隧道围岩分级与围岩压力计算PPT课件

学习本章的学习本章的目的目的： （1 1）要求掌握有关隧道的勘查、设计、构造原理和有关计算方）要求掌握有关隧道的勘查、设计、构造原理和有关计算方法；法； （2 2）理解隧道围岩稳定性的影响因素及其与施工方法的关系；）理解隧道围岩稳定性的影响因素及其与施工方法的关系； （3 3）了解隧道围岩分级时考虑的因素。）了解隧道围岩分级时考虑的因素。4.1 4.1 隧道围岩的概念与工程性质隧道围岩的概念与工程性质 4.2 4.2 围岩的稳定性围岩的稳定性 4.3 4.3 围岩分级围岩分级 4.4 4.4 围岩压力的确定围岩压力的确定 第第4 4章章 隧道围岩分级与围岩压力隧道围岩分级与围岩压力 Surrounding rock classification and pressure4.1 隧道围岩的概念与工程性质隧道围岩的概念与工程性质4.1.14.1.1围岩的概念围岩的概念 围岩围岩: :是指隧道开挖后其周围产生是指隧道开挖后其周围产生应力重分布应力重分布范围内的岩体，范围内的岩体，或指或指隧道开挖后对其隧道开挖后对其稳定性稳定性产生影响的那部分岩产生影响的那部分岩( (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。围岩的范围： 围岩的边界应划在开挖隧道面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。一般在横断面上为6-8倍的洞径。4.1.2围岩的工程性质 物理 工程性质 水理 力学 ：围岩抵抗变形和破坏的性能。 岩岩 体体结构面结构面岩石岩石结构面：包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面岩体的力学特征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征： 软弱节理发育和完整连续的岩体，岩石的结构特征决定岩体力学特征。坚硬块状岩体中，结构面为主导。岩体：由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。岩石与岩体的区别：岩石与岩体的区别： 岩石：均质、连续、各向同性岩石：均质、连续、各向同性 岩体：非均质、不连续、各向异性岩体：非均质、不连续、各向异性 岩体力学性质获取的方式：岩体力学性质获取的方式： 现场试验：真实、费时、费钱现场试验：真实、费时、费钱 室内试验：不易取样、代表性差室内试验：不易取样、代表性差 1 1、岩体的变形特性、岩体的变形特性 受拉、受压、剪切、流变受拉、受压、剪切、流变 问题：岩体能受拉吗？问题：岩体能受拉吗？ 1) 1) 受压变形受压变形 岩石：线性、弹性岩石：线性、弹性 软弱结构面：非线性、塑性软弱结构面：非线性、塑性 岩体：弹塑性体，见下图。岩体：弹塑性体，见下图。 ABC岩体岩石软弱结构面0图图4-1 4-1 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) 破裂和破坏阶段破裂和破坏阶段(CD)(CD) 2) 剪切变形剪切变形 (1) (1) 沿结构面滑动沿结构面滑动 (2) (2) 岩石的断裂岩石的断裂 (3) (3) 在结构面的影响下沿岩石剪断在结构面的影响下沿岩石剪断 3) 流变特性流变特性 ： 蠕变：蠕变：指应力不变，而应变随时间增长。指应力不变，而应变随时间增长。 松弛：松弛：应变不变，而应力随时间而衰减应变不变，而应力随时间而衰减 问题：围岩流变特性对隧道的影响？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2 2、岩体强度、岩体强度 岩石强度：通过试件获得。岩石强度：通过试件获得。 岩体强度：抗压强度：由结构面特征决定低于岩石岩体强度：抗压强度：由结构面特征决定低于岩石强度，约为岩石强度的强度，约为岩石强度的70708080。 抗剪强度：主要由结构面特征决定。抗剪强度：主要由结构面特征决定。 4.2 围岩的稳定性围岩的稳定性4.2.1 研究围岩稳定性的意义研究围岩稳定性的意义 围岩的稳定性：围岩的稳定性：隧道开挖后，在不支护条件下围岩的隧道开挖后，在不支护条件下围岩的稳定性。稳定性。 问题：什么是隧道工程的头等大事？问题：什么是隧道工程的头等大事？ 研究围岩的稳定性，如何促使围岩稳定。研究围岩的稳定性，如何促使围岩稳定。围岩级别的工程作用：围岩级别的工程作用： 判断围岩稳定性。判断围岩稳定性。 判断施工难易程度，投资依据。判断施工难易程度，投资依据。 