隧道工程第4章课件.ppt

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1、中南大学隧道与地下工程系中南大学隧道与地下工程系隧 道 工 程第 4 章 隧道围岩分级与围岩压力(一一)1第 4 章 隧道围岩分级与围岩压力4.1 隧道围岩的概念与工程性质4.2 围岩的稳定性4.3 围岩分级4.4 围岩压力的确定2本节主要内容：隧道工程地质的研究意义与主要内容隧道围岩的概念围岩的工程性质34.1 隧道围岩的概念与工程性质4.1.1 隧道工程地质的研究意义与主要内容4.1 隧道围岩的概念与工程性质地面结构：地面结构：除自重外，荷载都是来自外部除自重外，荷载都是来自外部：如人群、如人群、列车、水车、风雨、楼房、桥、水。列车、水车、风雨、楼房、桥、水。地下结构：地下结构：荷载主要来

2、自周围岩体，但又可以作为承荷载主要来自周围岩体，但又可以作为承载结构的一部分载结构的一部分(如黄土窑洞可不设支护如黄土窑洞可不设支护)，说明地层即可，说明地层即可以是荷载，又可是结构的组成部分，它与支护结构组成合以是荷载，又可是结构的组成部分，它与支护结构组成合二为一的承载体系，故地层二为一的承载体系，故地层(或岩体或岩体)在地下结构中起主导在地下结构中起主导作用。作用。1.1.地下地下结结构与地面构与地面结结构的区构的区别别44.1.1 隧道工程地质的研究意义与主要内容 2.2.在隧道工程中研究地质环境的意义在隧道工程中研究地质环境的意义 由由于于隧隧道道工工程程的的一一切切活活动动(勘勘测

3、测、设设计计、施施工工、开开挖挖方方法法、支支撑撑形形成成、衬衬砌砌结结构构类类型型、隧隧道道位位置置、工工程程造造价价、运运营营管管理理、养养护护维维修修)无无不不与与它它所所处处的的地地质质环环境境息息息息相相关关，因因此此，研研究究地地质质环环境境(地地层层)在在地地下下工工程程结结构构的的建建造造过过程程的的变变化化规规律律是是十十分分重重要要的的，研研究究它它可可以以作作为为正正确确指指导导隧隧道道工工程程的的勘勘测测、设设计计、施工和运营管理的依据施工和运营管理的依据。54.1.1 隧道工程地质的研究意义与主要内容 3.3.隧道工程地质研究的主要内容隧道工程地质研究的主要内容 由由

4、于于隧隧道道工工程程处处周周围围地地层层所所包包括括的的因因素素很很多多，很很广广泛泛，但但对对隧隧道道工工程程来来说说，最最关关心心的的问问题题则则是是地地层层被被挖挖成成隧隧道道后后的的稳稳定定程程度度(坍坍或或不不坍坍最最要要紧紧)，即即围岩的稳定性围岩的稳定性。（1）什么是围岩的稳定性 是指是指隧道工程开挖后周围地层隧道工程开挖后周围地层(围岩围岩)的稳定程的稳定程度度，它是一个反映地质环境的综合指标，它是一个反映地质环境的综合指标。64.1.1 隧道工程地质的研究意义与主要内容 3.3.隧道工程地质研究的主要内容隧道工程地质研究的主要内容 （2）围岩稳定性的研究内容：隧道围岩破坏或稳

5、定的规律隧道围岩破坏或稳定的规律工程性质工程性质 影响围岩稳定的主要因素影响围岩稳定的主要因素地质特征地质特征 判断围岩稳定性的指标和准则判断围岩稳定性的指标和准则围岩分类围岩分类 分析围岩稳定性的方法分析围岩稳定性的方法围岩压力围岩压力 维护围岩稳定的工程措施维护围岩稳定的工程措施施工技术施工技术 前前4 4个方面个方面为本章内容为本章内容74.1.1 隧道工程地质的研究意义与主要内容 3.3.隧道工程隧道工程地质研究的主要内容地质研究的主要内容 （3 3）围岩稳定性的）围岩稳定性的研研究究方法方法 从从围围岩岩变变形形与与破破坏坏的的根根本本作作用用力力围围岩岩的的原原始始地地应应力力出出

6、发发结结合合围围岩岩的的工工程程性性质质，施施工工对对地地层层原原始始状状态态干干扰扰和和破破坏坏程程度度等等进进行行综综合合研研究究，并并根根据据围围岩岩与与支支护护结结构构共共同同作作用，用围岩为主的观点来制定施工程序和支护结构设计。用，用围岩为主的观点来制定施工程序和支护结构设计。（4 4）围岩稳定性的）围岩稳定性的研究手段研究手段 岩体力学岩体力学 试验技术试验技术 数值模拟数值模拟84.1.2 隧道围岩的概念4.1 隧道围岩的概念与工程性质 1.1.围岩围岩 隧道围岩是指隧道周围一定范隧道围岩是指隧道周围一定范围内对其稳定性产生影响的那部围内对其稳定性产生影响的那部分岩体分岩体(土体

