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1、第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 1岩体：岩体：岩体：岩体：是指包含各种地质界面是指包含各种地质界面是指包含各种地质界面是指包含各种地质界面（如层理、节理、断层、软如层理、节理、断层、软如层理、节理、断层、软如层理、节理、断层、软弱夹层等结构面）弱夹层等结构面）弱夹层等结构面）弱夹层等结构面）的单一或多种岩石构成的地质体。的单一或多种岩石构成的地质体。的单一或多种岩石构成的地质体。的单一或多种岩石构成的地质体。岩体自身的稳定性与承载能力对工程建设有重大影响。岩体自身的稳定性与承载能力对工程建设有重大影响。岩体自身的稳定性与承载能力对工程建设有重大影响。岩体自身的稳定性与承载能力对
2、工程建设有重大影响。分析和评价岩体的稳定性至关重要。分析和评价岩体的稳定性至关重要。分析和评价岩体的稳定性至关重要。分析和评价岩体的稳定性至关重要。影响岩体稳定性的主要影响因素有：影响岩体稳定性的主要影响因素有：影响岩体稳定性的主要影响因素有：影响岩体稳定性的主要影响因素有：区域稳定性区域稳定性区域稳定性区域稳定性、岩体结岩体结岩体结岩体结构特征构特征构特征构特征、岩体变形特性与承载能力岩体变形特性与承载能力岩体变形特性与承载能力岩体变形特性与承载能力、地质构造地质构造地质构造地质构造及及及及岩体风化岩体风化岩体风化岩体风化程度等程度等程度等程度等。第一节第一节 概概 述述一、岩一、岩 体体第
3、五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 2二、岩体结构二、岩体结构1 1、岩体结构分析、岩体结构分析结构面：结构面：结构面：结构面：是指存在于岩体中的各种地质界面。是指存在于岩体中的各种地质界面。是指存在于岩体中的各种地质界面。是指存在于岩体中的各种地质界面。包括包括包括包括各种破裂面各种破裂面各种破裂面各种破裂面（节理、断层面、卸荷节理、风化节（节理、断层面、卸荷节理、风化节（节理、断层面、卸荷节理、风化节（节理、断层面、卸荷节理、风化节理等）、理等）、理等）、理等）、物质分异面物质分异面物质分异面物质分异面（如层理、层面、沉积间断面、片理（如层理、层面、沉积间断面、片理（如层理、层面
4、、沉积间断面、片理（如层理、层面、沉积间断面、片理等）以及等）以及等）以及等）以及软弱夹层、泥化夹层、充填夹泥（层）等软弱夹层、泥化夹层、充填夹泥（层）等软弱夹层、泥化夹层、充填夹泥（层）等软弱夹层、泥化夹层、充填夹泥（层）等。结构面按地质成因，可分为结构面按地质成因，可分为结构面按地质成因，可分为结构面按地质成因，可分为原生、构造、次生结构面原生、构造、次生结构面原生、构造、次生结构面原生、构造、次生结构面三大类。三大类。三大类。三大类。（1 1）结构面）结构面第一节第一节 概概 述述第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 3成岩过程中形成的结构面。可分为成岩过程中形成的结构面。可分
5、为沉积结构面、火成结构面沉积结构面、火成结构面沉积结构面、火成结构面沉积结构面、火成结构面和和和和变质结构面变质结构面变质结构面变质结构面三种类型。三种类型。三种类型。三种类型。A A、原生结构面、原生结构面 构造应力作用，在岩体中形成的断裂面、错动面和破碎带构造应力作用，在岩体中形成的断裂面、错动面和破碎带统称为统称为构造结构面构造结构面构造结构面构造结构面。构造结构面分为：构造结构面分为：构造结构面分为：构造结构面分为：破裂结构面破裂结构面破裂结构面破裂结构面和和和和构造软弱带构造软弱带构造软弱带构造软弱带两类。两类。两类。两类。B B、构造结构面、构造结构面 二、岩体结构二、岩体结构是指
6、在风化、卸荷、地下水等作用下形成的风化节理、破是指在风化、卸荷、地下水等作用下形成的风化节理、破碎带、卸荷节理、泥化夹等。碎带、卸荷节理、泥化夹等。C C、次生结构面、次生结构面第一节第一节 概概 述述第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 4第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 5（A A A A）结构面的规模）结构面的规模）结构面的规模）结构面的规模（B B B B）结构面的形态：）结构面的形态：）结构面的形态：）结构面的形态：结构面的平整度、光滑度。结构面的平整度、光滑度。结构面的平整度、光滑度。结构面的平整度、光滑度。（C C C C）结构面的密集程度）结构面的密集程
7、度）结构面的密集程度）结构面的密集程度：反映岩体完整性，常用线密度：反映岩体完整性，常用线密度：反映岩体完整性，常用线密度：反映岩体完整性，常用线密度（条（条（条（条m m m m）或结构面间距表示。）或结构面间距表示。）或结构面间距表示。）或结构面间距表示。（D D D D）结构面的连通性）结构面的连通性）结构面的连通性）结构面的连通性：结构面在走向和倾向方向的连通：结构面在走向和倾向方向的连通：结构面在走向和倾向方向的连通：结构面在走向和倾向方向的连通程度。程度。程度。程度。（E E E E）结构面的张开度：）结构面的张开度：）结构面的张开度：）结构面的张开度：指结构面的两壁离开的距离，可
