第三章围岩分类与压力

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 围岩分级,地面结构体系一般都是由结构和地基所组成，地基在结构底部起约束作用，除了自重外，荷载都是来自外部，,（图,3-1a,）。,地下结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同并相互作用的结构体系，即,地下结构支护结构周边围岩,；地下结构所承受的荷载又主要来自结构体系的本身,地层，故称为,地层压力,或,围岩压力,。,在地下结构体系中，地层既是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源,(,图,4-1b),，,这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的。,隧道围岩分级及其应用,根据坑道开挖实践，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。,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,一、以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法,在这种分级方法中，具有代表性的是前苏联普落托奇雅柯诺夫,(,M.Jipoctonbn,Monos,),教授提出的,“岩石坚固系数”分级法,(,或称“”值分级法，或普氏分级法,),。这种分级方法在我国的隧道工程中得到了广泛的应用。,我国工程部门在将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：,式中 值是由岩石强度决定的，是考虑地质条件的折减系数，一般情况下，,1.0,。,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。该分级法将隧道围岩分为,6,级,。,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。,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,2004,年施行的“公路隧道设计规范”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,(,表,3-4),。,围岩,级别,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),表,3-4,弹性波,(,纵波,),速度分级,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，既要考虑地质构造、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：,根据不同的,Q,值，将岩体质量评为九等，详见表,3-5,。,岩体质量,特别好,极好,良好,好,中等,不良,坏,极坏,特别坏,Q,400,1000,100,400,40,100,10,40,4,10,1,4,0.1,1,0.01,0.1,0.001,0.01,表,3-5,岩体质量评估,五、以工程对象为代表的分级法,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。,六、我国现行隧道围岩分级,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。,(2004,年公路隧道设计规范,),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标两种方法确定。,岩石类别,单轴饱和抗压极限强度,(,MPa,),代 表 性 岩 石,硬质岩,极硬岩,60,花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩；,硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩等沉积岩；,片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩,硬 岩,30,60,软质岩,较软岩,15,30,凝灰岩等喷出岩；,砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、炭质页岩、泥灰岩、泥岩、煤等沉积岩；,云母片石或千枚岩等变质岩,软 岩,5,15,极软岩,15,岩石坚硬程度划分为极硬岩、硬岩、较软岩、软岩和极软岩等,5,类,（表,3-6,）,表,3-6,岩石坚硬程度的划分,岩体完整程度划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎等,5,类,(,表,3-7),。,完整程度,结 构 面 特 征,结构类型,岩体完整性指数,完 整,结构面,1,2,组，以构造型节理或层面为主，密闭型,巨块状整体结构,0.75,较完整,结构面,2,3,组，以构造型节理、层面为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物,块状结构,0.75,0.55,较破碎,结构面一般为,3,组，以节理及风化裂隙为主，在断层附近受构造影响较大，裂隙以微张型和张开型为主，多有充填物,层状结构、,块石碎石结构,0.55,0.35,破 碎,结构面大于,3,组，多以风化型裂隙为主，在断层附近受构造作用影响大，裂隙以张开型为主，多有充填物,碎石角砾状结构,0.35,0.15,极破碎,结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填，充填物厚度大,散体状结构,0.15,表,4-7,2,、围岩基本分级,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,-,3.5,4.5,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,-,2.5,4.0,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,(Q,1,、,Q,2,),1.5,3.0,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,(Q,3,、,Q,4,),1.0,2.0,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),根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围岩分为,6,级,(,见下表,),。,围岩分级的影响因素及分级的修正,1,、地下水,在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的，在同级围岩中，遇水后则适当降低围岩级别。降低的幅度主要视：,围岩的岩性及结构面的状态；,地下水的性质、大小、流通条件及对围岩浸润状况和危害程度而定。本围岩分级中关于地下水影响的修正参照表,3-9,和表,3-10,。,级别,状态,渗水量,L/(min10m),干燥或湿润,10,偶有渗水,10,25,经常渗水,25,125,表,3-9,地下水状态的分级,围岩级别,地下水状态级别,-,-,-,表,3-10,地下水影响的修正,2,、初始应力场,围岩的初始应力状态对岩体的构造一力学特征是有一定影响的。因此，围岩分级中考虑了初始应力状态的影响，将初始应力场采取修正系数的方法，对围岩级别予以降级,(,表,4-11,和表,3-12),。,初始地应力状态,主 要 现 象,评估基准,(),极高应力,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,4,软质岩：岩心常有饼化现象，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，不易成洞,高应力,硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差,4,7,软质岩：岩心时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间长，成洞性差,围岩级别,初始地应力状态,极高应力,或,高应力,或,表,3-11,初始地应力状态评估,表,3-12,初始地应力影响的修正,