7、土体)。亦即开挖后亦即开挖后应力应力产生重分布产生重分布范围范围的岩的岩(土土)体。体。说明：说明：围岩既指岩体也指土体。围岩既指岩体也指土体。94.1.2 隧道围岩的概念 2.2.岩石岩石 是由一种或几种矿物或岩屑在地质是由一种或几种矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然作用下按一定的规律聚集而形成的自然体，可近所认为岩石是均质，连续和各体，可近所认为岩石是均质，连续和各向同性的介质向同性的介质。104.1.2 隧道围岩的概念 3.3.岩体岩体 由由岩岩石石组组成成的的，在在结结构构面面切切割割下下具具有有一一定定的的结结构构和和构构造造，占占所所地地球球上上一一定定空空间间的的

8、地地质质体体(或或岩岩块块)结结构构体。它具有明显的非均质性，不连续性和各向异性。体。它具有明显的非均质性，不连续性和各向异性。在隧道工程中，在隧道工程中，地层、岩体、岩层地层、岩体、岩层指一个含义指一个含义114.1.2 隧道围岩的概念 4.4.4.4.岩体与岩石的区别岩体与岩石的区别岩体与岩石的区别岩体与岩石的区别岩石可以被认为是均质、连续和各向同性的介岩石可以被认为是均质、连续和各向同性的介质。而岩体则具有明显的非均质性，不连续性和各向异质。而岩体则具有明显的非均质性，不连续性和各向异性。性。5.5.5.5.结构面结构面结构面结构面 岩体中的岩体中的断层面、层理面、断层面、层理面、节理面

9、和裂隙面等。节理面和裂隙面等。6.6.6.6.结构体结构体结构体结构体 被结构面切割而成的块体。被结构面切割而成的块体。124.1 隧道围岩的概念与工程性质4.1.3 围岩的工程性质 1.1.围岩的工程性质围岩的工程性质 (1)(1)物理性质物理性质指岩体的物理组成，指岩体的物理组成，是什么样是什么样 的石头的石头。(2)(2)水理性质水理性质指岩体在含水条件下岩体的一指岩体在含水条件下岩体的一 些些物理化学反应物理化学反应。(3)(3)力学性质力学性质指岩体的指岩体的抗抗拉拉抗压强度和变形抗压强度和变形 破坏破坏性能，即围岩抵抗变形破性能，即围岩抵抗变形破 坏的性能坏的性能。13 2.2.岩

10、体的变形特性岩体的变形特性 岩体的变形包括岩体的变形包括受拉、受压、剪切、流变受拉、受压、剪切、流变4 4个方面个方面 岩体的抗拉变形能力很低，可不计。岩体的抗拉变形能力很低，可不计。（1 1）受压变形）受压变形 岩体的受压变形特性，可以用它在受压时的应力岩体的受压变形特性，可以用它在受压时的应力应变曲线，亦称本构关系来说明。应变曲线，亦称本构关系来说明。岩石线性特征，以弹性变形为主；岩石线性特征，以弹性变形为主；软弱结构面非线性特征，以塑性变形为主；软弱结构面非线性特征，以塑性变形为主；岩体分解为四个阶段：岩体分解为四个阶段：4.1.3 围岩的工程性质14 .压压密密阶阶段段(OA)(OA)

11、：主主要要是是由由于于岩岩体体中中结结构构面面的的闭闭合合和和充充填填物物的的压压缩缩而而产产生生的的，形形成成了了非非线线性性凹凹状状曲曲线线，变形模量小，总的压缩量取决了结构面的性态。变形模量小，总的压缩量取决了结构面的性态。.弹弹性性阶阶段段(AB)(AB)：岩岩体体充充分分压压密密后后便便进进入入弹弹性性阶阶段段。所所出出现现的的弹弹性性变变形形是是岩岩体体的的结结构构面面和和结结构构体体共共同产生的，应力同产生的，应力应变关系呈直线型。应变关系呈直线型。4.1.3 围岩的工程性质 2.2.岩体的变形特性岩体的变形特性（1 1）受压变形）受压变形15.塑塑性性阶阶段段(BC)(BC)：

12、岩岩体体继继续续受受力力、变变形形发发展展到到弹弹性性极极限限后后便便进进入入塑塑性性阶阶段段，此此时时岩岩体体的的变变形形特特性性受受结构面和结构体的变形特性共同制约。结构面和结构体的变形特性共同制约。.破破裂裂和和破破坏坏阶阶段段(CD)(CD)：应应力力达达到到蜂蜂值值后后，岩岩体体即即开开始始破破裂裂和和破破坏坏。破破坏坏开开始始时时，应应力力下下降降比比较较缓缓慢慢，说说明明破破裂裂面面上上仍仍具具有有一一定定摩摩擦擦力力，岩岩体体还还能能承承受受一一定的荷载。而后，应力急剧下降，岩体全面崩溃。定的荷载。而后，应力急剧下降，岩体全面崩溃。4.1.3 围岩的工程性质 2.2.岩体的变形