结构分析计算的依据结构分析计算的依据 地质因素客观因素地质因素客观因素 人为因素主观因素、工程因素人为因素主观因素、工程因素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1 1、地质因素、地质因素 从从5 5个方面来分析：个方面来分析： 岩体结构特征岩体结构特征 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岩体结构特征岩体结构特征 指岩体的破碎程度或完整状态。指岩体的破碎程度或完整状态。 破碎程度：破碎程度：裂隙率、裂隙间距。对稳定性起主导作用。裂隙率、裂隙间距。对稳定性起主导作用。 裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。 按这裂隙间距将岩体分为：按这裂隙间距将岩体分为： 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。 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。 问题：问题： 软弱结构面有怎样的害处？软弱结构面有怎样的害处？ 什么是不利空间组合？什么是不利空间组合？ 张家界图节理较发育节理较发育 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R Rb b。 岩石强度越高，隧道越稳定。岩石强度越高，隧道越稳定。(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。 地下水的影响地下水的影响 软化围岩；软化围岩； 减少层间摩阻力促使岩块滑动；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。 2 2、人为因素、人为因素 隧道形状和尺寸隧道形状和尺寸 支护结构类型支护结构类型 施工方法施工方法 超挖超挖4.3 围岩分级围岩分级 4.3.1 4.3.1 概概 述述 围岩分级：围岩分级：根据岩体的若干指标，按照稳定性根据岩体的若干指标，按照稳定性将围岩分成不同的级别。将围岩分成不同的级别。 工程目的工程目的： （1 1）结构设计依据）结构设计依据 （2 2）施工方法依据）施工方法依据 （3 3）工程造价依据）工程造价依据 围岩分级的发展过程：围岩分级的发展过程： 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其它分级法：其它分级法： 组合多因素分类法组合多因素分类法与地质勘探手段与地质勘探手段相联系的分类法相联系的分类法 总结：总结：早期仅岩石强度；早期仅岩石强度； 现在综合多种因素，如岩体现在综合多种因素，如岩体构造、岩石强度、构造、岩石强度、RQD指标等。指标等。 4.3.24.3.2围岩分级方法围岩分级方法 3 3个基本因素：个基本因素： 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。 1 1个附加因素：个附加因素： 初始地应力：初始地应力：适当考虑。适当考虑。（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法（一）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 代表：代表：土石分类法坚石、次坚石、松石、土。土石分类法坚石、次坚石、松石、土。 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 代表：代表：岩石坚固性系数岩石坚固性系数(f(f值值) )分级法普氏法分级法普氏法 f f值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗爆性、强度等。爆性、强度等。 但核心还是岩石强度。但核心还是岩石强度。 ( (二二) ) 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 代表：代表： 泰沙基法泰沙基法考虑围岩的完整状态和岩性，考虑围岩的完整状态和岩性，共共9 9级。级。 我国交通隧道围岩分级法我国交通隧道围岩分级法借鉴了泰沙基借鉴了泰沙基法，考虑岩体综合物性，共法，考虑岩体综合物性，共6 6级。级。 （三）与地质勘探手段相联系的分级方法（三）与地质勘探手段相联系的分级方法 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。