围岩稳定性评价PPT

v围岩稳定性是地下建筑工程研究的核心围岩稳定性是地下建筑工程研究的核心一般采用定性与定量结合的方法进行。一般采用定性与定量结合的方法进行。问题：问题：1 1、围岩稳定性评价的思路、程序是什么？、围岩稳定性评价的思路、程序是什么？2 2、定性评价主要考虑哪些方面？、定性评价主要考虑哪些方面？3 3、定量评价有几种方法？各自的适用条件是、定量评价有几种方法？各自的适用条件是什么什么?p 一、定性评价一、定性评价n1 1、围岩稳定性围岩稳定性岩体性质岩体性质-岩体强度、完整性、天然岩体强度、完整性、天然应力状态、水文地质条件应力状态、水文地质条件建筑特性建筑特性-规模、断面形状规模、断面形状施工方法施工方法-开挖方式、速率、支护开挖方式、速率、支护结构与形式结构与形式取决于三方面取决于三方面p 一、定性评价一、定性评价n1 1、围岩稳定性围岩稳定性浅埋浅埋洞室（小规模）的洞室（小规模）的稳定性稳定性等因素。等因素。深埋深埋洞室（大规模）稳定性因素洞室（大规模）稳定性因素复杂复杂，很重要很重要。u破碎松散岩、软弱破碎松散岩、软弱岩岩-u碎裂结构、碎裂结构、半坚硬结构岩半坚硬结构岩；u坚硬块状及厚层坚硬块状及厚层状岩体状岩体-u洞室中应力集中洞室中应力集中部位部位-n 2 2、洞室易失稳部位洞室易失稳部位-u破碎松散岩体、软弱岩体破碎松散岩体、软弱岩体u坚硬块状岩不稳定分离体坚硬块状岩不稳定分离体u洞室中应力集中部位洞室中应力集中部位u对稳定有利的条件对稳定有利的条件n 2 2、洞室易失稳部位洞室易失稳部位-新鲜完整岩体、裂隙不发育、少量地下水。新鲜完整岩体、裂隙不发育、少量地下水。完整坚硬岩体、裂隙较发育、但闭合且连续性完整坚硬岩体、裂隙较发育、但闭合且连续性差、未形成分离体。差、未形成分离体。n 1 1、整体稳定性计算、整体稳定性计算-其稳定性根据重分布应力计算或实测结果，与岩体的抗压（拉）强度比较，评价稳定性。整体状或块状岩体，可视为均质、连续介质Ftt sccF vh 由前述可知，洞壁处弹性应力为：应力集中系数-2cos21 2cos21 此时此时：F Fs s：安全系数，：安全系数，一般取一般取F Fs s=2=2c,t -洞壁处环向压、拉应力；洞壁处环向压、拉应力；c,t-岩体饱和抗压、拉强度。岩体饱和抗压、拉强度。p 二、定量评价二、定量评价结构面切割形成不稳定分离体结构面切割形成不稳定分离体u洞顶分离体洞顶分离体对三角形分离体对三角形分离体ABCABC：cotcot3 Lb cotcot2212331 gLgbLW2211LTLTTjj gLLTLTWTjj 2322111cotcot2 n 2 2、围岩局部稳定性计算、围岩局部稳定性计算 sintancos242WcLW 侧壁分离体在自重侧壁分离体在自重W W2 2作用下沿结构面作用下沿结构面L L4 4滑移，其后滑移，其后缘切割面缘切割面L L2 2的抗拉强度可忽略。的抗拉强度可忽略。式中：式中：c,c,为结构面为结构面L L4 4 上的内聚力和内摩擦角。上的内聚力和内摩擦角。u侧壁分离体侧壁分离体此时，分离体的稳定性系数为：此时，分离体的稳定性系数为：L L3 3-分离体底宽；分离体底宽；b-b-分离体高；分离体高；,-结构面倾角；结构面倾角；T Tj1j1,T,Tj2j2-结构面抗结构面抗拉强度。