隧道围岩分级及其主要力学参数

隧道围岩分级及其主要力学参数

一、一般规定

在公路勘察设计过程中，是根据周边岩体或土体的稳定特性进行围岩分级的。围岩分Ⅰ～Ⅵ级，由于每级间范围较大，施工阶段对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ基本级别，再进行亚级划分。在公路隧道按土质特性和工程特性分：岩质围岩分级——Ⅰ～Ⅴ级；土质围岩分级Ⅳ～Ⅵ级。对岩质围岩和土质围岩分别采用不同的指标体系进行评定：岩质围岩基本指标为岩质的坚硬程度和完整程度，修正指标为地下水状态，主要软弱结构面产状及初始地应力状态。

土质围岩分级指标体系宜根据土性差异而组成，粘土质围岩基本指标为潮湿程度。沙质土围岩基本指标为密实程度。修正指标潮湿程度。碎石土围岩基本指标为密实程度。至于膨胀土、冻土作为专门研究，这里暂不述。围岩分级指标体系中可用定性分析，也可用定量分析，但由于工地施工条件时间等因素，一般我们仅采用定性分析。下面我讲定性分析来确定围岩级别。

1、确定岩性及风化程度。

2、结构面发育，主要结构面结合程度，主要结构面类型，甚至产状倾角、走向结构面张开度，张裂隙。

3、水的状况涌水量等。

二、岩石坚硬程度的定性划分

1、坚硬岩：锤击声清脆、震手、难击碎，有回弹感，浸水后大多无吸水反应，如微风化的花岗岩——正长岩，闪长岩，辉绿岩，玄

武岩，安山岩，片麻岩，石英片麻岩，硅质板岩，石英岩，硅质胶结的砾岩，石英砂岩，硅质石灰岩等等。

2、较坚硬岩：锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎，浸水后有轻微吸水反应。如未风化～微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩等。

3、较软岩：锤击声不清脆，无回弹，较易击碎，浸水后指甲可刻击印痕。如未风化～微风化的凝灰岩，砂质泥岩，泥灰岩，泥质砂岩，粉砂岩，页岩等。

4、软岩：锤击声哑，无回弹，有凹痕，多击碎，手可掰开。如强风化的坚硬岩，弱风化～强风化的较坚硬岩，弱分化的较软岩，未风化的泥岩等。

5、极软岩：锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎，浸水后可捏成团，如全风化的各种岩类，各种半成岩。Rc——岩石单轴饱和抗压强度、定性质与岩石的对应关系，一般Rc＞60MPa——坚硬岩，Rc=60～30 MPa为较坚硬岩；Rc=3 0～15MPa为较软岩；Rc=15～5MPa软岩；Rc＜5Mpa极软岩。也可用Rc=22.82Is(50)，Is(50)——岩石点荷载强度指数。这里不多说。

三、岩质围岩的完整度的定性划分

这是根据岩体的结构状况来定性划分

1、完整：节理裂隙，不发育，节理裂隙1-2组，平均间距>1.0m 层面结合好，一般。

2、较完整：节理裂隙，不发育，节理裂隙1-2组，平均间距1.0m

但层面结合差。但完整节理裂隙较发育，节理裂隙2-3组，平均间距1.0-0.4m之间层面结合一般。呈块状或厚层状结构。

3、较破碎：a节理裂隙较发育，2-3组，平均间距1-0.4m，层间结合面差，裂隙块状或中厚层状结构；b.节理裂隙发育，组数≥3，平均间距0.4～0.2m，层间结合面好或者一般，多半是-1的断层，中、薄层状结构。

4、破碎：a.节理裂隙发育，≥3组，平均间距0.4～0.2m，层间结合面差，裂隙为块状结构；b.节理极发育，间距≥3组，平均间距≤0.2m，层间结合面差，碎裂状结构。

5、极破碎：节理裂隙极发育，组数是无序的，结合很差散体状结构。

下面简单谈Kv值与岩体完整定性值的对应关系。

Kv值是针对不同的工程地岩组或岩性段，选择代表性的点、段测定围岩弹性纵波速度，并在同一围岩段取样，测定岩石弹性纵波速度。Kv=(V Pm/V Pr)2，式中V pm——评价区域岩体的弹性纵波速度(Km/S), Vpr——评价区域弹性岩面的弹性波纵波速度（Km/s），Kv>0.75为完整。0.75-0.55为较完整，0.55-0.35为较碎，0.35-0.15为破碎，<0.15为极破碎，如无Kv值，也可用岩体完整程度定性值的对应关系求得见下表

计算式Jv=N1/L1+N2/L2+……+Nn/Ln+S k=1/d1+1/d2+……+1/dn+S k

式中：Jv－岩体体积节理数(条/m3)