指标，波速越高，围岩越好。波速波速 KvKv0.750.750.750.750.550.550.550.550.350.350.350.350.150.150.15 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 30 30 硬岩硬岩 5 R5 Rb b30 30 软岩软岩 R Rb b 5 5 极软岩极软岩 围岩完整程度围岩完整程度 指标指标1 1：结构面发育程度：结构面发育程度 指标指标2 2：地质构造影响程度：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为由此两指标，将岩体完整程度分为5 5个级别，见下表：个级别，见下表： 岩岩体体完完整整程程度度的的划划分分完整程度完整程度结构面发育程度结构面发育程度地质构造影响程度地质构造影响程度完整完整不发育不发育轻微轻微较完整较完整较发育、不发育较发育、不发育较重、轻微较重、轻微较破碎较破碎发育、较发育发育、较发育严重严重破碎破碎极发育、发育极发育、发育极严重、严重极严重、严重极破碎极破碎极发育极发育极严重极严重 围围岩岩受受地地质质构构造造影影响响程程度度等等级级划划分分 等级等级地质构造作用特征地质构造作用特征轻微轻微围岩地质构造变动小，无断裂（层）；层状岩体一般呈单斜构造；节理不发育较重较重围岩地质构造变动较大；位于断裂（层）或褶曲轴的邻近地段；可有小断层，节理较发育严重严重围岩地质构造变动较强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多见扭曲及拖拉现象；节理发育很严重很严重位于断裂（层）破碎带内；节理很发育；岩体呈碎石、角砾状，有的呈粉末泥土状围岩节理（裂隙）发育程度划分围岩节理（裂隙）发育程度划分等级等级地质构造作用特征地质构造作用特征节理不发育节理不发育 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节理发育节理发育 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、碎石状节理很发育节理很发育 节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.2m，微张开或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状( (4) 4) 铁铁路路隧隧道道围围岩岩分分级级表表 基基本本分分级级+ +围围岩岩弹弹性性纵纵波波速速度度= =铁铁路路隧隧道道围围岩岩分分级级 特点特点 给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。 尚未考虑地下水和地应力。尚未考虑地下水和地应力。 修修正正分分级级 地地下下水水 地地下下水水的的3 3种种处处理理方方法：法： 分分级级时时按按无无水水考考虑，虑，而而是是根根据据地地下下水水的的状状态，态，适适当当降降低低围围岩岩等等级级( (1 12 2级级) )； 分分级级时时按按有有水水考考虑，虑，当当确确认认围围岩岩无无水水则则提提高高围围岩岩等等级；级； 直直接接将将地地下下水水状状况况( (水水质、质、水水量、量、流流通通条条件、件、静静水水压压力力等等) )作作为为一一个个分分级级指指标。标。u初初始始地地应应力力影影响响的的修修正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 两两点点说说明：明： 设设计计阶阶段：段：采采用用修修正正后后的的围围岩岩分分级。级。 施施工工阶阶段：段：根根据据实实际际情情况，况，进进一一步步判判定定围围岩岩分分级，级，依依据据仍仍然然是：是： 岩岩石石坚坚硬硬程程度度 围围岩岩完完整整状状态态 地地下下水水 初初始始地地应应力力 2.2.公公路路隧隧道道初初步步分分级级相相当当于于铁铁路路的的基基本本分分级级 依依据：据：围围岩岩主主要要定定性性特特征征 该该特特征征由由两两个个基基本本因因素素组组成：成： 岩岩石石坚坚硬硬程程度度R Rc c( (即即强强度度) ) 岩岩体体完完整整性性K Kv v( (即即弹弹性性波波速速) ) 根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围岩分为根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围岩分为6 6级。级。