第四章__围岩分级与围岩压力
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第四章__围岩分级与围岩压力
<5
凝灰岩等喷出岩； 砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、灰质页岩、泥灰
岩、泥岩、煤等沉积岩； 云母片岩或千枚岩等变质岩
20
铁路隧道围岩分级
(2)岩体的完整程度：
衡量围岩的完整程度要考虑以下因素 ➢按照软弱面的产状、贯通性以及充填物的情况，可将 围岩分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。 ➢按照围岩受地质构造影响的程度，可将围岩分为
RQD(％)
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔长度
100
该分级法将围岩分为5级
R> 0.9 0.75 < R < 0.9 0.5 < R < 0.75 0.25 < R < 0.5
优
良
好
差
R < 0.25 很差
表中R为RQD指标。
14
(四)组合多种因素的分级方法
“岩体质量——Q”的分类方法。
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。
体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时，定为Ⅳ级。
**围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为Ⅳ级；围 岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时，定为Ⅴ级。
27
铁路隧道围岩分级
➢风化作用的影响
当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分级考虑 围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1~2级。
隧道工程施工技术
1
第4章
围岩分级及围岩压力
第二节 围岩分级
一、概述
4.4.1 概述 ■研究隧道地质环境需要解决的两个问题（最佳的施工方 法和支护结构）。 ■可采用的方法有（经验方法和理论方法）。 ■我国目前的隧道工程处在（经验设计和经验施工）的阶 段。 ■经验法的依据就是隧道围岩稳定性的分级。 ■隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性
凝灰岩等喷出岩； 砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、灰质页岩、泥灰
岩、泥岩、煤等沉积岩； 云母片岩或千枚岩等变质岩
20
铁路隧道围岩分级
(2)岩体的完整程度：
衡量围岩的完整程度要考虑以下因素 ➢按照软弱面的产状、贯通性以及充填物的情况，可将 围岩分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。 ➢按照围岩受地质构造影响的程度，可将围岩分为
RQD(％)
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔长度
100
该分级法将围岩分为5级
R> 0.9 0.75 < R < 0.9 0.5 < R < 0.75 0.25 < R < 0.5
优
良
好
差
R < 0.25 很差
表中R为RQD指标。
14
(四)组合多种因素的分级方法
“岩体质量——Q”的分类方法。
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。
体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时，定为Ⅳ级。
**围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为Ⅳ级；围 岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时，定为Ⅴ级。
27
铁路隧道围岩分级
➢风化作用的影响
当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分级考虑 围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1~2级。
隧道工程施工技术
1
第4章
围岩分级及围岩压力
第二节 围岩分级
一、概述
4.4.1 概述 ■研究隧道地质环境需要解决的两个问题（最佳的施工方 法和支护结构）。 ■可采用的方法有（经验方法和理论方法）。 ■我国目前的隧道工程处在（经验设计和经验施工）的阶 段。 ■经验法的依据就是隧道围岩稳定性的分级。 ■隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性
隧道围岩分级与围岩压力(二)-中南大学-《隧道工程》
1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法
(1) 隧规法（统计法）：采用破损阶段法设计时
q hq
hq 0.45 2s1 w
式中 γ—围岩容重；
hq—坍落拱高度； s —围岩级别；
w —宽度影响系数，由 w=1+i（B-5）计算：
B —坑道宽度，当 B＜5m时，取 i =0.2，
当 B＞5m时，取i =0.1。
●假定：所有的岩体都不同程度地被节理、裂隙所切 割，因此可视为散粒体。但岩体又不同于一般的散粒体， 其结构面上仍存在着不同程度的粘结力。
●这种粘结力体现为摩擦力，以似摩擦系数f表示—