13、特性岩体的变形特性（1 1）受压变形）受压变形16典型岩体全应力应变曲线典型岩体全应力应变曲线岩体：岩体：压密阶段压密阶段(OA)(OA)弹性阶段弹性阶段(AB)(AB)塑性阶段塑性阶段(BC)(BC)破破 裂裂 和和 破破 坏坏 阶阶 段段(CD)(CD)4.1 隧道围岩的概念与工程性质 可可以以看看出出，岩岩体体既既不不是是简简单单的的弹弹性性体体，也也不不是是简简单单的的塑塑性性体体、而而是是较较为为复复杂杂的的弹弹塑塑性性体体。整整体体性性好好的的岩岩体体接接近近弹弹性体，破裂岩体和松散岩体则偏向于塑性体。性体，破裂岩体和松散岩体则偏向于塑性体。174.1.3 围岩的工程性质 （2 2

14、）剪切变形）剪切变形主要受结构面控制，可能有三种方式：主要受结构面控制，可能有三种方式：沿沿结结构构面面滑滑动动。此此时时，结结构构面面的的变变形形特特性性即即为岩体的变形特性。为岩体的变形特性。结结构构面面不不参参与与作作用用，沿沿结结构构体体岩岩石石断断裂裂。此此时，岩石的变形特性即起主导作用。时，岩石的变形特性即起主导作用。在在结结构构面面影影响响下下，沿沿岩岩石石剪剪断断。此此时时，岩岩体体的变形特性介乎上述二者之间。的变形特性介乎上述二者之间。2.2.岩体的变形特性岩体的变形特性18 （3 3）流变特性）流变特性 蠕变：蠕变：应力不变，应变随时间增长应力不变，应变随时间增长 松弛：松

15、弛：应变不变，应力随时间而衰减应变不变，应力随时间而衰减 问题：围岩流变特性对隧道的影响？问题：围岩流变特性对隧道的影响？图图4-2 4-2 岩体的流变岩体的流变4.1.3 围岩的工程性质 2.2.岩体的变形特性岩体的变形特性19 2.2.岩体的强度特性岩体的强度特性 (1)(1)特点：特点：岩体的强度比岩石的强度低得多岩体的强度比岩石的强度低得多(R岩体岩体 抗剪抗剪 抗拉抗拉 抗弯抗弯 常用强度准则：莫尔常用强度准则：莫尔-库尔理论库尔理论 以上因素以上因素(变形、强度、破坏等受构造特征的影响变形、强度、破坏等受构造特征的影响)。4.1.3 围岩的工程性质204.1.3 围岩的工程性质2.

16、2.岩体的强度特性岩体的强度特性21第 4 章 隧道围岩分级与围岩压力4.1 隧道围岩的概念与工程性质4.2 围岩的稳定性4.3 围岩分级4.4 围岩压力的确定22本节主要内容：隧道稳定类型与失稳破坏形态影响围岩稳定性的因素234.2 围岩的稳定性 4.2 围岩的稳定性4.2.1 4.2.1 隧道稳定类型与失稳破坏形态隧道稳定类型与失稳破坏形态 1.1.隧道开挖后的稳定性描述：隧道开挖后的稳定性描述：隧道开挖后的稳定性描述：隧道开挖后的稳定性描述：（1 1）充充分分稳稳定定的的：坑坑道道在在长长时时间间内内有有足足够够的的自自稳稳能能力力，无需任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。无需

17、任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。（2 2）基基本本稳稳定定的的：坑坑道道会会因因爆爆破破、岩岩块块结结合合松松弛弛等等而而产产生局部掉块，但不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。生局部掉块，但不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。（3 3）暂暂时时稳稳定定的的：多多数数坑坑道道是是属属于于这这个个类类型型的的。坑坑道道开开挖挖后后呈呈现现出出不不同同程程度度的的坍坍塌塌现现象象，坍坍塌塌后后的的坑坑道道呈呈拱拱形形而而处处于于暂时稳定状态。暂时稳定状态。（4 4）不稳定的：）不稳定的：坑道开挖后很快呈现坍塌现象。坑道开挖后很快呈现坍塌现象。24 2.隧道围岩失稳破坏性态 脆性破裂脆性破裂

18、 块状运动块状运动 弯曲折断破坏弯曲折断破坏 松动松动解脱解脱 塑性变形和剪切变形塑性变形和剪切变形4.2.1 4.2.1 隧道稳定类型与失稳破坏形态隧道稳定类型与失稳破坏形态25 影响围岩稳定性的因素很多，就其性质来说，基本影响围岩稳定性的因素很多，就其性质来说，基本上可以归纳分为两大类：上可以归纳分为两大类：第一类:属于地质环境方面的自然因素属于地质环境方面的自然因素(地质因素地质因素)，是客观存在的，是客观存在的,它们决定了隧道围岩的质量；它们决定了隧道围岩的质量；第二类:属于工程活动的属于工程活动的人为因素人为因素，如，如隧道的形状、隧道的形状、尺寸、施工方法、支护措施尺寸、施工方法、