围岩级别岩 体 特 征土 体 特 征围岩弹性纵波速度(km/s)极硬岩，岩体完整-4.5极硬岩，岩体较完整；硬岩，岩体完整-3.54.5极硬岩，岩体较破碎；硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整-2.54.0极硬岩，岩体破碎；硬岩，岩体较破碎或破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整或较破碎；软岩，岩体完整或较完整具压密或成岩作用的粘性土、粉土及砂类土，一般钙质、铁质胶结的碎(卵)石土、大块石土，黄土(Q1、Q2)1.53.0软岩，岩体破碎至极破碎；全部极软岩及全部极破碎岩(包括受构造影响严重的破碎带)一般第四系坚硬、硬塑粘性土，稍密及以上、稍湿、潮湿的碎(卵)石土、圆砾土、角砾土、粉土及黄土(Q3、Q4)1.02.0受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带软塑状粘性土、饱和的粉土、砂类土等1.0(饱和状态的土1.5)详详细细分分级级相相当当于于铁铁路路的的修修正正分分级级当当有有以以下下3 3方方面面影影响响时，时，应应予予修修正：正： 地地下下水水K K1 1 软软弱弱结结构构面面( (比比铁铁路路多多此此条条) )K K2 2 高高初初始始地地应应力力K K3 3 4.4.4 4 围围岩岩压压力力4.4.4.4.1 1 岩岩体体初初始始应应力力状状态态 自重应力自重应力 构造应力构造应力 地下水压力地下水压力 温度应力温度应力原岩原岩 毛洞毛洞稳定洞室稳定洞室开挖开挖支护支护一、围岩压力及其分类一、围岩压力及其分类 ( (一一) )围岩压力围岩压力 围岩压力围岩压力地层对洞室的作用力地层对洞室的作用力广义：包括有、无支护时的压力广义：包括有、无支护时的压力狭义：仅指对支护的压力狭义：仅指对支护的压力（二）围岩压力分类（二）围岩压力分类 1 1松动压力松动压力围岩变形过大，发生松动而形成的压力。围岩变形过大，发生松动而形成的压力。 2 2形变压力形变压力围岩变形在有限范围内而形成的压力。围岩变形在有限范围内而形成的压力。 这是最重要的两种压力形态。这是最重要的两种压力形态。3 3膨胀压力膨胀性岩层。膨胀压力膨胀性岩层。 4 4冲击压力明洞，落石；冲击压力明洞，落石； 暗洞，坍方、岩爆。暗洞，坍方、岩爆。4.4.2 4.4.2 影响围岩压力的因素影响围岩压力的因素 地质因素地质因素 1.1.岩体初始应力状态岩体初始应力状态 2.2.岩石力学性质岩石力学性质 3.3.岩体结构面岩体结构面 4.4.地下水等地下水等 工程因素工程因素 1.1.施工方法施工方法 2.2.支护设置时间支护设置时间 3.3.支护本身刚度支护本身刚度 4.4.隧道断面形状等隧道断面形状等1.1.围岩松动压力的形成围岩松动压力的形成 自然拱的概念：自然拱的概念：围岩的变形不能得到有效的控制，当变围岩的变形不能得到有效的控制，当变形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方形成拱形。形成拱形。 (a) (a) 变形阶段；变形阶段； (b) (b) 松动阶段；松动阶段； (c) (c) 塌落阶段；塌落阶段； (d) (d) 成拱阶段。成拱阶段。 4.4.3 围岩松动压力的形成和确定方法围岩松动压力的形成和确定方法自然拱 影响自然拱的因素：影响自然拱的因素： 隧道埋深隧道埋深成拱的必要条件成拱的必要条件 隧道断面形状和大小隧道断面形状和大小拱的范围拱的范围 施工因素施工因素对围岩的扰动程度对围岩的扰动程度2 2、围岩压力的确定方法、围岩压力的确定方法 直接量测法直接量测法 理论估算法理论估算法 统计法（经验法、工程类比法）统计法（经验法、工程类比法） 1) 1)深埋隧道围岩松动压力的确定方法深埋隧道围岩松动压力的确定方法 (1) (1) 统计法统计法我国我国隧规隧规所推荐的方法所推荐的方法 式中式中 围岩容重；围岩容重； h hq q坍落拱高度；坍落拱高度； s s 围岩级别；围岩级别； w w 宽度影响系数，由宽度影响系数，由 w=1+iw=1+i（B-5B-5）计算：）计算： B B 坑道宽度，当坑道宽度，当 B B5m5m时，取时，取 i =0.2i =0.2，当，当 B B5m5m时，取时，取i =0.1i =0.1。双线单线51245. 079. 141. 