拉强度。洞顶洞壁分离体稳定计算洞顶洞壁分离体稳定计算W W2 2-侧壁分离体侧壁分离体自重；自重；-结构结构面面L L4 4的倾角；的倾角；.经典案例经典案例.三、实例分析三、实例分析渝怀铁路渝怀铁路圆梁山隧道：圆梁山隧道：线路重点控制工程，全线路重点控制工程，全长长11.06811.068公里，隧道地质条件异常复杂。公里，隧道地质条件异常复杂。隧道进口毛坝向斜和出口桐麻岭背斜有多处大隧道进口毛坝向斜和出口桐麻岭背斜有多处大规模的深埋充填溶洞，出口段为岩堆体。规模的深埋充填溶洞，出口段为岩堆体。这是国内隧道建设中首次在这是国内隧道建设中首次在深埋、向斜部位、深埋、向斜部位、高压富水、形态类型多变高压富水、形态类型多变的充满水、粉质泥砂的充满水、粉质泥砂的深部地区中穿过。隧道施工难度属国内罕见。的深部地区中穿过。隧道施工难度属国内罕见。.经典案例经典案例.相关数据相关数据岩溶突水（岩溶突水（9.810414.5104m 3d）；）；岩溶突泥；岩溶突泥；高水压（高水压（4.424.6Mpa）；）；高地应力（水平主应力高地应力（水平主应力Max 1621Mpa，M in 811Mpa）；）；煤层瓦斯（涌出量煤层瓦斯（涌出量0.1240.137m 3d，压力，压力0.30.9Mpa）；）；高地温（高地温（28）；）；断层破碎带（总计断层破碎带（总计10余条）；余条）；.经典案例经典案例.相关链接相关链接.锦屏一级电站在锦屏一级电站在2005年正式开工，至年正式开工，至2012年下半年第一台机年下半年第一台机组发电。锦屏二级电站在组发电。锦屏二级电站在2007年上半年正式开工，至年上半年正式开工，至2012年年年底第一台机组发电。年底第一台机组发电。.相关链接相关链接.相关链接相关链接.相关链接相关链接.相关链接相关链接.相关链接相关链接.相关链接相关链接.相关链接相关链接.相关链接相关链接.天然应力状态天然应力状态-取决于垂直洞轴的水平应力取决于垂直洞轴的水平应力H、天然应力比系数、天然应力比系数一、围岩稳定性分析一、围岩稳定性分析岩性岩性-影响洞室稳定性最基本的因素影响洞室稳定性最基本的因素岩体结构岩体结构-对岩体变形破坏起控制作用对岩体变形破坏起控制作用地质构造地质构造-关注断层破碎带、裂隙密集带、关注断层破碎带、裂隙密集带、褶皱轴部褶皱轴部水文地质条件水文地质条件-影响围岩应力状态及围岩强度影响围岩应力状态及围岩强度n 1 1、岩性、岩性-坚硬完整岩体坚硬完整岩体-稳定性好，不需支护能稳定性好，不需支护能适应各种断面洞室。适应各种断面洞室。软弱岩体软弱岩体-力学强度低，遇水易软化、崩力学强度低，遇水易软化、崩解、膨胀等不良性质，不利于解、膨胀等不良性质，不利于洞室稳定，围岩易变形破坏。洞室稳定，围岩易变形破坏。软硬相间岩体软硬相间岩体-其中软岩强度低，或错动成软弱夹层，此类其中软岩强度低，或错动成软弱夹层，此类岩一般性质较差，围岩稳定性也较差。岩一般性质较差，围岩稳定性也较差。影响洞室稳定性最基本的因素。影响洞室稳定性最基本的因素。u 岩体性状岩体性状-松散结构及碎裂结构岩体稳定性最差；薄层状岩体次之；松散结构及碎裂结构岩体稳定性最差；薄层状岩体次之；厚层状岩体稳定性最好厚层状岩体稳定性最好u 结构面性状结构面性状-对于脆性厚层块状岩对于脆性厚层块状岩体，强度取决于软弱体，强度取决于软弱结构面的特性。