19、支护措施等等。它们虽然不能决定围等等。它们虽然不能决定围岩质量的好坏，但却能给围岩的质量和稳定性带来不可岩质量的好坏，但却能给围岩的质量和稳定性带来不可忽视的影响。忽视的影响。4.2 围岩的稳定性4.2.2 4.2.2 影响围岩稳定性的因素影响围岩稳定性的因素26 1.1.地质因素地质因素 从5个方面来分析：岩岩体结构特征体结构特征 结构面性质和空间的组合结构面性质和空间的组合 岩石的力学性质岩石的力学性质 地下水的影响地下水的影响 围岩的初始应力状态围岩的初始应力状态4.2.2 影响围岩稳定性的因素27 岩体结构特征岩体结构特征 指岩体的指岩体的破碎程度破碎程度或或完整状态完整状态。破碎程度

20、：破碎程度：裂隙率、裂隙间距。裂隙率、裂隙间距。裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。等结构面。完整状态：完整状态：整块状、大块状等。整块状、大块状等。4.2.2 影响围岩稳定性的因素 1.1.地质因素地质因素284.2.2 影响围岩稳定性的因素 整体结构整体结构 1 1 整体结构整体结构 2 2 块状结构块状结构 层状结构层状结构 1 1 层状结构层状结构 2 2 板状结构板状结构 碎裂结构碎裂结构 1 1 镶嵌结构镶嵌结构 2 2 层状碎裂结构层状碎裂结构 3 3 碎裂结碎裂结构 岩体结构特征岩体结构特征岩体的岩体的四大种结构类型四大种结

21、构类型 1.1.地质因素地质因素294.2.2 影响围岩稳定性的因素30层状层状岩体岩体实例实例4.2.2 影响围岩稳定性的因素31按这破碎程度和完整状态这按这破碎程度和完整状态这2 2个指标有下图：个指标有下图：4.2.2 影响围岩稳定性的因素 1.1.地质因素地质因素32结构面性质和空间组合结构面性质和空间组合 性质性质 1)1)结构面的成因结构面的成因 2)2)结构面的光滑程度结构面的光滑程度 3)3)结构面的物质组成结构面的物质组成 4)4)结构面的规模结构面的规模 5)5)结构面的密集度结构面的密集度4.2.2 影响围岩稳定性的因素 1.1.地质因素地质因素3334 结构面性质和空间

22、组合结构面性质和空间组合4.2.2 影响围岩稳定性的因素 1.1.地质因素地质因素空间组合空间组合 指结构面的相互位置状态指结构面的相互位置状态 结构面与隧道的相对空间位置结构面与隧道的相对空间位置354.2.2 影响围岩稳定性的因素 结构面性质和空间组合结构面性质和空间组合 1.1.地质因素地质因素空间组合空间组合 指结构面的相互位置状态指结构面的相互位置状态 结构面与隧道的相对空间位置结构面与隧道的相对空间位置364.2.2 影响围岩稳定性的因素 结构面性质和空间组合结构面性质和空间组合 1.1.地质因素地质因素空间组合空间组合 指结构面的相互位置状态指结构面的相互位置状态 结构面与隧道的

23、相对空间位置结构面与隧道的相对空间位置37 岩石的力学性质岩石的力学性质 主要指岩石的单轴饱和极限抗压强度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。岩石强度越高，隧道越稳定。4.2.2 影响围岩稳定性的因素 (4)(4)围岩的初应力状态围岩的初应力状态 初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。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。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。在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。1.1.地质因素地质因素38 地下水的影响地下水的影响 使岩质软化，强度降低，对

24、软岩尤其突出使岩质软化，强度降低，对软岩尤其突出 在有软弱结构面的岩体中，会冲走充填物质或在有软弱结构面的岩体中，会冲走充填物质或使夹层软化，减少层间摩阻力促使岩块滑动使夹层软化，减少层间摩阻力促使岩块滑动 具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等4.2.2 影响围岩稳定性的因素 1.1.地质因素地质因素遇水软化遇水软化39 2.2.人为因素人为因素 隧道形状和尺寸隧道形状和尺寸 形形状状：圆圆形形或或椭椭圆圆形形隧隧道道围围岩岩应应力力状状态态以以压压应应力力为为主主，这这对对维维持持围围岩岩的的稳稳定定性性是是有有好好处处的的。而而矩矩形形或或梯梯形形隧隧道道，在在