01Bihhss水平压力见表：水平压力见表：表围岩水平均布压力表围岩水平均布压力围岩级别围岩级别、 水平均布压力水平均布压力0 0 0.15q 0.15q ( 0.15( 0.150.3)q0.3)q(0.3(0.30.5)q 0.5)q (0.5(0.51.0)q 1.0)q 统计法公式的适用条件：统计法公式的适用条件： H/BH/B1.71.7，H H为坑道的高度；为坑道的高度； 深埋隧道；深埋隧道； 不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩；不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩； 采用矿山法施工。采用矿山法施工。 据统计，围岩垂直松动压力的分布可概括为据统计，围岩垂直松动压力的分布可概括为4 4种，如种，如图。图。 图图 围岩竖向松动压力的分布图形围岩竖向松动压力的分布图形统计法公式仅针对图中第一种情况。统计法公式仅针对图中第一种情况。 例 某单线隧道处于围岩，埋深20 m，宽度7.4m，高度8.8 m,容重21.5KN/m3,试计算竖值压力和水平压力。围岩级别水平均布压力00.15q(0.150.3)q(0.30.5)q(0.51.0)q4.21m79. 141. 0. 14hkN/m15.275 .133 . 015. 0. 3qekN/m5 .9021. 45 .21. 2 hq双线单线51245. 079. 141. 01Bihhss(2) (2) 普氏理论普氏理论 散粒体理论：岩体被节理、裂隙所切割，视为散粒体理论：岩体被节理、裂隙所切割，视为散粒体。散粒体。 普氏系数普氏系数f(f(岩体坚固性系数岩体坚固性系数):):岩体坚固性系数岩体坚固性系数 f f 的概念：的概念： f f是一个以岩体强度为主的指标，兼顾抗钻性、抗爆性、是一个以岩体强度为主的指标，兼顾抗钻性、抗爆性、地下水等性质。地下水等性质。 前述自然拱概念最早由普氏前述自然拱概念最早由普氏提出：提出： 图图4-8 4-8 自然拱的两种形态自然拱的两种形态 坚硬岩体坚硬岩体: : 松散破碎岩体：松散破碎岩体： 245tan0ttHbb式中式中 为隧道净跨度的一半；为隧道净跨度的一半； 为隧道净高度。为隧道净高度。tbtH 一般来说，普氏理论比较适用于松散、破碎的围岩中。一般来说，普氏理论比较适用于松散、破碎的围岩中。 埋深小于或等于塌落拱的高度Hq竖向应力245tan2102tHHe水平应力 2) 2)浅埋隧道围岩松动压力的确定方法浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 深、浅埋隧道的判定原则深、浅埋隧道的判定原则 Hp（22.5）hq I I一一IIIIII级围岩取级围岩取: : H Hp p2h2hq q IV IVVIVI级围岩取级围岩取: : H Hp p2.5h2.5hq q HHpHHp时为深埋时为深埋 H HHpHp时为浅埋时为浅埋 H H 为覆盖层厚度为覆盖层厚度 (2) (2) 浅埋隧道围岩松动压力的确定方法浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 土柱法土柱法 要点：忽略滑动面上的阻力。要点：忽略滑动面上的阻力。 适于：埋深适于：埋深 H hq H hq 垂直压力：垂直压力：q=H q=H 水平压力按朗金公式：水平压力按朗金公式：e = (H + 1/2 Ht)tg2(450 /2) Ht 为隧道净高。为隧道净高。 一院法一院法 重点：重点： 当当H Hhq hq 时，应该考虑滑动面上的阻力。时，应该考虑滑动面上的阻力。 分析下图：分析下图： 2.埋深大于塌落拱的高度小于分界高度HCDBAFEGBthH0WW1W1FThpT00TFFW1W1TF-090+hcoth90-(+-0)W1TF-90+90-(+-)HCDBFEGBthH0WW1W1FThpT0F10090sinsinWTtan211hhW sin22TWTWQ浅 1.1.破破裂裂面面A AC C、B BD D 2.2.矩矩形形E EF FH HG G下下沉沉 带带动动三三棱棱体体A AC CE E和和B BD DF F下下滑滑 整整个个岩岩体体A AB BD DH HG GC C下下滑滑 受受阻阻于于未未扰扰动动岩岩体体 3.3.作作用用力力有：有： 矩矩形形E EF FH HG GW W1 1； 三三棱棱体体A AC CE,E,B BD DF FW W2 2； 三三棱棱体体与与岩岩体体E EF FD DC C之之间间的的摩摩阻阻力力T T= =T T1 1+ +T T2 2； 阻阻力力N N。 按按力力的的平平衡衡条条件，件，作作用用在在支支护护结结构构上上的的垂垂直直压压力力为：为： 式式中中只只有有T T1 1是是未未知，知，可可求求得：得： 式式中中 侧侧压压力力系系数。