结构面的特性。结构面结构面自身特征自身特征；结构面结构面组合关系组合关系；结构面与临空面的结构面与临空面的交切关系交切关系；对岩体变形破坏起控制作用对岩体变形破坏起控制作用。n 2 2、岩体结构、岩体结构-u 分离体形状分离体形状-当分离体小于洞当分离体小于洞跨时，可能向洞内滑移、失稳。跨时，可能向洞内滑移、失稳。顶拱三种情况顶拱三种情况正三角锥体正三角锥体-最不稳定最不稳定柱状结构体柱状结构体-受拉时不稳受拉时不稳倒三角锥体倒三角锥体-有利于稳定有利于稳定n2 2、岩体结构、岩体结构-u取决于取决于垂直洞轴的水平应力垂直洞轴的水平应力H H的大小及的大小及天然应力天然应力比系数比系数。这是决定天然应力重分布状态的主因。这是决定天然应力重分布状态的主因。u在最大主应力（压）方向在最大主应力（压）方向上，围岩破坏概率及严重上，围岩破坏概率及严重程度比其他方向大。程度比其他方向大。估计其值并估计其值并设法消除设法消除其对其对洞体的影响或洞体的影响或设法利用设法利用它它是是非常重要非常重要的。的。n 3 3、天然应力状态、天然应力状态避开断层破碎带、裂隙密集带避开断层破碎带、裂隙密集带其对围岩稳定性影响最大，且在施工中可能有突发涌水。其对围岩稳定性影响最大，且在施工中可能有突发涌水。该处围压较大，该处围压较大，顶拱自稳性差，顶拱自稳性差，常遇突发涌水。常遇突发涌水。n 4 4、地质构造、地质构造u主要作用主要作用软化作用软化作用-对软弱岩体和软弱夹层软化泥化；对软弱岩体和软弱夹层软化泥化；溶蚀作用溶蚀作用-对可溶性岩体溶蚀对可溶性岩体溶蚀；浸润作用浸润作用-对滑动面浸润，使稳定性下降对滑动面浸润，使稳定性下降。u水压力（静）水压力（静）-作用于衬砌作用于衬砌，有时比山岩压力大几倍；，有时比山岩压力大几倍；作用于未衬砌岩体作用于未衬砌岩体，在，在平缓结构面平缓结构面上形成水压力，上形成水压力，促使分离体促使分离体下滑下滑；流入；流入陡立结构面陡立结构面，相当于施加张力，同样，相当于施加张力，同样促其破坏促其破坏。此地下水压力最大值可此地下水压力最大值可等于洞顶以上地下水厚度等于洞顶以上地下水厚度（水头值）。（水头值）。影响围岩应力状态及围岩强度影响围岩应力状态及围岩强度n5 5、地下水、地下水-u建筑物特性建筑物特性-断面形状断面形状-决定应力集中的部位、程度；决定应力集中的部位、程度；洞室规模洞室规模-洞室规模大，则围岩范围亦大。洞室规模大，则围岩范围亦大。u施工方法施工方法-开挖方式、施工速率主要开挖方式、施工速率主要影响影响围岩中的围岩中的应力应力调整与再分配调整与再分配。u支护方法支护方法n 6 6、工程因素、工程因素-临时支护、永久性支护；半衬、全衬。临时支护、永久性支护；半衬、全衬。无需衬砌无需衬砌自稳性好自稳性好易施工易施工p 二、洞室位址选择论证二、洞室位址选择论证-围岩要有一定厚度，（无压，围岩要有一定厚度，（无压，33倍洞径；有倍洞径；有压，计算确定）；避开地形不利地段；考虑洪水影压，计算确定）；避开地形不利地段；考虑洪水影响；不可埋深过大，高地应力导致施工困难。响；不可埋深过大，高地应力导致施工困难。-山体厚、施工条件好，岩坡山体厚、施工条件好，岩坡陡壁；避开地表径流；避开可能滑陡壁；避开地表径流；避开可能滑动的坡体；避开断层破碎带。