25、顶顶板板处处的的围围岩岩中中将将出出现现较较大大的的拉拉应应力力，从从而导致岩体张裂破坏而导致岩体张裂破坏。尺寸尺寸：坑道跨度愈大，坑道围岩的稳定性就愈差。坑道跨度愈大，坑道围岩的稳定性就愈差。4.2.2 影响围岩稳定性的因素40 2 2.人为因素人为因素 （2 2）施工方法）施工方法 如如普普通通的的爆爆破破法法与与控控制制爆爆破破法法、矿矿山山法法与与掘掘进进机机法法、全全断断面面一一次次开开挖挖与与小小断断面面分分部部开开挖挖，对对隧隧道道围岩的影响都各不相同围岩的影响都各不相同。4.2.2 影响围岩稳定性的因素41第 4 章 隧道围岩分级与围岩压力4.1 隧道围岩的概念与工程性质4.2

26、 围岩的稳定性4.3 围岩分级4.4 围岩压力的确定42本节主要内容：围岩分级概念与目的国内外围岩分级方法我国铁路隧道的围岩分级方法我国公路隧道的围岩分级方法问题及研究方向434.2 围岩分级 1.1.围岩分级的概念围岩分级的概念 根据一个或几个主要指标根据一个或几个主要指标将无限的岩体序列划将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个级别，即将稳定性分为具有不同稳定程度的有限个级别，即将稳定性相似的一些围岩划归为一级，将全部的围岩划分为相似的一些围岩划归为一级，将全部的围岩划分为若干级，这就是若干级，这就是隧道围岩稳定性分级，或简称为围隧道围岩稳定性分级，或简称为围岩分级。岩分级。4.3

27、围岩分级4.3.1 围岩分级的概念与目的 44 2.2.分级的目的与作用分级的目的与作用 从工程角度出发，订出评价围岩好坏的标准，作为正确进行设计施工的准则。（1 1）结构设计依据）结构设计依据判断围岩稳定性判断围岩稳定性 （2 2）施工方法依据）施工方法依据判断施工难易程度判断施工难易程度 （3 3）工程造价依据）工程造价依据 （4 4）结）结构分析计算依据构分析计算依据4.3.1 围岩分级的概念与目的 45 3 3.围岩围岩分级的发展过程分级的发展过程土石分类法土石分类法单一因素分类法单一因素分类法综合物性分类法综合物性分类法4.3.1 围岩分级的概念与目的 46其它分级法：其它分级法：组

28、合多因素分类法组合多因素分类法与与地质勘探地质勘探手段手段相联系的相联系的分类法分类法总结：总结：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。4.3.1 围岩分级的概念与目的 47 分级的基本要素分级的基本要素 基本要素：基本要素：岩性：岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。抗压强度、弹性模量、弹性波速等。地质构造：地质构造：岩体完整性或结构状态。岩体完整性或结构状态。地下水：地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。地下水发育时，围岩级别应降低。附加要素：附加要素：初始地应力：初始地应力：适当考虑。适当考虑。4.3 围岩分级4.3.2 围岩分级方法48 1.1.以岩石强

29、度或岩石的物性指标为代表的分级法以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 （1 1）以岩石强度为基础的分级法）以岩石强度为基础的分级法 4.3.2 围岩分级方法 这种围岩分类单纯以岩石的强度为依据，例如我这种围岩分类单纯以岩石的强度为依据，例如我国解放前及解放初期国解放前及解放初期(如修建成渝线时如修建成渝线时)的土石分类法。的土石分类法。即把岩石分为坚石、次坚石、松石及土四类。并设计即把岩石分为坚石、次坚石、松石及土四类。并设计出相应的四种隧道衬砌结构类型。在国外，有日本初出相应的四种隧道衬砌结构类型。在国外，有日本初期采用的期采用的“国铁土石分类法国铁土石分类法”。这种分类方法认为坑道开挖

30、后，它的稳定性主要这种分类方法认为坑道开挖后，它的稳定性主要取决于岩石的强度，岩石愈坚硬，坑道愈稳定，反之，取决于岩石的强度，岩石愈坚硬，坑道愈稳定，反之，岩石愈松软，坑道的稳定性就愈差。实践证明，这种岩石愈松软，坑道的稳定性就愈差。实践证明，这种认识是不全面的，例如我国陕北的老黄土，无水时直认识是不全面的，例如我国陕北的老黄土，无水时直立性很强，稳定性相当高，在无支护条件下能维持十立性很强，稳定性相当高，在无支护条件下能维持十几年、甚至几十年之久，但其单轴抗压强度却很低。几年、甚至几十年之久，但其单轴抗压强度却很低。又如江西、福建一带的红砂岩，整体性好，坑道开挖又如江西、福建一带的红砂岩，整

31、体性好，坑道开挖后的稳定性较好，但其强度却不高，因此单纯以岩石后的稳定性较好，但其强度却不高，因此单纯以岩石强度为基础的分类方法需要改进并完善。强度为基础的分类方法需要改进并完善。这这种种围围岩岩分分类类单单纯纯以以岩岩石石的的强强度度为为依依据据，如如我我国国解解放放前前及及解解放放初初期期(如如修修建建成成渝渝线线时时)的的土土石石分分类类法法。即把岩石分为即把岩石分为坚石、次坚石、松石及土坚石、次坚石、松石及土四类。四类。在国外，有日本初期采用的在国外，有日本初期采用的“国铁土石分类法国铁土石分类法”。实践证明，这种认识是不全面的实践证明，这种认识是不全面的。49 1.1.以岩石强度或岩