8、指结构面的两壁离开的距离，可指结构面的两壁离开的距离，可指结构面的两壁离开的距离，可分为闭合、微张、张开和宽张分为闭合、微张、张开和宽张分为闭合、微张、张开和宽张分为闭合、微张、张开和宽张4 4 4 4个级别。个级别。个级别。个级别。（2 2）结构面的特征：）结构面的特征：）结构面的特征：）结构面的特征：第一节第一节 概概 述述二、岩体结构二、岩体结构第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 6 岩体中结构体的形状和大小多种多样，岩体中结构体的形状和大小多种多样，岩体中结构体的形状和大小多种多样，岩体中结构体的形状和大小多种多样，根据其外形特根据其外形特根据其外形特根据其外形特征可大致归
9、纳为：柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形征可大致归纳为：柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形征可大致归纳为：柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形征可大致归纳为：柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种基本形态。等六种基本形态。等六种基本形态。等六种基本形态。当岩体强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞当岩体强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞当岩体强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞当岩体强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等形式的结构体。片状等形式的结构体。片状等形式的结构体。片状等形式的结构体。（3 3 3 3）结构体的类型）结构体的类型）结构体的类型）结构体的类型结构体的类
10、型图结构体的类型图第一节第一节 概概 述述二、岩体结构二、岩体结构第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 7岩体结构：岩体结构：指岩体中结构面与结构体的组合方式。指岩体中结构面与结构体的组合方式。基本类型：基本类型：整体整体状结构状结构、块状结构块状结构、层状结构层状结构、碎裂碎裂结构结构和和散体结构散体结构五类。五类。（4 4）岩体结构特征）岩体结构特征第一节第一节 概概 述述二、岩体结构二、岩体结构第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 8岩体的工程地质性质，取决于岩体结构类型与特征以及组成岩体的工程地质性质，取决于岩体结构类型与特征以及组成岩体的岩石性质。不同结构类型岩体
11、的工程地质性质如下：岩体的岩石性质。不同结构类型岩体的工程地质性质如下：2 2、岩体的工程地质性质、岩体的工程地质性质第一节第一节 概概 述述（1 1 1 1）整体块状结构岩体）整体块状结构岩体）整体块状结构岩体）整体块状结构岩体 结构面稀疏、结构体块度大、整体强度高，变形特征接结构面稀疏、结构体块度大、整体强度高，变形特征接结构面稀疏、结构体块度大、整体强度高，变形特征接结构面稀疏、结构体块度大、整体强度高，变形特征接近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能近于各向同性的均质弹
12、性体，变形模量、承载能力与抗滑能力均较高，抗风化能力较强。力均较高，抗风化能力较强。力均较高，抗风化能力较强。力均较高，抗风化能力较强。这类岩体具有良好的工程地质性质，这类岩体具有良好的工程地质性质，是较理想的各类工是较理想的各类工程建筑地基、边坡岩体及洞室围岩程建筑地基、边坡岩体及洞室围岩。二、岩体结构二、岩体结构块块状状结结构构岩岩体体第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 10（2 2 2 2）层状结构岩体）层状结构岩体）层状结构岩体）层状结构岩体结构面以结构面以层面层面与与不密集的节理不密集的节理为主，结构面多为主，结构面多闭合至微张状、风化微弱，闭合至微张状、风化微弱，结构体
13、块度较大结构体块度较大且且保持着母岩岩块性质，故此类岩体总体变形模保持着母岩岩块性质，故此类岩体总体变形模量和承载能力较高，量和承载能力较高，可作为工程建筑地基可作为工程建筑地基。第一节第一节 概概 述述二、岩体结构二、岩体结构层层状状结结构构岩岩体体第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 12层理、节理发育、常有泥质充填物质，结构体块层理、节理发育、常有泥质充填物质，结构体块度不大。其中镶嵌结构岩体因其结构体为硬质岩度不大。其中镶嵌结构岩体因其结构体为硬质岩石，具有较高的变形模量和承载能力，工程地质石，具有较高的变形模量和承载能力，工程地质性能尚好。而层状碎裂结构和碎裂结构岩体则变性