—称其为岩体的“坚固性系数”。
33
4.4.4 围岩松动压力的确定方法
1.深埋隧道围岩松动压力的确定方法
(2)普氏理论 ● 岩体坚固性系数f：是一个以岩体强度为主的指
35
4.4.4 围岩松动压力的确定方法
(2)普氏理论
●围岩压力 作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散岩 体的重力 ◆垂直匀布松动压力为
q h
◆围岩水平匀布松动压力可按朗金公式计算源自e(q1 2
Ht
)
tg
2
(45
0
2
)
36
4.4.4 围岩松动压力的确定方法
(2)普氏理论 ◆跨度
①坚硬岩体:
B Bt
本节主要内容： ➢岩体初始应力状态 ➢围岩压力定义与分类 ➢围岩松动压力的形成过程 ➢围岩松动压力的确定方法 ➢明洞压力的计算 ➢围岩压力的现场量测
4
4.4 围岩压力的确定
4.4.1 岩体初始应力状态
1. 岩体初始应力状态
隧道开挖前未扰动的岩体应力状态——也称原始应
力或一次应力。
隧道工程第四章 隧道围岩分级与围岩压力
初始地应力状态对围岩级别的修正按表2-17进行。
根据岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素对围岩的基本分级， 结合地下水装态和初始地应力状态对基本分级的修正，隧道围岩的 级别按表2-18综合确定。
4.2 围岩压力及成拱作用
4.2.1 围岩压力
围岩压力是指衬砌结构承受的压力。 围岩压力按作用形态，一般可分为以下几种类型。 1. 松动压力
•
需要指出：两种方法都可以在地面垂直向下钻孔，也
可在洞室内水平钻孔或向上钻孔进行量测。但孔底法只能
测到一个平面上的两个主应力，第三哥主应力需要假设，
若要量测三维应力状态，一般量测岩体应力的精度与岩体应力
-应变关系有关；因此，在条件许可的情况下，尽可能在
量测岩体应力的现场同时进行岩体应力-应变关系的测定。
第四章 围岩分级与围岩压力
4.1 隧道围岩分级 4.2 围岩压力及成拱作用 4.3 围岩压力的确定 4.4 围岩压力的实测方法
4.1 围岩分级
4.1.1 概述
隧道围岩的稳定性程度，一般用围岩的分级来评定。
围岩的分级决定了隧道的最佳施工方法和支护结 构。 围岩的分级，目前还是以“经验分级”为主。
4.1.2 围岩分级
由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支 护结构上的压力称为松动压力。 松动压力：竖向压力、侧向压力和底压力
松动压力存在的三种情况：
（1）整体稳定的岩体，出现个别松动掉块的岩石； （2）松散软弱的的岩体，坑道顶部和两侧片帮冒落； （3）在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软弱面发 生剪切破坏或拉坏等局部塌落。
应力解除法具体实施方法有两种：孔底法，孔壁 和孔径法。
（1）孔底法
实施步骤
1、用环钻钻孔至所要求量测应力的深度，取出岩心（图2-6a）
隧道工程-4章-第6,7讲-围岩分级与压力
《隧道工程》
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
李元海
中国矿业大学力建学院
2013年8月3日星期六
1
重点内容与思考题 1.围岩概念？ 2.岩石物理力学指标？岩石流变性与蠕变性？ 3.隧道围岩稳定性影响因素？ 4.围岩分级的目的、方法及主要指标？ 5.围岩压力分类？ 6.形变压力概念及确定方法？ 7.松动压力概念及计算方法？
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
2
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
主要内容
4.1 4.2 4.3
影响围岩稳定性的因素？ 隧道围岩分级及其作用？ 围岩压力计算
4.4
围岩压力量测
3
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
前言
围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生 影响的岩体；不同围岩在修建隧道时会有不同 地质现象，产生不同地质问题，如变形、坍塌、 岩爆等。为满足隧道设计、施工需要，针对各 种不同工程项目要求，须进行隧道围岩分级。
目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础或依 据（工程类比法就是建立在围岩分级的基础上 的）
38
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
围岩分级的目的
① ② ③
作为选择施工方法的依据； 科学管理及正确评价经济效益； 确定结构上的荷载（松散荷载）；
④
⑤
给出衬砌结构的类型及其尺寸；
制定劳动定额、材料消耗标准等。
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
20
岩石的物理力学性质
（1）单轴抗压强度：单向压缩下，岩石能承 受的最大压应力，其与抗拉强度和抗剪强度有 着一定的比例关系。
Rc
=
Pc / A
（表4-4）
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
李元海
中国矿业大学力建学院
2013年8月3日星期六
1
重点内容与思考题 1.围岩概念？ 2.岩石物理力学指标？岩石流变性与蠕变性？ 3.隧道围岩稳定性影响因素？ 4.围岩分级的目的、方法及主要指标？ 5.围岩压力分类？ 6.形变压力概念及确定方法？ 7.松动压力概念及计算方法？