32、石的物性指标为代表的分级法以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 （2 2）以岩石物性指标为基础的分级法）以岩石物性指标为基础的分级法 “f f”值值分分类类法法曾曾在在我我国国的的隧隧道道工工程程中中得得到到广广泛泛的的应应用。它用。它的核心的核心仍是岩石强度指标的反映。仍是岩石强度指标的反映。我我国国把把“f f”值值应应用用到到隧隧道道工工程程的的设设计计、施施工工时时，考考虑虑围围岩岩的的节节理理、裂裂隙隙、风风化化等等条条件件时时,把把由由强强度度决决定定的的“f f”值适当降低，即：值适当降低，即：地质条件折减系数地质条件折减系数 4.3.2 围岩分级方法50 1.1.以岩石强度

33、或岩石的物性指标为代表的分级法以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 （2 2）以岩石物性指标为基础的分级法）以岩石物性指标为基础的分级法 代代表表：前前苏苏联联普普洛洛托托季季雅雅柯柯诺诺夫夫教教授授提提出出的的“岩岩石石坚坚固性系数固性系数”分类法分类法(或称或称“f f”值分类法值分类法）普氏法。普氏法。f f值值：一一个个综综合合的的物物性性指指标标值值，如如岩岩石石的的抗抗钻钻性性、抗抗爆性、强度等。爆性、强度等。岩石饱和单轴极限抗压强度4.3.2 围岩分级方法51 1.1.以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 （2 2）以岩石物性指标为

34、基础的分级法）以岩石物性指标为基础的分级法4.3.2 围岩分级方法围岩类别围岩类别 甲甲乙乙甲甲乙乙甲甲乙乙甲甲乙乙甲甲乙乙f f值值2020151510108 86 65 54 43 32 21.51.51 10.80.8 0.60.6 0.50.5 0.30.3坚坚硬程度硬程度 极极硬硬普通普通软软土土砂砂普氏根据普氏根据f f值的大小，将围岩分成值的大小，将围岩分成1515类类52 2.2.以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 (1)(1)代表：代表：泰沙基分类法泰沙基分类法 将不同岩性、不同构造条件的围岩分成九类，每类将不同岩性、不同构造条件的围岩分

35、成九类，每类都有一个相应的地压范围值和支护措施。分类中考虑了都有一个相应的地压范围值和支护措施。分类中考虑了地下水作用，当确认无水时，地下水作用，当确认无水时，4 47 7类围岩的地压值应降类围岩的地压值应降低低5050。这一分类方法至今仍有广泛的影响。这一分类方法至今仍有广泛的影响。4.3.2 围岩分级方法53 (1)(1)代表：代表：泰沙基分类法泰沙基分类法 类别类别围岩条件围岩条件岩石荷载高度岩石荷载高度支护情况支护情况1 1坚硬而完整坚硬而完整0 0不需支护不需支护2 2坚硬呈层状或片状坚硬呈层状或片状0 00.5B0.5B轻型支撑轻型支撑3 3大块状，有节理大块状，有节理0 00.2

36、5B0.25B需支掌需支掌4 4中等块状，有裂隙中等块状，有裂隙0.25B0.25B0.35(B+H0.35(B+Ht t)无侧压无侧压5 5碎块状，裂隙较多碎块状，裂隙较多(0.35(0.351.10)(B+H1.10)(B+Ht t)有较小侧压有较小侧压6 6完全破碎状完全破碎状1.10(B+H1.10(B+Ht t)支撑下部要做基础支撑下部要做基础7 7砂、砾状砂、砾状(1.10(1.102.10)(B+H2.10)(B+Ht t)有很大侧压，需用圆形支撑有很大侧压，需用圆形支撑8 8硬土状硬土状(2.10(2.104.50)(B+H4.50)(B+Ht t)有很大侧压，需用圆形支撑有很

37、大侧压，需用圆形支撑9 9软土状软土状与与(B+Ht)(B+Ht)无关一般达无关一般达8080米以上米以上有很大侧压，需用圆形支撑有很大侧压，需用圆形支撑表中表中B B、H Ht t分别为坑道宽度及高度分别为坑道宽度及高度54 2 2.以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 (2)(2)代表：代表：我国交通隧道我国交通隧道20002000年以前的围岩分级年以前的围岩分级法法 19601960年年代代我我国国在在积积累累大大量量铁铁路路隧隧道道修修建建经经验验的的基基础础上上，提提出出了了以以岩岩体体综综合合物物性性指指标标为为基基础础的的“岩岩体体综综合合分分