14、能尚好。而层状碎裂结构和碎裂结构岩体则变形模量、承载能力均不高，形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差工程地质性质较差。（3 3 3 3）碎裂结构岩体）碎裂结构岩体）碎裂结构岩体）碎裂结构岩体第一节第一节 概概 述述二、岩体结构二、岩体结构碎碎裂裂结结构构岩岩体体第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 14层理、节理极度发育，岩体十分破碎，层理、节理极度发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎石土类研究。石土类研究。（4 4 4 4）散体结构岩体）散体结构岩体）散体结构岩体）散体结构岩体第一节第一节 概概 述述二、岩体结构二、岩体结构散
15、散体体结结构构岩岩体体第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 16三、三、地地 应应 力力 1、定义定义定义定义：指存在于地壳岩体中的原始应力。又叫天然应力天然应力。2、类型类型类型类型：第一节第一节 概概 述述第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 173、地应力分布规律：地应力分布规律：地应力分布规律：地应力分布规律：三、三、地地 应应 力力 第一节第一节 概概 述述第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 18在地下工程建设中，地应力有十分重要的意义：在地下工程建设中，地应力有十分重要的意义：在高地应力地区修筑的隧道及地下洞库中，常遇在高地应力地区修筑的隧道及地下洞
16、库中，常遇到坚硬岩层中的岩爆现象和软弱岩层中的流变现到坚硬岩层中的岩爆现象和软弱岩层中的流变现象，给工程施工带来困难。象，给工程施工带来困难。三、三、地地 应应 力力 第一节第一节 概概 述述第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 19第二节第二节 地下洞室变形及破坏的基本类型地下洞室变形及破坏的基本类型 一、围岩应力作用一、围岩应力作用一、围岩应力作用一、围岩应力作用 围岩：围岩：围岩：围岩：工程开挖后，应力变化范围内的岩体。工程开挖后，应力变化范围内的岩体。二次应力：二次应力：二次应力：二次应力：工程开挖后，岩体中一定范围内原工程开挖后，岩体中一定范围内原始应力发生变化，其改变后重
17、新分布的应力叫始应力发生变化，其改变后重新分布的应力叫二次应力。又叫二次应力。又叫重分布应力重分布应力，或，或围岩应力围岩应力。第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 20第二节第二节 地下洞室变形及破坏的基本类型地下洞室变形及破坏的基本类型 （一）围岩应力变化规律（一）围岩应力变化规律 1、圆形洞室：一、围岩应力作用一、围岩应力作用一、围岩应力作用一、围岩应力作用 第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 21第二节第二节 地下洞室变形及破坏的基本类型地下洞室变形及破坏的基本类型 （一）围岩应力变化规律（一）围岩应力变化规律 2、直墙圆拱型洞室：一、围岩应力作用一、围岩应力作用
18、一、围岩应力作用一、围岩应力作用 第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 22第二节第二节 地下洞室变形及破坏的基本类型地下洞室变形及破坏的基本类型 （二）围岩应力引起的变形和破坏类型（二）围岩应力引起的变形和破坏类型 1 1 1 1、张裂塌落：、张裂塌落：、张裂塌落：、张裂塌落：拱顶张应力超过岩石抗拉强度，引起岩拱顶张应力超过岩石抗拉强度，引起岩拱顶张应力超过岩石抗拉强度，引起岩拱顶张应力超过岩石抗拉强度，引起岩石破裂，导至洞顶塌落。石破裂，导至洞顶塌落。石破裂，导至洞顶塌落。石破裂，导至洞顶塌落。2 2 2 2、劈裂剥落：、劈裂剥落：、劈裂剥落：、劈裂剥落：切向应力导至洞室周边岩石
19、形成平行洞切向应力导至洞室周边岩石形成平行洞切向应力导至洞室周边岩石形成平行洞切向应力导至洞室周边岩石形成平行洞壁的密集破裂，并产生剥落。壁的密集破裂，并产生剥落。壁的密集破裂，并产生剥落。壁的密集破裂，并产生剥落。3 3 3 3、碎裂松动：、碎裂松动：、碎裂松动：、碎裂松动：碎裂状岩体开挖后，岩块沿结构面滑移碎裂状岩体开挖后，岩块沿结构面滑移碎裂状岩体开挖后，岩块沿结构面滑移碎裂状岩体开挖后，岩块沿结构面滑移并形成松动圈。并形成松动圈。并形成松动圈。并形成松动圈。4 4、弯折内鼓：、弯折内鼓：、弯折内鼓：、弯折内鼓：径向应力挤压薄层围岩，使之向洞内弯径向应力挤压薄层围岩，使之向洞内弯折内鼓，