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
2
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
主要内容
4.1 4.2 4.3
影响围岩稳定性的因素？ 隧道围岩分级及其作用？ 围岩压力计算
4.4
围岩压力量测
3
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
前言
围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生 影响的岩体；不同围岩在修建隧道时会有不同 地质现象，产生不同地质问题，如变形、坍塌、 岩爆等。为满足隧道设计、施工需要，针对各 种不同工程项目要求，须进行隧道围岩分级。
目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础或依 据（工程类比法就是建立在围岩分级的基础上 的）
38
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围岩分级的目的
① ② ③
作为选择施工方法的依据； 科学管理及正确评价经济效益； 确定结构上的荷载（松散荷载）；
④
⑤
给出衬砌结构的类型及其尺寸；
制定劳动定额、材料消耗标准等。
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
20
岩石的物理力学性质
（1）单轴抗压强度：单向压缩下，岩石能承 受的最大压应力，其与抗拉强度和抗剪强度有 着一定的比例关系。
Rc
=
Pc / A
（表4-4）
隧道围岩分级及围岩压力
岩压力的计算方法； 5、了解围岩压力计算方法中的普氏理论和泰沙基法。
隧道围岩分级及围岩压力
第一节 概 述
❖ 隧道和地面结构物如房屋、桥梁、水坝等一样， 也是一种结构体系。但两者之间在赋存环境、力 学作用机理等方面存在着明显的差异。正确地认 识和掌握地质环境对隧道结构的作用和影响是进 行隧道结构体系设计和施工的前提和基础。
隧道围岩分级及围岩压力
❖ ( 2 ）岩体的力学性质。按照强度理论，岩体中的应 力状态不能超出岩体强度，所以岩体强度越高地应 力值越大。可用应力度（垂直应力与岩体单轴抗压 强度的比值来表示岩体在开挖前的状态，应力度越 小，岩体的潜在能力很大，开挖后就越稳定，引起 的位移就越小。
隧道围岩分级及围岩压力
1根据岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性定量特征和定量的岩体基本质量指标bq2在岩体基本质量分级的基础上考虑地下水主要软弱结构面产状初始应力状态的影响修正岩体基本质量指标值按修正后的岩体基本质量指标bq结合岩体的定性特征综合评判确定围岩的详细分级
第四章 隧道围岩分级及围岩压力
教学基本要求： 1、了解隧道工程中主要的围岩分级方法； 2、掌握影响隧道围岩稳定性的因素； 3、掌握围岩分类中应主要考虑的指标； 4、掌握我国隧道设计中对采用矿山法施工的隧道其围
隧道围岩分级及围岩压力
6、影响围岩初始应力场的因素
❖ 围岩的初始应力状态，一般受到两类因素的影响： 重力、地质构造、地形、岩体的物理力学性质及地 温等经常性的因素；新构造运动、地下水活动、人 类的长期活动等暂时性的或局部性的因素。
隧道围岩分级及围岩压力
❖ ( l ）地形和地貌。地形的变化并不产生新的地应力 场，只对应力起调整作用。在靠近山坡，最大压应 力方向近似平行山坡表面。从主应力的量值来看， 在接近山谷岸坡表面部分是应力偏低的地带，往里 则转变为应力偏高带，再往山体深部逐渐过渡到应 力稳定区，在山谷底部则有较大的应力集中。
隧道围岩分级及围岩压力
第一节 概 述
❖ 隧道和地面结构物如房屋、桥梁、水坝等一样， 也是一种结构体系。但两者之间在赋存环境、力 学作用机理等方面存在着明显的差异。正确地认 识和掌握地质环境对隧道结构的作用和影响是进 行隧道结构体系设计和施工的前提和基础。
隧道围岩分级及围岩压力
❖ ( 2 ）岩体的力学性质。按照强度理论，岩体中的应 力状态不能超出岩体强度，所以岩体强度越高地应 力值越大。可用应力度（垂直应力与岩体单轴抗压 强度的比值来表示岩体在开挖前的状态，应力度越 小，岩体的潜在能力很大，开挖后就越稳定，引起 的位移就越小。
隧道围岩分级及围岩压力
1根据岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性定量特征和定量的岩体基本质量指标bq2在岩体基本质量分级的基础上考虑地下水主要软弱结构面产状初始应力状态的影响修正岩体基本质量指标值按修正后的岩体基本质量指标bq结合岩体的定性特征综合评判确定围岩的详细分级
第四章 隧道围岩分级及围岩压力
教学基本要求： 1、了解隧道工程中主要的围岩分级方法； 2、掌握影响隧道围岩稳定性的因素； 3、掌握围岩分类中应主要考虑的指标； 4、掌握我国隧道设计中对采用矿山法施工的隧道其围
隧道围岩分级及围岩压力
6、影响围岩初始应力场的因素
❖ 围岩的初始应力状态，一般受到两类因素的影响： 重力、地质构造、地形、岩体的物理力学性质及地 温等经常性的因素；新构造运动、地下水活动、人 类的长期活动等暂时性的或局部性的因素。
隧道围岩分级及围岩压力
❖ ( l ）地形和地貌。地形的变化并不产生新的地应力 场，只对应力起调整作用。在靠近山坡，最大压应 力方向近似平行山坡表面。从主应力的量值来看， 在接近山谷岸坡表面部分是应力偏低的地带，往里 则转变为应力偏高带，再往山体深部逐渐过渡到应 力稳定区，在山谷底部则有较大的应力集中。
隧道围岩分级与围岩压力 围岩压力
围岩压力
围岩压力
(a)
(b)
变
松
形
动
阶
阶
段