动的坡体；避开断层破碎带。选择坚硬完整、力学强度高的岩体。选择坚硬完整、力学强度高的岩体。花岗、闪长、辉长、致密的玄武岩属花岗、闪长、辉长、致密的玄武岩属良好良好围岩。围岩。-未风化的片未风化的片麻岩、石英片岩、钙麻岩、石英片岩、钙质板岩、变质砾岩为质板岩、变质砾岩为围岩。围岩。粘土质片岩、绿泥粘土质片岩、绿泥石片岩、泥质板岩、石片岩、泥质板岩、千枚岩等属千枚岩等属岩。岩。风化程度、岩相风化程度、岩相选择坚硬完整、力学强度高的岩体。选择坚硬完整、力学强度高的岩体。层状岩体以厚层为好，薄层易塌落，层状岩体以厚层为好，薄层易塌落，-总体强度稍低。总体强度稍低。厚层白云岩、石灰岩、钙厚层白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩、砾岩一般质胶结的砂岩、砾岩一般是坚硬是坚硬的，属的，属围岩。围岩。泥岩、凝灰岩、煤泥岩、凝灰岩、煤系地层、泥质胶结的系地层、泥质胶结的砂砾岩是砂砾岩是岩。岩。遇断层垂直通过遇断层垂直通过，减少洞室与破碎带交汇长度。，减少洞室与破碎带交汇长度。区域性断层破碎带、裂隙密集带不利于围岩稳定，区域性断层破碎带、裂隙密集带不利于围岩稳定，应避开应避开。断层破碎带无法避开时，系统轴向与其呈断层破碎带无法避开时，系统轴向与其呈45456565夹角为宜。夹角为宜。选择断裂少、岩性结构简单的地区。选择断裂少、岩性结构简单的地区。断层破碎带规模？断层破碎带规模？断裂、褶皱、软弱结构面、断裂、褶皱、软弱结构面、岩体结构、地应力岩体结构、地应力，虽张裂发育，但岩层自成拱，虽张裂发育，但岩层自成拱，有利于稳定有利于稳定；避开向斜轴，岩体破碎，地下水；避开向斜轴，岩体破碎，地下水富集，不利于稳定。富集，不利于稳定。岩层倾斜、较薄或岩层倾斜、较薄或软硬相间软硬相间时，洞轴时，洞轴较有利；较有利；非平行不可时，应将非平行不可时，应将中。中。洞顶洞顶围岩围岩最易失稳最易失稳，其次是侧壁。令设计挪移，其次是侧壁。令设计挪移洞轴线、调整高程。使洞轴线、调整高程。使中，洞底置于软中，洞底置于软岩，岩，一般情况洞轴与最大水平应力一般情况洞轴与最大水平应力1 1垂直（垂直（1/3 1/3 33），当，当现代天然应力较现代天然应力较显著显著地区，地下建筑轴线应地区，地下建筑轴线应，尽量避开活动性断裂。，尽量避开活动性断裂。当洞室各部位轴向不同时，上述原则当洞室各部位轴向不同时，上述原则（大跨度隧洞），其它部位以工程措施解决。（大跨度隧洞），其它部位以工程措施解决。干燥无水最有利。干燥无水最有利。选择地下水位以上、或水量不大、无高压含水层选择地下水位以上、或水量不大、无高压含水层的岩体。的岩体。避开避开以上几种情况可能产生突发涌水。以上几种情况可能产生突发涌水。水量极大、来势猛，常造成洞顶坍塌，砂石随水水量极大、来势猛，常造成洞顶坍塌，砂石随水涌入、冲毁洞室，轻者影响施工，重者人员伤亡涌入、冲毁洞室，轻者影响施工，重者人员伤亡 涌水涌水特点及后果：特点及后果：大量涌水造成地表水枯竭大量涌水造成地表水枯竭在遇水软化的岩层中使支衬地基的承载力降低在遇水软化的岩层中使支衬地基的承载力降低施工前预先查明涌水的可能性，大致确定涌水带施工前预先查明涌水的可能性，大致确定涌水带位置及涌水量，超前预报，采取防范措施。位置及涌水量，超前预报，采取防范措施。