稳定性最好，Ⅰ、Ⅱ类 围岩稳定性差。
岩石等级
岩石等级划分（表6-4）
饱和抗压极限强度 Rb(MPa) >600 暴露后一、二年 尚不易风化 耐风化能力 程度 现象 代表性岩石 1.花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩 浆岩类 2.硅质、铁质胶结的砾岩及砂岩 、石灰 岩、泥质灰岩、白云岩等沉积岩类 3.片麻岩、石英岩、大理岩、板 岩、片岩等变质岩类 1.凝灰岩等喷出岩类 2.泥砾岩、泥质砂岩、泥质页岩 、灰质页岩、泥灰岩、泥岩、粘土 岩、劣煤等沉积岩类 3.云母片岩或千枚岩等变质岩类
表6-3 支撑类型及间距 （坑道跨径5m时 ）
Ⅵ
>4～6
1.不衬砌，不防护； 2.喷水泥沙浆防护； 3.喷混凝土衬砌