20、甚至坍倒。折内鼓，甚至坍倒。一、围岩应力作用一、围岩应力作用一、围岩应力作用一、围岩应力作用 第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 23第二节第二节 地下洞室变形及破坏的基本类型地下洞室变形及破坏的基本类型 5 5 5 5、岩爆：、岩爆：、岩爆：、岩爆：在高应力地区，洞室开挖后，围岩因弹性应在高应力地区，洞室开挖后，围岩因弹性应变能突然释放而发生的岩石弹射或抛出现象。变能突然释放而发生的岩石弹射或抛出现象。6 6 6 6、塑性挤出：、塑性挤出：、塑性挤出：、塑性挤出：软弱岩体在洞室开挖后，当围岩应力超软弱岩体在洞室开挖后，当围岩应力超过其屈服强度时，向洞内产生的塑性挤出现象。过其屈服
21、强度时，向洞内产生的塑性挤出现象。7 7 7 7、膨胀内鼓：、膨胀内鼓：、膨胀内鼓：、膨胀内鼓：在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动在膨胀岩地区，洞室开挖后水分向松动圈集中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出。圈集中，导致岩石吸水膨胀，并向洞内鼓出。（二）围岩应力引起的变形和破坏类型（二）围岩应力引起的变形和破坏类型 一、围岩应力作用一、围岩应力作用一、围岩应力作用一、围岩应力作用 第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 24第二节第二节 地下洞室变形及破坏的基本类型地下洞室变形及破坏的基本类型 三、松散围岩的变形与破坏三、松散围岩的变形与破坏三、松散围岩的变形与破坏三、松散围岩的变形与破坏
22、 1 1、重力坍塌：、重力坍塌：固结程度差的散体结构围岩，开挖后在固结程度差的散体结构围岩，开挖后在重力作用下自由坍落。重力作用下自由坍落。2 2、塑流涌出：、塑流涌出：当开挖饱水断层破碎带时，松散物质常当开挖饱水断层破碎带时，松散物质常形成碎屑流涌出。形成碎屑流涌出。第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 25第三节第三节 地下洞室特殊地质问题地下洞室特殊地质问题 一、一、一、一、洞室涌水洞室涌水洞室涌水洞室涌水 1 1、涌水条件、涌水条件 开挖洞室：遇相互贯通又富含水的节理、断层破碎遇相互贯通又富含水的节理、断层破碎带，蓄水洞穴或地下暗河等，可能产生带，蓄水洞穴或地下暗河等，可能产
23、生涌水。涌水。已开挖洞室：与地面有贯通裂缝，暴雨时可能产生与地面有贯通裂缝，暴雨时可能产生涌水。涌水。第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 26第三节第三节 地下洞室特殊地质问题地下洞室特殊地质问题 一、一、一、一、洞室涌水洞室涌水洞室涌水洞室涌水 2 2、涌水预测方法、涌水预测方法 （1 1）相似比拟法：）相似比拟法：由实测导坑涌水量推算：由于开挖地段涌水量推算：第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 27（2 2）水均衡法：）水均衡法：（3 3）地下水动力学法：）地下水动力学法：承压水含水层中的完整型隧道：潜水含水层中的完整型隧道：第三节第三节 地下洞室特殊地质问题地下洞
24、室特殊地质问题 一、一、一、一、洞室涌水洞室涌水洞室涌水洞室涌水 第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 28二、二、二、二、腐腐腐腐 蚀蚀蚀蚀1 1、腐蚀类型、腐蚀类型 第三节第三节 地下洞室特殊地质问题地下洞室特殊地质问题 第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 292 2、腐蚀严重程度、腐蚀严重程度 第三节第三节 地下洞室特殊地质问题地下洞室特殊地质问题 二、二、二、二、腐腐腐腐 蚀蚀蚀蚀第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 303 3、腐蚀易发生地区、腐蚀易发生地区 第三节第三节 地下洞室特殊地质问题地下洞室特殊地质问题 二、二、二、二、腐腐腐腐 蚀蚀蚀蚀第五
25、章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 31三、瓦三、瓦三、瓦三、瓦 斯斯斯斯第三节第三节 地下洞室特殊地质问题地下洞室特殊地质问题 以甲烷为主的有害气体的总称，主要发生在含煤地层以甲烷为主的有害气体的总称，主要发生在含煤地层 危害条件危害条件危害条件危害条件 施工要求施工要求施工要求施工要求 第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 32四、四、四、四、岩岩岩岩 爆爆爆爆第三节第三节 地下洞室特殊地质问题地下洞室特殊地质问题 岩块自然弹射或抛落岩块自然弹射或抛落 岩爆特点岩爆特点 第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 33第四节第四节 围岩分级及其应用围岩分级及其应用 围岩分级围岩分级 第五章第五章 地下工程地质问题地下工程地质问题 34第五节第五节 围岩稳定性分析方法围岩稳定性分析方法 围岩稳定性分析方法围岩稳定性分析方法