段
(c)
(d)
塌
成
落
拱
阶
阶
段
段
围岩松动压力的形成
围岩压力
围岩压力
⑴ 隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中，顶板开始沉陷， 并出现拉断裂纹，可视为变形阶段；
⑵ 顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结构面切割等原因， 逐渐转变为松动，可视为松动阶段；
⑶ 顶板岩体视其强度的不同而逐步坍塌，可视为坍塌阶段；
围岩压力
⑴ 深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法)
围岩竖向匀布压力q 按下式计算：
q = 0.45 ×2 s-1×γω (kN/m2)
式中 ：S—围岩级别，如属II级，则S＝2； γ— 围岩容重， (kN/m3)； ω＝1+ i(B-5) — 宽度影响系数； B — 隧道宽度,(m）； i —以B＝5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率。 当B<5m，取i ＝0.2；当B > 5m,取i ＝0.1。
围岩压力
① 深、浅埋隧道的判定原则
Hp＝（2～2.5）hq 式中:Hp—深浅埋隧道分界深度;
hq—荷载等效高度，按下式计算： hq＝q/γ
q —深埋隧道竖向均布压力 kN／m2； γ —围岩容重（kN／m2）。
围岩压力
在矿山法施工的条件下
I～Ⅲ级围岩取 Hp＝2hq
Ⅳ～Ⅵ级围岩取 Hp＝2.5hq
围岩压力
围岩压力
围岩压力
围岩压力是指隧道开挖后，围岩作用在隧道支护上的压力，是隧道支撑
或衬砌结构的主要荷载之一。
岩体初始 应力状态
围岩分级与围岩压力
地质构造影响程度 节理裂隙发育程度
岩石强度 地下水发育程度 地应力水平
岩体完整程度 围岩基本分级 修正基本分级 最终围岩分级
4、隧道围岩压力的确定
• （1）围岩压力的形成及类型 • （2）围岩压力的理论计算方法 • （3）铁路、公路隧道围岩压力规范确定方法 • （4）围岩压力实测方法
4、隧道围岩压力的确定
围岩在隧道工程中具有三位一体特性:
围岩是修建隧道的介质，是构成隧道的基本材料和 环围境岩;是产生围岩压力的原因，是隧道结构的荷载 来源； 围岩同时可以分担一部分围岩压力，还是承载结 构。
1、隧道围岩的概念及其性质
• （3）围岩与隧道工程的相互关系
围岩对隧道设计施工的影响:
隧道开挖难易程 度隧;道开挖后的稳定程 度隧；道支护结构承受荷载的大 小。
岩石坚硬程度 岩体完整程度
地下水 地应力
3、隧道围岩分级
• （3）铁路和公路隧道围岩分级
(C) 现行铁路隧道围岩分级方 法
围岩基本分级 修正基本分级
①岩石坚硬程度 ②岩体完整程度
软硬岩分界指标：30Mpa
指标1：R结b>构30面发硬育岩程度 指标52：<R地b≤质3构0 造软影岩响程度 由此两指Rb标<，5 将极岩软体岩完整程 度分为5个级别。
3、隧道围岩分级
• （3）铁路和公路隧道围岩分级
(C) 现行铁路隧道围岩分级方 法 围岩基本分级 ①岩石坚硬程度
②岩体完整程度 ③围岩弹性波测试
修正基本分级 ④地下水修正 ⑤ 地应力修正
3、隧道围岩分级
• （3）铁路和公路隧道围岩分级
(C) 现行铁路隧道围岩分级方法
踏勘调绘 钻探取芯 弹性波测试 岩样试验 注水试验 地应力测试
隧道围岩分级与围岩压力
⑷ 分级宜逐渐定量化。
第三十页，共106页。
值得注意，近年国内外有关学者提出采 用模糊数学分级；根据隧道周边量测的收敛 值分级；采用人工智能－专家系统分类等建 议，这些设想都将使围岩分级方法日趋完善。
第三十一页，共106页。
3、我国公路隧道围岩分级 ⑴ 公路隧道围岩分级的出发点
● 强调岩体的地质特征的完整性和稳定性；
本章学习要求：
（1）掌握公路隧道围岩分级方法； （2）掌握公路隧道围岩压力计算方法； （3）理解影响围岩稳定性的因素；
第一页，共106页。
本章主要内容
5.1 隧道围岩分级及其作用 5.2 围岩压力的确定
5.3 影响围岩稳定性的因素
第二页，共106页。
● 围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的 岩体
⑴ 以岩石强度或物理指标为代表的分级方法： ①按岩石强度为单一岩性指标的分级法:把岩
石分为坚石、次坚石、松石及土
② 以岩石的物性指标为基础的分级方法：具 有代表意义的是我国工程界广泛采用的岩石坚 固系数“f”值分级法；
● 优点：指标单一，使用方便； ● 缺点：不能全面反映岩体固有的性态。
第二十三页，共106页。
第十六页，共106页。
● 岩体质量指标（Q指标）
Q＝(RQD/Jh)(Jr/Ja)(Jw /SRF)
RQD － 岩石质量指标；
Jh－ 节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大；
Jr－ 节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小； Ja－ 节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大；
Jw － 节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高， Jw取值愈小
岩石的坚固性 来分类: 如坚 固性系数f
RQD
从围岩稳定性出发分类来 代替多年沿用的坚固性为 基础的分类
第三十页，共106页。
值得注意，近年国内外有关学者提出采 用模糊数学分级；根据隧道周边量测的收敛 值分级；采用人工智能－专家系统分类等建 议，这些设想都将使围岩分级方法日趋完善。
第三十一页，共106页。