38、类类法法”，并并于于19751975年年经经修修正正后后正正式式作作为为铁铁路路隧隧道道围围岩岩分分类类方方法法借借鉴鉴了了泰泰沙沙基基法法，考考虑虑岩岩体体综综合合物物性性，共共6 6类。类。4.3.2 围岩分级方法55 3.3.与地质勘探手段相联系的分级方法与地质勘探手段相联系的分级方法 (1)(1)代表：代表：弹性波速分级法弹性波速分级法 随随着着工工程程地地质质勘勘探探方方法法，尤尤其其是是物物探探方方法法的的进进展展。19701970年年前前后后，日日本本提提出出了了按按围围岩岩弹弹性性波波速速度度进进行行分分类类的的方方法法。根根据据岩岩性性、地地质质状状况况及及土土压压状状态态，

39、将将围围岩岩分分成七类。成七类。我我国国从从19861986年年起起也也开开始始将将围围岩岩弹弹性性波波(纵纵波波)速速度度引入我国分类法中。引入我国分类法中。4.3.2 围岩分级方法56 3.与地质勘探手段相联系的分级方法 (1)(1)代表：代表：弹性波速分级法弹性波速分级法 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，围岩越好越高，围岩越好。波速 Kv(km/s)0.750.750.550.550.350.350.15 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 3030 硬岩硬岩 5 R5 Rb b3030 软岩

40、软岩 R Rb b 5 4.54.53.53.54.54.5 2.42.44.04.0 1.51.53.03.0 1.01.02.02.0 1.030MPa(30MPa)呈大块状砌体结构呈大块状砌体结构暴暴露露时时间间长长，可可能能会会出出现现局局部部小小坍坍塌塌，侧侧壁壁稳稳定定，层层间间结结合合差差的的平平缓缓岩层，顶板易塌落岩层，顶板易塌落软质岩石软质岩石(30MPa(30MPa)呈巨块状整体结构呈巨块状整体结构硬质岩石硬质岩石(30MPa)(30MPa)，呈呈块碎石状镶块碎石状镶嵌结构嵌结构拱拱部部无无支支护护时时可可产产生生小小坍坍塌塌，侧侧壁壁基本稳定，爆破震动过大易坍塌基本稳定，

41、爆破震动过大易坍塌软质岩石软质岩石(=5(=5以上以上30MPa30MPa)呈大块状砌体结构呈大块状砌体结构硬质岩石硬质岩石(30MPa)(30MPa)呈碎石状压碎结构呈碎石状压碎结构拱拱部部无无支支护护时时可可产产生生较较大大的的坍坍塌塌，侧壁有时失去稳定侧壁有时失去稳定软质岩石软质岩石(=5(=5以上以上30MPa30MPa)呈碎石状镶呈碎石状镶嵌结构嵌结构1.1.土土、2.2.一一般般钙钙质质、铁铁质质胶胶结结的的碎碎、卵石土、大块石土卵石土、大块石土 呈大呈大块状压密结构块状压密结构；呈呈巨块状整体结构巨块状整体结构石石质质围围岩岩位位于于挤挤压压强强烈烈的的断断裂裂带带内内，裂裂隙隙

42、杂杂乱乱，呈呈石石夹夹土或土夹石状土或土夹石状 呈呈角（砾）碎（石）状角（砾）碎（石）状 松松散结构散结构围围岩岩易易坍坍塌塌，处处理理不不当当会会出出现现大大坍坍塌塌，侧侧壁壁经经常常小小坍坍塌塌，浅浅埋埋时时易易出出现地表下沉（陷）或坍塌至地表现地表下沉（陷）或坍塌至地表一一般般第第四四系系的的半半干干硬硬硬硬塑塑的的粘粘性性土土及及稍稍湿湿至至潮潮湿湿的的一一般般碎碎、卵卵石石土土、圆圆砾砾、角角砾砾土及黄土（土及黄土（Q Q3 3，Q Q4 4）非非粘性土呈松散结构粘性土呈松散结构；粘粘性土及黄土呈松软结构性土及黄土呈松软结构石石质质围围岩岩位位于于挤挤压压极极强强烈烈的的断断裂裂带带

43、内内，呈呈角角砾砾、砂砂、泥泥松软体状松软体状呈松软结构呈松软结构围围岩岩极极易易坍坍塌塌变变形形，有有水水时时土土砂砂常常与与水水一一齐齐涌涌出出，浅浅埋埋时时易易坍坍塌塌至至地地表表软软塑塑状状粘粘性性土土及及潮潮湿湿的的粉粉细细砂等砂等粘粘性性土土呈呈易易蠕蠕动动的的松松软软结结构构，砂性土呈潮湿松散结构砂性土呈潮湿松散结构69主要工程地质特征主要工程地质特征饱和极限抗压强度饱和极限抗压强度R R b b(MPa)(MPa)地质地质构造构造节理节理发育发育围岩结构特征围岩结构特征和完整状态和完整状态60606060303030305 555轻微轻微不发育不发育巨块状，整体结构巨块状，整体