N1…Nn－同组结构面的数目

L1…Ln－垂直于结构面的测线长度(m)

d1…dn－各节理面间距

S k－每立方米非成组面节理条数。

除成组节理外，对延伸长度大于1m的分散节理亦应予统计。已为硅质、铁质、钙质充填再胶结的节理不予统计等。

四、土质围岩分级定性指标

1、粘土质围岩

坚硬扰动后能用手捏成饼，边上多裂口。硬塑、可塑、软塑，扰动后两手相压土成饼状，粘于手掌，揭掉后掌中有湿痕。流塑扰动后手捏后有明显湿痕并土粘于手上。（可作液塑限试验和天然含水量，得出液性指数，可鑑定坚硬，硬塑、可塑、软塑、流塑等。

2、砂质土围岩和碎石土围岩

松散主要表现于天然的坡不能形成徒坎。稍密、中密，用镐挖能成形，但稳定时间不长，易坍塌。密实，呈徒坎状，能立。镐开挖出凹凸形状不易塌。

水对围岩稳定有着重要影响。饱和度来分稍湿、潮湿、饱和，有野外工地实际，一看就明白了。饱和度Sr=(Vw/Vv)×100%，Vw－为

水所占的体积，Vv－为孔隙部分所占的体积。简单述下，砂质土围岩潮湿程度，定量质与定性值对应关系

五、围岩分级方法

公路隧道岩质围岩是通过地质调查勘察试验…等等方法和手段。根据取得围岩定性特征和基本质量指标(BQ)进行基本质量分级(BQ) －岩质围岩的基本质量指标，这是作为定量分析所用，暂不多述。地下水状态影响修正，一般淋雨状或涌流状水（水压<0.1Mpa或单位出水量<10L/min），在Ⅲ～Ⅳ级围岩降半级（包含亚级）（水压>0.1Mpa，或单位出水量>10L/min），在Ⅲ、Ⅳ围岩中，一般降一级，这是指岩质围岩还要视具体状况而定，岩层的产状、倾角初始地应力等对围岩稳定是有一定的影响，这里不多述了。

1、岩质围岩一般分为Ⅰ～Ⅴ级，有时可分为亚级，现在我仅对Ⅱ～Ⅴ级基本定性分级。

Ⅱ级围岩－坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构，较坚硬岩岩体完整，块状或整体结构。

Ⅲ级围岩－坚硬岩：较破碎，结构面较发育，结合一般，整体结构或镶嵌碎裂结构或裂隙块状结构。较坚硬岩：岩体完整或较破碎，结构面较发育，结合好，块状结构。较软岩：岩体完整，结构面不发育，结合好或一般整体状或巨厚层状。

Ⅳ级围岩－坚硬岩，岩体破碎，结构面极发育，结合面一般或差，碎裂状结构：较坚硬岩：结构面发育结合好或一般，镶嵌碎裂结构。较软岩：岩体完整，结构面较发育，结合好或一般块状结构。软岩：岩体完整，结构不发育，结合好或一般，整体状或巨厚状结构。

Ⅴ级围岩：坚硬岩及较坚硬岩，岩体破碎，结合面不好，较软岩：结构面发育，碎裂状结构或散体状结构，结合一般或差，极软岩(Rb=0～5Mpa)，结构面不发育或结构面较发育，但结合面较好。

2、粘质土围岩基本指标定性分级，一般分Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级。Ⅳ级为坚硬密实粘质土、黄土，液性I L≤0，Ⅴ级从坚硬～硬塑～可塑液性指数I L 0～0.75，一般坚硬，天然密度硬塑状粘质土、可塑状粘质土、黄土。

Ⅵ级为软塑~流塑状粘土，近软塑状及天然密度低，可塑状粘质土。

3、砂质土围岩基本指标定性分级

Ⅳ级：密实，压实或成岩作用砂质土，如定量，按标准贯入击数，N>30。

Ⅴ级：密实~中密~稍密，压密状态，稍湿至潮湿或胶结程度较好的砂质土，标准贯入锤击数10~30。

Ⅵ级：松散潮湿，呈饱和状态的粉细沙土等砂质土。

4、碎石土围岩基本指标定性分极方法

Ⅳ级：密实，一般钙质、铁质胶结的碎石土，卵石土，大块石土。

Ⅴ级：密实~中密~稍密，稍湿至潮湿且较松散的碎石土、卵石土、

圆砾、角砾土。特别对于土质围岩水的影响是大的。具体情况具体对待予以评定。对于目前我们主要隧道都是大跨度，开挖跨度大，Ⅱ、Ⅲ级围岩可基本能自稳，Ⅳ、Ⅴ级都有可能发生大、中、小塌方。（大塌方——塌方高度>6m，塌方体积100m3，中塌方——塌方高度3~6m，塌方体积30~100m3，小塌方——塌方高度<3m，塌方体积<30m3）。按此在本段施工，对Ⅳ、Ⅴ级围岩更要注意安全。