3、我国公路隧道围岩分级 ⑴ 公路隧道围岩分级的出发点
● 强调岩体的地质特征的完整性和稳定性；
本章学习要求：
（1）掌握公路隧道围岩分级方法； （2）掌握公路隧道围岩压力计算方法； （3）理解影响围岩稳定性的因素；
第一页，共106页。
本章主要内容
5.1 隧道围岩分级及其作用 5.2 围岩压力的确定
5.3 影响围岩稳定性的因素
第二页，共106页。
● 围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的 岩体
⑴ 以岩石强度或物理指标为代表的分级方法： ①按岩石强度为单一岩性指标的分级法:把岩
石分为坚石、次坚石、松石及土
② 以岩石的物性指标为基础的分级方法：具 有代表意义的是我国工程界广泛采用的岩石坚 固系数“f”值分级法；
● 优点：指标单一，使用方便； ● 缺点：不能全面反映岩体固有的性态。
第二十三页，共106页。
第十六页，共106页。
● 岩体质量指标（Q指标）
Q＝(RQD/Jh)(Jr/Ja)(Jw /SRF)
RQD － 岩石质量指标；
Jh－ 节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大；
Jr－ 节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小； Ja－ 节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大；
Jw － 节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高， Jw取值愈小
岩石的坚固性 来分类: 如坚 固性系数f
RQD
从围岩稳定性出发分类来 代替多年沿用的坚固性为 基础的分类
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19
铁路隧道围岩分级
岩石 类别
硬 极硬 质岩 岩
硬岩
单轴饱和 抗压强度 Rc/MPa
>60
30～60
岩石坚硬程度的划分
代表性岩石
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
较软
软岩
质 岩
软岩
极软 岩
15～30 5～15
与岩性有关的要素 地质构造有关的要素 与地下水有关的要素
6
与岩性有关的要素： 例如分为硬岩，软岩，膨胀岩。其分级指标是岩石强度和
变形性质等；例如掩饰的单轴抗压强度、岩石的变形模量或弹 性波速等 与地质构造有关的要素：
例如软弱结构面的分布与性态，风化程度等。其分级指标 采用岩石质量指标，地质因素评分法等。实际上就是对岩石完 整性和结构状态的评价。它是占有重要地位的！
• 式中 “ f ” 值是由岩石强度决定的， K是考虑地质条件
的折减系数，一般情况下， K ＜1.0。
10
(二)以岩体构造、岩性特征为代表的 分级方法
• 1.泰沙基分级法
这种分级方法是在早期提出的，限于当时条件， 仅把不同岩性、不同构造条件的围岩分成九级， 每级都有相应的地压范围值和支护措施，在分级 时是以坑道有水的条件为基础的，当确认无水时， Ⅳ～Ⅶ围岩的地压值应降低50﹪。这种分级方法 曾长期被各国采用，至今有广泛影响。
采用两步走的方法： (1)根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本 因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ综合 进行初步分级； (2)考虑修正系数，修正岩体基本质量指标值； (3)按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩 体的定性特征综合评判、确定围岩的详细分级。
29
公路隧道围岩分级
强度试验法，再坚固其他指标。
1
1
即 式中
Rc
f岩石 = 150 Rc : 100 Rc
--岩石饱和单轴极限抗压强度。
• 我国工程部门在将“ f ”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“ f ”值适当降低，即： f岩体 =Kf岩石
围岩分级中，将围岩分为6级(表1-1)。
表1-1 弹性波(纵波)速度分级
围岩类 别
弹性波 速
(km/s)
Ⅵ ＞4.5
Ⅴ
3.5～ 4.5
Ⅳ
2.5～ 4.0
Ⅲ
1.5～ 3.0
Ⅱ
1.0～ 2.0
Ⅰ
＜1.0 (饱和土＜ 1.5)
2.以岩石质量为指标的分级方法——RQD法
所谓岩石质量指标RQD是指钻探时岩芯复 原率，或称岩芯采取率，即单位长度钻孔中 10cm以上的岩芯占有的比例，可写为:
软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖 过程中洞壁岩体位移显著，持续时 间长，成洞性差
评估基准 Rc/σmax
<4
4～7
26
铁路隧道围岩分级
➢围岩初始地应力状态修正
初始地应力对围岩级别的修正宜按下表进行。
初始地应
围岩级别
力状态
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
极高应力
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ或 Ⅳ*
Ⅴ
Ⅵ
高应力
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ或Ⅴ**
Ⅵ
注：*围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时，定为Ⅲ级；围岩岩
二、弹性波速度的分级方法
弹性波(纵波)速度与围岩级别的关系