对策：对策：问题问题：人员安全、爆破安全、混凝土浇筑与：人员安全、爆破安全、混凝土浇筑与养护等。养护等。发生条件发生条件：埋深很大的洞室、地热异常区。：埋深很大的洞室、地热异常区。对策对策：查明地热异常区的分布及特点，采取：查明地热异常区的分布及特点，采取防护措施。防护措施。高地温及有害气体高地温及有害气体-深埋洞室考虑地温及有害气体、高地应力的影响。深埋洞室考虑地温及有害气体、高地应力的影响。首先考虑避开，不能避开时，要有防范措施。首先考虑避开，不能避开时，要有防范措施。甲烷、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、乙烷、氡甲烷、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、乙烷、氡等有害气体。等有害气体。发生条件发生条件：在含煤、石油、沥青、硫化矿床、碳质页岩、：在含煤、石油、沥青、硫化矿床、碳质页岩、碳酸盐岩地层中掘进。碳酸盐岩地层中掘进。危害危害：含量到一定程度，严重危害健康；可能引起爆炸。：含量到一定程度，严重危害健康；可能引起爆炸。防范防范：预测预报、施工中加强检验、采取通风措施。：预测预报、施工中加强检验、采取通风措施。有害气体突出有害气体突出-盾构法盾构法-在一个前端带有刃角的钢在一个前端带有刃角的钢制圆筒，即盾构保护下施工。较笨制圆筒，即盾构保护下施工。较笨重、造价高，仅圆形断面重、造价高，仅圆形断面 。u在地下水位以下掘进断层破碎带、饱水粉细纱、淤在地下水位以下掘进断层破碎带、饱水粉细纱、淤泥层等难度较大的地层，必须采用特殊的施工方法泥层等难度较大的地层，必须采用特殊的施工方法压浆固结法压浆固结法-在掌子面前方按环形打超前孔，并在掌子面前方按环形打超前孔，并向孔内压浆形成一个坚硬不透水的锥形，由此向孔内压浆形成一个坚硬不透水的锥形，由此掘进。掘进。冻结法冻结法-在掌子面上布置多层钻孔，插入冷却管，在掌子面上布置多层钻孔，插入冷却管，压入冷冻液，形成锥形冷冻体，在其中掘进。压入冷冻液，形成锥形冷冻体，在其中掘进。是突破破碎带的重要施工方法。是突破破碎带的重要施工方法。1、地质条件2、地形地貌条件3、工程难易程度4、投资的数额5、工期要求6、现有施工技术水平7、运营条件（线路条件）补充补充-铁路隧道位置选择铁路隧道位置选择考虑的因素考虑的因素铁路隧道位置选择铁路隧道位置选择u1 1、按、按地形条件地形条件进行选择进行选择-高程障碍、平面障碍高程障碍、平面障碍（1 1）高程障碍）高程障碍 克服高程障碍的三种方案：绕行方案、深堑方案、克服高程障碍的三种方案：绕行方案、深堑方案、隧道方案隧道方案（2 2）平面障碍）平面障碍平面障碍：线路依山傍河而行（河谷线）的凸岸山平面障碍：线路依山傍河而行（河谷线）的凸岸山嘴，跨越河流、湖泊、海峡等嘴，跨越河流、湖泊、海峡等克服凸岸山嘴平面障碍的两种方案：沿河傍山绕行，克服凸岸山嘴平面障碍的两种方案：沿河傍山绕行，隧道直穿。隧道直穿。u2 2、按、按地质条件地质条件进行选择进行选择（1 1）按地质构造类型进行选择）按地质构造类型进行选择地质构造类型：单斜构造、褶曲构造、断层。地质构造类型：单斜构造、褶曲构造、断层。