隧道围岩的初始应力场和围岩分级
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6
王丽琴主讲
此外，在众多的因素中还要特别研究下面几点： 1、地形和地貌。 2、岩体的力学性质。 3、地温。 4、人类活动。
7
王丽琴主讲
第四节 隧道围岩分级及其应用
坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：
1)充分稳定的 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。
9
王丽琴主讲
第四节 隧道围岩分级及其应用
一、以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法 二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 三、与地质勘探手段相联系的分级方法 四、以多种因素进行组合的分级方法 五、以工程对象为代表的分级法 六、我国现行铁路隧道围岩分级
10
一、以岩石强度或岩石的物性指标 为代表的分级方法
这类方法的优点是正确地考虑了地质构造特征、风化状 况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建 议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。此外，这种分 级法最早考虑了埋深对围岩级别的影响。其缺点是分类指标 还缺乏定量描述，没有提供可靠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。
12
王丽琴主讲
三、与地质勘探手段相联系的分级方法
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既 可以反映岩石软硬，又可以表达岩体结构的破碎程度。因此， 在弹性波速度基础上，综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素 (岩性、风化程度、破碎状态、含水及涌水状态等)，将围岩分 为7级。我国1986年施行的“铁路隧道设计规范”中将弹性波 (纵波)速度引入隧道围岩分级中，将围岩分为6级。
① 地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且除以各种 构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，这种 残余构造应力将对地下工程产生重大影响。
② 垂直应力的量值随深度增加而增大，而且水平应力普 遍大于垂直应力。
③ 水平主应力具有明显的各向异性。
5
王丽琴主讲
二、围岩初始应力场的影响因素
围岩的初始应力状态，一般受到两类因素的影响： 第一类因素有重力、温度、岩体的物理力学性质及构 造、地形等经常性的因素。 第二类因素有地壳运动、地下水活动、人类的长期活 动等暂时性的或局部性的因素；
式中：f岩石值是由岩石强度决定的，
Ｋ是考虑地质条件的折减系数，一般情况下，Ｋ＜1.0。 11
王丽琴主讲
二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法
60年代，我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上， 提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩体综合分级法”， 并于1975年经修正后被我国“铁路工程技术规范(隧道)”所采 用。该分类法将隧道围岩分为6类。
本因素确定。 岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指
王丽琴主讲
第三节 围岩的初始应力场
一、围岩初始应力场的组成 二、围岩初始应力场的影响因素
1
一、围岩初始应力场的组成
(一)自重应力场
王丽琴主讲
在自重应力场中，地表以下任一深度H处的垂直应力等与 其上覆岩体的重量。
z H
以压应力为正，为岩体的容重。当上覆岩体为多层时，
则为
n
z iHi
2
i 1
围岩自重应力场的变化规律
2)基本稳定的 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，坑道是稳定的。
3)暂时稳定的 大多数坑道是属于这个类型的。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。
4)不稳定的
8
王丽琴主讲
第四节 隧道围岩分级及其应用
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
16
六、我国现行铁路隧道围岩分级
王丽琴主讲
在1975年铁道部颁布了以围岩结构特征和完整状态为分 类基础的新的铁路隧道围岩稳定性分级法，它总结了我国建 国以来在修建铁路隧道中使用 f 值分级法所积累的经验，并 参考了国内外有关围岩分级成果。
17
王丽琴主讲
㈠ 围岩分级的基本因素及围岩基本分级
1、围岩分级的基本因素 围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基
王丽琴主讲
代表性方法→→前苏联普落托奇雅柯诺夫教授提出的“岩石坚 固系数”分级法(或称“f”值分级法，或普氏分级法)。
我国工程部门在将“f”值分级法应用到隧道工程的设计、 施工时，已注意到必须考虑岩体的地质构造、风化程度、地下 水状况等多种因素的影响，而将由单一岩石强度决定的值适当 降低，即：
f岩石=Ｋ·f岩石
围岩类别 Ⅵ
Ⅴ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
弹性波速 (km/s)
＞4.5
3.5～4.5 2.5～4.0 1.5～3.0 1.0～2.0
＜1.0 (饱和土＜
1.5)
13
王丽琴主讲
四、以多种因素进行组合的分级方法
这种分级法认为，评价一种岩体的好坏，既要ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ虑地 质构造、岩性、岩石强度，还要考虑施工因素，如掘进方 向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等，因此就需要建 立在多种因素的分析基础之上。
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
14
王丽琴主讲
根据不同的Q值，将岩体质量评为九等。
岩体质量评估
岩
体 质
特别 好
极好
王丽琴主讲
1. 应力是随深度成线性增加； 2. 水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等。
3
(二)构造应力场
王丽琴主讲
地质力学认为：地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是 地应力作用的结果。因而地质力学就把构造体系和构造形式在 形成过程中的应力状态称为构造应力场。
4
王丽琴主讲
我国大陆初始应力场(包括自重应力场和构造应力场) 的变化规律大致可以归纳为如下几点：
良好
好
中等 不良
坏
量
Q
400～ 100～ 1000 400
40～ 100
10～ 40
4～10
1～4
0.1～ 1
极坏
0.01 ～0.1
特别 坏
0.001 ～ 0.01
15
五、以工程对象为代表的分级法
王丽琴主讲
这类分级法如专门适用于喷锚支护的原国家建委颁布的 围岩分级法(1979年)、苏联在巴库修建地下铁道时所采用的 围岩分级法(1966年)等，优点是目的明确，而且和支护尺寸 直接挂钩，因此，使用方便，对指导施工很起作用。