围岩类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Ⅵ
弹性波(纵波)
速度vp(km/s)
＞ 4.5
3.5 ～ 4.5
2.5 ～ 4.0
1.5 ～ 3.0
1.0 ～ 2.0
＜1.0 ＜1.5(饱和 状态的土)
注：饱和状土壤vp<1.5 km/s
28
公路隧道围岩分级
四、我国公路隧道围岩分级方法
4
比较理想的分级方法是： ➢准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随 机性； ➢便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技术 装备水平； ➢最好在挖开地层前得到结论。 应该说，到现在还没有出现一种比较完美的方法。
5
围岩分类的几个基本要素 围岩分级的方法很多种，不同国家，不同行业都根据 各自的特点和目的提出了各自的分级方法，现行的许 多分级方法中，作为分级的基本要素大致有三类:
型为主，多有充填物 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
层状结构、 块石碎石
结构
碎石角砾 状结构
散体状结 构
0.55～ 0.75
0.35～ 0.55
0.15～ 0.35
≤0.15
22
铁路隧道围岩分级
2.围岩基本分级及其修正
(1)基本分级 《公(铁)路隧道设计规范》隧道围岩划分为六级。 (2)隧道级别的修正
7
与地下水有关的要素： 例如地下水发育时，围岩级别应降低。
1个附加要素： 初始地应力：适当考虑。
8
二、围岩分级方法(4类）
(一)以岩石强度或岩石的物性指标为代表 的分级方法
1.以岩石强度为基础的分级方法:
这种分级方法，单纯以岩石强度为依据。 这种分级方法认为隧道开挖后它的稳定性取决于岩石强度。 岩石越坚硬，坑道越稳定。反之，岩石越松软，可到稳定 性就越差。实践证明，这种认识是不全面的，例如我国陕 北的老黄土，无水时直立性很强，稳定性相当高，在无支 护的情况下，可以维持十几年，甚至几十年。但单轴抗压 强度很低；又如江西福建一带的红砂岩，整体性很好，坑 道开挖后稳定性较好，但强度却不高，因此单纯以岩石强 度为基础的分级方法需要改进完善。
➢地下水影响的修正
地下水对围岩的影响主要表现在
•软化围岩 •软化结构面 •承压水作用
23
铁路隧道围岩分级
根据单位时间的渗水量将地下水状态分为3级
地下水状态的分级
级别 Ⅰ
状态 干燥或湿润
渗水量
(L/(min·10m))
<10
Ⅱ
偶有渗水
10-25
Ⅲ
经常渗水
25-125
24
铁路隧道围岩分级
根据地下水状态对围岩级别的修正如表。
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：
Q RQD J r J w J h J a SRF
组合了6个参数： 岩石质量指标、节理组数目、节理粗糙度、 节理蚀变值、节理含水折减系数、应力折减系数。
隧道工程施工技术
1
第4章
围岩分级及围岩压力
第二节 围岩分级
一、概述
4.4.1 概述 ■研究隧道地质环境需要解决的两个问题（最佳的施工方 法和支护结构）。 ■可采用的方法有（经验方法和理论方法）。 ■我国目前的隧道工程处在（经验设计和经验施工）的阶 段。 ■经验法的依据就是隧道围岩稳定性的分级。 ■隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性
16
根据不同的Q值，将岩体质量评为九等，详见表3-5。
表4-2 岩体质量评估
岩
体 质
特别 好
极好
良好
好
中等 不良
坏
极坏
特别 坏
量
Q
400～ 100～ 1000 400
40～ 100
10～ 40
4～10.1
0.001 ～
0.01
17
：综上所述，围岩分级有以下几方面发展趋势： ➢分级要以岩体为对象。 ➢分级要与地质勘探手段有机地联系起来，这样才有 一个方便而又较可靠的判断手段 ➢分级要有明确的工程对象和工程目的。 ➢分级逐渐定量化。
RQD(％)
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔长度
100
该分级法将围岩分为5级
R> 0.9 0.75 < R < 0.9 0.5 < R < 0.75 0.25 < R < 0.5
优
良
好
差
R < 0.25 很差
表中R为RQD指标。
14
(四)组合多种因素的分级方法
“岩体质量——Q”的分类方法。
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。
地下水影响的修正
地下水
状态
Ⅰ
围岩级别 Ⅱ ⅢⅣⅤⅥ
Ⅰ
Ⅰ Ⅱ ⅢⅣⅤ—
Ⅱ
Ⅰ Ⅱ ⅣⅤⅥ—
Ⅲ
Ⅱ Ⅲ ⅣⅤⅥ—
25
铁路隧道围岩分级
➢围岩初始地应力状态修正
根据围岩初始地应力状态，按下做出评估。
初始应力 状态
极高应力
高应力
主要现象
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 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，不宜成洞 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
体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时，定为Ⅳ级。
**围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为Ⅳ级；围 岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时，定为Ⅴ级。
27
铁路隧道围岩分级