数。 于于是，是，P可可求求出。出。 heHeBHHBQqHHBQHBWHWQhWTWQtttt21222,)tan1 (tantantansin2浅浅浅浅浅例 某单线隧道处于围岩，埋深8 m，宽度7.4m，高度8.8 m,容重21.5KN/m3,试计算竖值压力和水平压力。kN/m83.162)tan1 (ttBHHBQq浅浅4.4.5 4.4.5 围岩应力的现场量测围岩应力的现场量测 直接量测直接量测 间接量测间接量测4.1 4.1 隧道围岩的概念与工程性质隧道围岩的概念与工程性质 4.2 4.2 围岩的稳定性围岩的稳定性 4.3 4.3 围岩分级围岩分级 4.4 4.4 围岩压力的确定围岩压力的确定 第第4 4章章 隧道围岩分级与围岩压力隧道围岩分级与围岩压力 Surrounding rock classification and pressure 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R Rb b。 岩石强度越高，隧道越稳定。岩石强度越高，隧道越稳定。( (五五) )我国铁路与公路隧道的围岩分级方法我国铁路与公路隧道的围岩分级方法 1.1.铁路隧道铁路隧道 沿革沿革 岩体综合分类岩体综合分类6060年代，成昆线，五类。年代，成昆线，五类。 隧道围岩分类隧道围岩分类7474年版，首部铁路隧道规范，六类。年版，首部铁路隧道规范，六类。 隧道围岩分类隧道围岩分类8686年版，加入围岩弹性波速指标。年版，加入围岩弹性波速指标。 隧道围岩分级隧道围岩分级9999年版，采用国标分级排序，改称年版，采用国标分级排序，改称“围岩围岩分级分级”，六级。，六级。 隧道围岩分级隧道围岩分级20012001年版，不变。年版，不变。 隧道围岩分级隧道围岩分级20052005年版，不变。年版，不变。围岩节理（裂隙）发育程度划分围岩节理（裂隙）发育程度划分等级等级地质构造作用特征地质构造作用特征节理不发育节理不发育 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节理发育节理发育 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、碎石状节理很发育节理很发育 节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.2m，微张开或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状( (4) 4) 铁铁路路隧隧道道围围岩岩分分级级表表 基基本本分分级级+ +围围岩岩弹弹性性纵纵波波速速度度= =铁铁路路隧隧道道围围岩岩分分级级 特点特点 给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。 尚未考虑地下水和地应力。尚未考虑地下水和地应力。 两两点点说说明：明： 设设计计阶阶段：段：采采用用修修正正后后的的围围岩岩分分级。级。 施施工工阶阶段：段：根根据据实实际际情情况，况，进进一一步步判判定定围围岩岩分分级，级，依依据据仍仍然然是：是： 岩岩石石坚坚硬硬程程度度 围围岩岩完完整整状状态态 地地下下水水 初初始始地地应应力力 2.2.公公路路隧隧道道初初步步分分级级相相当当于于铁铁路路的的基基本本分分级级 依依据：据：围围岩岩主主要要定定性性特特征征 该该特特征征由由两两个个基基本本因因素素组组成：成： 岩岩石石坚坚硬硬程程度度R Rc c( (即即强强度度) ) 岩岩体体完完整整性性K Kv v( (即即弹弹性性波波速速) ) 根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围岩分为根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围岩分为6 6级。级。1.1.围岩松动压力的形成围岩松动压力的形成 自然拱的概念：自然拱的概念：围岩的变形不能得到有效的控制，当变围岩的变形不能得到有效的控制，当变形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方形成拱形。形成拱形。 (a) (a) 变形阶段；变形阶段； (b) (b) 松动阶段；松动阶段； (c) (c) 塌落阶段；塌落阶段； (d) (d) 成拱阶段。成拱阶段。 4.4.3 围岩松动压力的形成和确定方法围岩松动压力的形成和确定方法