王丽琴主讲
此外，在众多的因素中还要特别研究下面几点： 1、地形和地貌。 2、岩体的力学性质。 3、地温。 4、人类活动。
7
王丽琴主讲
第四节 隧道围岩分级及其应用
坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：
1)充分稳定的 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。
9
王丽琴主讲
第四节 隧道围岩分级及其应用
一、以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法 二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 三、与地质勘探手段相联系的分级方法 四、以多种因素进行组合的分级方法 五、以工程对象为代表的分级法 六、我国现行铁路隧道围岩分级
10
一、以岩石强度或岩石的物性指标 为代表的分级方法
这类方法的优点是正确地考虑了地质构造特征、风化状 况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响，并建 议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。此外，这种分 级法最早考虑了埋深对围岩级别的影响。其缺点是分类指标 还缺乏定量描述，没有提供可靠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。
12
王丽琴主讲
三、与地质勘探手段相联系的分级方法
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既 可以反映岩石软硬，又可以表达岩体结构的破碎程度。因此， 在弹性波速度基础上，综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素 (岩性、风化程度、破碎状态、含水及涌水状态等)，将围岩分 为7级。我国1986年施行的“铁路隧道设计规范”中将弹性波 (纵波)速度引入隧道围岩分级中，将围岩分为6级。
① 地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且除以各种 构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，这种 残余构造应力将对地下工程产生重大影响。
② 垂直应力的量值随深度增加而增大，而且水平应力普 遍大于垂直应力。
③ 水平主应力具有明显的各向异性。
5
王丽琴主讲
二、围岩初始应力场的影响因素
围岩的初始应力状态，一般受到两类因素的影响： 第一类因素有重力、温度、岩体的物理力学性质及构 造、地形等经常性的因素。 第二类因素有地壳运动、地下水活动、人类的长期活 动等暂时性的或局部性的因素；
式中：f岩石值是由岩石强度决定的，
Ｋ是考虑地质条件的折减系数，一般情况下，Ｋ＜1.0。 11
王丽琴主讲
二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法
60年代，我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上， 提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩体综合分级法”， 并于1975年经修正后被我国“铁路工程技术规范(隧道)”所采 用。该分类法将隧道围岩分为6类。
本因素确定。 岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指
王丽琴主讲
第三节 围岩的初始应力场
一、围岩初始应力场的组成 二、围岩初始应力场的影响因素
1
一、围岩初始应力场的组成
(一)自重应力场
王丽琴主讲
在自重应力场中，地表以下任一深度H处的垂直应力等与 其上覆岩体的重量。
z H
以压应力为正，为岩体的容重。当上覆岩体为多层时，
则为
n
z iHi
2
i 1
围岩自重应力场的变化规律
2)基本稳定的 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，坑道是稳定的。
3)暂时稳定的 大多数坑道是属于这个类型的。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。
4)不稳定的
8
王丽琴主讲
第四节 隧道围岩分级及其应用
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
16
六、我国现行铁路隧道围岩分级
王丽琴主讲
在1975年铁道部颁布了以围岩结构特征和完整状态为分 类基础的新的铁路隧道围岩稳定性分级法，它总结了我国建 国以来在修建铁路隧道中使用 f 值分级法所积累的经验，并 参考了国内外有关围岩分级成果。
17
王丽琴主讲
㈠ 围岩分级的基本因素及围岩基本分级
1、围岩分级的基本因素 围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基
王丽琴主讲
代表性方法→→前苏联普落托奇雅柯诺夫教授提出的“岩石坚 固系数”分级法(或称“f”值分级法，或普氏分级法)。
我国工程部门在将“f”值分级法应用到隧道工程的设计、 施工时，已注意到必须考虑岩体的地质构造、风化程度、地下 水状况等多种因素的影响，而将由单一岩石强度决定的值适当 降低，即：
f岩石=Ｋ·f岩石
围岩类别 Ⅵ
Ⅴ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
弹性波速 (km/s)
＞4.5
3.5～4.5 2.5～4.0 1.5～3.0 1.0～2.0
＜1.0 (饱和土＜
1.5)
13
王丽琴主讲
四、以多种因素进行组合的分级方法
这种分级法认为，评价一种岩体的好坏，既要ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ虑地 质构造、岩性、岩石强度，还要考虑施工因素，如掘进方 向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等，因此就需要建 立在多种因素的分析基础之上。
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
14
王丽琴主讲
根据不同的Q值，将岩体质量评为九等。
岩体质量评估
岩
体 质
特别 好
极好
王丽琴主讲
1. 应力是随深度成线性增加； 2. 水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等。
3
(二)构造应力场
王丽琴主讲
地质力学认为：地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是 地应力作用的结果。因而地质力学就把构造体系和构造形式在 形成过程中的应力状态称为构造应力场。
4
王丽琴主讲
我国大陆初始应力场(包括自重应力场和构造应力场) 的变化规律大致可以归纳为如下几点：
良好
好
中等 不良
坏
量
Q
400～ 100～ 1000 400
40～ 100
10～ 40
4～10
1～4
0.1～ 1
极坏
0.01 ～0.1
特别 坏
0.001 ～ 0.01
15
五、以工程对象为代表的分级法
王丽琴主讲
这类分级法如专门适用于喷锚支护的原国家建委颁布的 围岩分级法(1979年)、苏联在巴库修建地下铁道时所采用的 围岩分级法(1966年)等，优点是目的明确，而且和支护尺寸 直接挂钩，因此，使用方便，对指导施工很起作用。