➢风化作用的影响
当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分级考虑 围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1~2级。
11
• 2.以岩体综合物性为指标的分级方法
铁路隧道围岩分级
岩石 类别
硬 极硬 质岩 岩
硬岩
单轴饱和 抗压强度 Rc/MPa
>60
30～60
岩石坚硬程度的划分
代表性岩石
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
较软
软岩
质 岩
软岩
极软 岩
15～30 5～15
与岩性有关的要素 地质构造有关的要素 与地下水有关的要素
6
与岩性有关的要素： 例如分为硬岩，软岩，膨胀岩。其分级指标是岩石强度和
变形性质等；例如掩饰的单轴抗压强度、岩石的变形模量或弹 性波速等 与地质构造有关的要素：
例如软弱结构面的分布与性态，风化程度等。其分级指标 采用岩石质量指标，地质因素评分法等。实际上就是对岩石完 整性和结构状态的评价。它是占有重要地位的！
• 式中 “ f ” 值是由岩石强度决定的， K是考虑地质条件
的折减系数，一般情况下， K ＜1.0。
10
(二)以岩体构造、岩性特征为代表的 分级方法
• 1.泰沙基分级法
这种分级方法是在早期提出的，限于当时条件， 仅把不同岩性、不同构造条件的围岩分成九级， 每级都有相应的地压范围值和支护措施，在分级 时是以坑道有水的条件为基础的，当确认无水时， Ⅳ～Ⅶ围岩的地压值应降低50﹪。这种分级方法 曾长期被各国采用，至今有广泛影响。
采用两步走的方法： (1)根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本 因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ综合 进行初步分级； (2)考虑修正系数，修正岩体基本质量指标值； (3)按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩 体的定性特征综合评判、确定围岩的详细分级。
29
公路隧道围岩分级
强度试验法，再坚固其他指标。
1
1
即 式中
Rc
f岩石 = 150 Rc : 100 Rc
--岩石饱和单轴极限抗压强度。
• 我国工程部门在将“ f ”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“ f ”值适当降低，即： f岩体 =Kf岩石
围岩分级中，将围岩分为6级(表1-1)。
表1-1 弹性波(纵波)速度分级
围岩类 别
弹性波 速
(km/s)
Ⅵ ＞4.5
Ⅴ
3.5～ 4.5
Ⅳ
2.5～ 4.0
Ⅲ
1.5～ 3.0
Ⅱ
1.0～ 2.0
Ⅰ
＜1.0 (饱和土＜ 1.5)
2.以岩石质量为指标的分级方法——RQD法
所谓岩石质量指标RQD是指钻探时岩芯复 原率，或称岩芯采取率，即单位长度钻孔中 10cm以上的岩芯占有的比例，可写为:
软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖 过程中洞壁岩体位移显著，持续时 间长，成洞性差
评估基准 Rc/σmax
<4
4～7
26
铁路隧道围岩分级
➢围岩初始地应力状态修正
初始地应力对围岩级别的修正宜按下表进行。
初始地应
围岩级别
力状态
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
极高应力
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ或 Ⅳ*
Ⅴ
Ⅵ
高应力
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ或Ⅴ**
Ⅵ
注：*围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时，定为Ⅲ级；围岩岩
二、弹性波速度的分级方法
弹性波(纵波)速度与围岩级别的关系
围岩类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Ⅵ
弹性波(纵波)
速度vp(km/s)
＞ 4.5
3.5 ～ 4.5
2.5 ～ 4.0
1.5 ～ 3.0
1.0 ～ 2.0
＜1.0 ＜1.5(饱和 状态的土)
注：饱和状土壤vp<1.5 km/s
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公路隧道围岩分级
四、我国公路隧道围岩分级方法
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比较理想的分级方法是： ➢准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随 机性； ➢便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技术 装备水平； ➢最好在挖开地层前得到结论。 应该说，到现在还没有出现一种比较完美的方法。
5
围岩分类的几个基本要素 围岩分级的方法很多种，不同国家，不同行业都根据 各自的特点和目的提出了各自的分级方法，现行的许 多分级方法中，作为分级的基本要素大致有三类:
型为主，多有充填物 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
层状结构、 块石碎石
结构
碎石角砾 状结构
散体状结 构
0.55～ 0.75
0.35～ 0.55
0.15～ 0.35
≤0.15
22