44、结构级级级级较重较重较发育较发育大块状，砌体结构大块状，砌体结构级级级级严重严重发育发育块碎状，镶嵌结构块碎状，镶嵌结构级级级级很严重很严重很发育很发育碎石状，压碎结构碎石状，压碎结构级级级级粉粉细砂细砂角砾碎石状松散结构角砾碎石状松散结构级级级级泥沙角砾状泥沙角砾状级级级级各项指标组合的围岩分类简表4.3.3 我国铁路隧道的围岩分级方法我国铁路隧道的围岩分级方法70 6.修正分级 地下水地下水 地下水的地下水的3 3种处理方法：种处理方法：分级时按无水考虑，而是根据地下水的状态，适当分级时按无水考虑，而是根据地下水的状态，适当 降低围岩等级降低围岩等级(1(12 2级级)；分级时按有水考虑，

45、当确认无水则提高围岩等级；分级时按有水考虑，当确认无水则提高围岩等级；直接将地下水状况直接将地下水状况(水质、水量、流通条件、静水压水质、水量、流通条件、静水压 力等力等)作为一个分级指标。作为一个分级指标。4.3.3 我国铁路隧道的围岩分级方法我国铁路隧道的围岩分级方法71铁路隧道分级按第铁路隧道分级按第1 1种方法处理：种方法处理：地下水影响的修正地下水影响的修正 地下水状态的分级表地下水状态的分级表级别级别状态状态渗水量渗水量L/(minL/(min10m)10m)干燥或湿润干燥或湿润1010偶有渗水偶有渗水10251025经常渗水经常渗水2512525125 围岩基本分类围岩基本分类地

46、下水状态分级地下水状态分级4.3.3 我国铁路隧道的围岩分级方法我国铁路隧道的围岩分级方法72初始地应力初始地应力初始地初始地应力状态应力状态主主 要要 现现 象象评估基准评估基准（R Rc c/maxmax）极高极高应力应力1.1.硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差442.2.软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不

47、易成洞不易成洞高应力高应力1.1.硬质岩硬质岩:开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂纹较多，成洞性较差和掉块现象，新生裂纹较多，成洞性较差4-74-72.2.软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移极显著，持续时间长，成洞性差移极显著，持续时间长，成洞性差4.3.3 我国铁路隧道的围岩分级方法我国铁路隧道的围岩分级方法73u初始地应力影响的修正初始地应力影响的修正围岩基本分级围岩基本分级 修正级别修正级别初始地应力状态初始地应力状态极高应力极高应力或或高应力高应力或或4.3.3 我国

48、铁路隧道的围岩分级方法我国铁路隧道的围岩分级方法74 两点说明：两点说明：设计阶段：设计阶段：采用修正后的围岩分级。采用修正后的围岩分级。施工阶段：施工阶段：根据实际情况，进一步判定围岩根据实际情况，进一步判定围岩分级，依据仍然是：分级，依据仍然是：围岩完整状态围岩完整状态岩岩石坚硬程度石坚硬程度地下水地下水初始地应力初始地应力4.3.3 我国铁路隧道的围岩分级方法我国铁路隧道的围岩分级方法75 1.1.1.1.初步分级初步分级初步分级初步分级 相当于铁路的基本分级相当于铁路的基本分级 依据：围岩主要定性特征依据：围岩主要定性特征 该特征由两个基本因素组成：该特征由两个基本因素组成：岩石坚硬程

49、度岩石坚硬程度R Rc c(即强度即强度)岩体完整性岩体完整性K Kv v(即弹性波速即弹性波速)推出推出围岩基本质量指标围岩基本质量指标 BQ=90+3RBQ=90+3Rc c+250K+250Kv v4.3 围岩分级4.3.4 我国公路隧道的围岩分级方法我国公路隧道的围岩分级方法76 2.2.详细分级详细分级 相当于铁路的修正分级相当于铁路的修正分级 修正修正BQBQ值：当有以下值：当有以下3 3方面影响时，应予修正：方面影响时，应予修正：地下水地下水K K1 1 软弱结构面软弱结构面(比铁路多此条比铁路多此条)K)K2 2 高初始地应力高初始地应力K K3 3 BQ=BQ=修正修正BQB

50、Q值值=BQ-100(K=BQ-100(K1 1+K+K2 2+K+K3 3)K K1 1K K3 3各值可查公路隧道规范附录各值可查公路隧道规范附录A.0.2-1A.0.2-1A.0.2-3 A.0.2-3 4.3.4 我国公路隧道的围岩分级方法77公路围岩分级表：公路围岩分级表：基本上与铁路隧道相同基本上与铁路隧道相同参数：参数：围岩主要定性特征围岩主要定性特征 BQBQ值，或值，或BQBQ值值(当需要修正时当需要修正时)4.3.4 我国公路隧道的围岩分级方法我国公路隧道的围岩分级方法78 1.1.问题问题 指标定性的多、定量的少。如何做到准确、方便、好用？指标定性的多、定量的少。如何做到