位置选择位置选择（2 2）不良地质区隧道位置的选择）不良地质区隧道位置的选择不良地质区指：滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩不良地质区指：滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、含瓦斯和水文地质条件复杂地区。溶、含瓦斯和水文地质条件复杂地区。位置选择位置选择(b)(a)B软弱结构面A(b)(a)B软弱结构面A隧道位址按地质条件进行选择隧道位址按地质条件进行选择D背斜B向斜AC隧道位址按地质条件进行选择隧道位址按地质条件进行选择越岭线越岭线u1 1、越岭线上隧道位置的选择、越岭线上隧道位置的选择何谓越岭线？何谓越岭线？隧道是跨越分水岭的唯一选择。隧道是跨越分水岭的唯一选择。选择内容：选择内容：（1 1）、选择垭口）、选择垭口（2 2）、确定高程）、确定高程河谷线河谷线u2 2、河谷线上隧道位置的选择、河谷线上隧道位置的选择何谓河谷线？何谓河谷线？线路特点线路特点两种选择：靠外（稍偏河流一侧）两种选择：靠外（稍偏河流一侧）短隧道群，短隧道群，靠里（稍偏山体一侧）靠里（稍偏山体一侧）长隧道长隧道工程实践总结出一条经验：工程实践总结出一条经验：“宁里勿外宁里勿外”靠外靠外靠里靠里隧洞隧洞垂直岩层走向垂直岩层走向穿过褶皱穿过褶皱总体较有利总体较有利，过背斜轴部时可能遇楔形掉块（，过背斜轴部时可能遇楔形掉块（b）；通过向）；通过向斜轴部时遇地下水问题（斜轴部时遇地下水问题（c）；岩层倾向开挖面，有岩块坠落）；岩层倾向开挖面，有岩块坠落危险（危险（a）。最有利的部位是岩层倾向与隧洞开挖方向一致的）。最有利的部位是岩层倾向与隧洞开挖方向一致的翼部。翼部。隧洞隧洞平行岩层走向平行岩层走向过褶皱过褶皱条件较差条件较差，（，（a a）不对称岩压及冒落问题；（）不对称岩压及冒落问题；（c c）岩层陡倾时）岩层陡倾时不利，岩压力全部由拱顶承担，（不利，岩压力全部由拱顶承担，（b b）也不利，两侧岩体顺层）也不利，两侧岩体顺层滑落及透水岩导水问题，应避开。滑落及透水岩导水问题，应避开。20022002年年2 2月月1 1日，发生严重突泥突水，最大涌水日，发生严重突泥突水，最大涌水量达每小时量达每小时10000m10000m3 3，动水压曾高达，动水压曾高达3.6MPa3.6MPa以上，以上，致使钻机钻杆被泥水推出，钻孔内射出高压水，致使钻机钻杆被泥水推出，钻孔内射出高压水，射程达射程达30m30m。20022002年年9 9月月1010日，突泥日，突泥4200m4200m3 3，隧道断面被泥石，隧道断面被泥石塞满塞满244m244m；1111日和日和1212日又先后两次突泥突水，日又先后两次突泥突水，最大涌水量达每小时最大涌水量达每小时72000m72000m3 3，隧道被充填，隧道被充填389m389m。.经典案例经典案例.带冷冻头的眼睛墙带冷冻头的眼睛墙在冰伞下挖掘在冰伞下挖掘1.围岩稳定性评价围岩稳定性评价 定性评价；定性评价；定量评价；定量评价；2.洞室的位址选择地质论证洞室的位址选择地质论证根据修正值BQ的岩体分级可评价围岩自稳能力。各种洞形洞壁的应力集中参数各种洞形洞壁的应力集中参数节理走向和倾向对隧道开挖的影响节理走向和倾向对隧道开挖的影响63 刚才的发言，如刚才的发言，如有不当之处请多指有不当之处请多指正。谢谢大家！正。谢谢大家！