铁路隧道围岩分级
2.围岩基本分级及其修正
(1)基本分级 《公(铁)路隧道设计规范》隧道围岩划分为六级。 (2)隧道级别的修正
7
与地下水有关的要素： 例如地下水发育时，围岩级别应降低。
1个附加要素： 初始地应力：适当考虑。
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二、围岩分级方法(4类）
(一)以岩石强度或岩石的物性指标为代表 的分级方法
1.以岩石强度为基础的分级方法:
这种分级方法，单纯以岩石强度为依据。 这种分级方法认为隧道开挖后它的稳定性取决于岩石强度。 岩石越坚硬，坑道越稳定。反之，岩石越松软，可到稳定 性就越差。实践证明，这种认识是不全面的，例如我国陕 北的老黄土，无水时直立性很强，稳定性相当高，在无支 护的情况下，可以维持十几年，甚至几十年。但单轴抗压 强度很低；又如江西福建一带的红砂岩，整体性很好，坑 道开挖后稳定性较好，但强度却不高，因此单纯以岩石强 度为基础的分级方法需要改进完善。
➢地下水影响的修正
地下水对围岩的影响主要表现在
•软化围岩 •软化结构面 •承压水作用
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铁路隧道围岩分级
根据单位时间的渗水量将地下水状态分为3级
地下水状态的分级
级别 Ⅰ
状态 干燥或湿润
渗水量
(L/(min·10m))
<10
Ⅱ
偶有渗水
10-25
Ⅲ
经常渗水
25-125
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铁路隧道围岩分级
根据地下水状态对围岩级别的修正如表。
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：
Q RQD J r J w J h J a SRF
组合了6个参数： 岩石质量指标、节理组数目、节理粗糙度、 节理蚀变值、节理含水折减系数、应力折减系数。
隧道工程施工技术
1
第4章
围岩分级及围岩压力
第二节 围岩分级
一、概述
4.4.1 概述 ■研究隧道地质环境需要解决的两个问题（最佳的施工方 法和支护结构）。 ■可采用的方法有（经验方法和理论方法）。 ■我国目前的隧道工程处在（经验设计和经验施工）的阶 段。 ■经验法的依据就是隧道围岩稳定性的分级。 ■隧道围岩分级的基础条件是坑道开挖后的稳定性
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根据不同的Q值，将岩体质量评为九等，详见表3-5。
表4-2 岩体质量评估
岩
体 质
特别 好
极好
良好
好
中等 不良
坏
极坏
特别 坏
量
Q
400～ 100～ 1000 400
40～ 100
10～ 40
4～10.1
0.001 ～
0.01
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：综上所述，围岩分级有以下几方面发展趋势： ➢分级要以岩体为对象。 ➢分级要与地质勘探手段有机地联系起来，这样才有 一个方便而又较可靠的判断手段 ➢分级要有明确的工程对象和工程目的。 ➢分级逐渐定量化。
RQD(％)
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔长度
100
该分级法将围岩分为5级
R> 0.9 0.75 < R < 0.9 0.5 < R < 0.75 0.25 < R < 0.5
优
良
好
差
R < 0.25 很差
表中R为RQD指标。
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(四)组合多种因素的分级方法
“岩体质量——Q”的分类方法。
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。
地下水影响的修正
地下水
状态
Ⅰ
围岩级别 Ⅱ ⅢⅣⅤⅥ
Ⅰ
Ⅰ Ⅱ ⅢⅣⅤ—
Ⅱ
Ⅰ Ⅱ ⅣⅤⅥ—
Ⅲ
Ⅱ Ⅲ ⅣⅤⅥ—
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铁路隧道围岩分级
➢围岩初始地应力状态修正
根据围岩初始地应力状态，按下做出评估。
初始应力 状态
极高应力
高应力
主要现象
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 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，不宜成洞 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
体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时，定为Ⅳ级。
**围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为Ⅳ级；围 岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时，定为Ⅴ级。
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铁路隧道围岩分级
➢风化作用的影响
当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分级考虑 围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1~2级。
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• 2.以岩体综合物性为指标的分级方法