项目三 围岩分级及围岩压力计算
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围岩压力计算方法
经验法或工程类比法： 是根据大量以前工程的实际
资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的 经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的 方法。是目前使用较多的方法。
第十二页，共36页。
确定方法
理论估算法：是在实践的基础上从理论上研究围岩压 力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力 的因素多，企图建立一种完善的和适合各种实际情况 的通用围岩压力理论及计算方法是困难的。
第十三页，共36页。
一般规定
1、Ⅰ－Ⅳ级围岩中的深埋隧道，围岩压力主要为形变 压力，其值可按释放荷载计算。
2、Ⅳ－Ⅵ级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷 载时，其垂直均布压力及水平均布压力可按下列公 式计算：
应用该公式时，必须同时具备下列条件：
（1）H/B<1.7
（2）不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。
Hp＝2hq IV～VI级围岩取
Hp＝2.5hq 当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋，
H＜Hp时为浅埋
第二十页，共36页。
计算公式
1、埋深(H)小于或等于等效荷载高度hq时， 荷载视为均布竖向压力
q = γH 式中: q—匀布布竖向压力；
γ—深度上覆围岩容重；
H—隧道埋深，抬隧道顶至地面的距离。
第二十一页，共36页。
计算公式
侧向压力e，按匀布考虑时，其值为： e = γ(H + 1/2 Hi)tg2(450 – Φ/2)
式中: e —侧向匀布压力； γ —围岩容重，以kN/m3计；
H —隧道埋深，以m计；
Hi —隧道高度，以m计； Φ 一围岩计算摩擦角，可查有关规范。
第二十二页，共36页。
Φ 的取值
围岩级别
（4）斜直线AC或BD是假定的破裂面，分析时考虑内聚力 c并采用计算摩擦角φ。另一滑面FH和EG则并非破裂面， 因此滑面阻力要小于破裂滑面的阻力，该滑面的摩擦角应 小于φ。
资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的 经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的 方法。是目前使用较多的方法。
第十二页，共36页。
确定方法
理论估算法：是在实践的基础上从理论上研究围岩压 力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力 的因素多，企图建立一种完善的和适合各种实际情况 的通用围岩压力理论及计算方法是困难的。
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一般规定
1、Ⅰ－Ⅳ级围岩中的深埋隧道，围岩压力主要为形变 压力，其值可按释放荷载计算。
2、Ⅳ－Ⅵ级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷 载时，其垂直均布压力及水平均布压力可按下列公 式计算：
应用该公式时，必须同时具备下列条件：
（1）H/B<1.7
（2）不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。
Hp＝2hq IV～VI级围岩取
Hp＝2.5hq 当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋，
H＜Hp时为浅埋
第二十页，共36页。
计算公式
1、埋深(H)小于或等于等效荷载高度hq时， 荷载视为均布竖向压力
q = γH 式中: q—匀布布竖向压力；
γ—深度上覆围岩容重；
H—隧道埋深，抬隧道顶至地面的距离。
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计算公式
侧向压力e，按匀布考虑时，其值为： e = γ(H + 1/2 Hi)tg2(450 – Φ/2)
式中: e —侧向匀布压力； γ —围岩容重，以kN/m3计；
H —隧道埋深，以m计；
Hi —隧道高度，以m计； Φ 一围岩计算摩擦角，可查有关规范。
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Φ 的取值
围岩级别
（4）斜直线AC或BD是假定的破裂面，分析时考虑内聚力 c并采用计算摩擦角φ。另一滑面FH和EG则并非破裂面， 因此滑面阻力要小于破裂滑面的阻力，该滑面的摩擦角应 小于φ。
隧道工程中主要围岩分级及围岩压力
❖ 岩体受剪时的剪切变形特性主要受结构面控制。 根据结构体和结构面的具体形态，岩体的剪切变 形可能有三种方式：
❖ 1、沿结构面滑动 结构面的变形特性即为岩体 的变形特性。
❖ 2、结构面不参与作用，沿结构体岩石断裂。岩石 的变形特性起主导作用。
❖ 3、在结构面影响下，沿岩石剪断。岩体的变形特 性介于上述二者之间。
❖ 根据它们对岩体力学性质和围岩稳定性的影响(称 为岩体的结构效应)，工程地质学中岩体划分为四 大种结构类型：
❖ Ⅰ、整体块状结构 ❖ Ⅱ、块状结构 ❖ Ⅲ、层状结构 ❖ Ⅳ、散体结构
四力场。由于岩体的 自重和地质构造作用，在地下工程开挖前岩体中就 已经存在着一定的地应力场，称之为围岩的初始应 力场。
❖ 地面结构体系一般都是由结构和地基组成，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。
❖ 而地下结构是由周边围岩和支护结构两者组成的， 即 地下结构＝支护结构＋周边围岩 。
❖ 其中以地层为主，各种围岩都是具有一定自承能力 的介质，即周边围岩在很大程度上是地下结构承载 主体，支护仅用来约束地层，使它不产生过大的变 形而破坏、坍塌。在地层稳固的情况下，体系中可 以不设支护结构而只留下地层，如我国陕北的黄土 窑洞。
❖ 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，这种合二为一的 作用机理与地面结构是完全不同的。
一、围岩的力学性质
1.岩体
❖ 岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造形 变和次生蜕变而形成的地质体。
❖ 结论：岩体既不是简单的弹性体，也不是简单的塑 性体，而是较为复杂的弹塑性体。整体性好的岩体 接近弹性体，破裂岩体和松散岩体则偏向于塑性体。
围岩压力计算
1围岩压力计算深埋和浅埋情况下围岩压力的计算方式不同，深埋和浅埋的分界按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。
按等效荷载高度计算公式如下：HP =（~）qh式中: Hp——隧道深浅埋的分界高度；hq ——等效荷载高度，qh=qγ；q——垂直均布压力(kN/m2)；γ——围岩垂直重度（kN/m3)。
二次衬砌承受围岩压力的百分比按下表取值：表复合式衬砌初期支护与二次衬砌的支护承载比例浅埋隧道围岩压力的计算方法隧道的埋深H大于hq而小于Hp时，垂直压力QB Bt tqH==γH(1-λθ)浅浅tan。
表各级围岩的θ值及φ值2(tan 1)tan tan tan c cc ϕ+ϕβϕ+ϕ-θc tan =tan侧压力系数()tan tan tan tan tan tan tan tan cc c β-ϕλ=β1+βϕ-θ+ϕθ⎡⎤⎣⎦作用在支护结构两侧的水平侧压力为：e 1=γh λ ； e 2=γ(h+Ht)λ 侧压力视为均布压力时：Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=×24×[1+×(10-5)]= Hp==27m,H<Hq,故为浅埋。
取φ0=45°，θ=φ0=27°，h=20m ，tan β=,λ=,tan θ=, 计算简图：()212+1e =e e垂直压力q=19×20×20×10)=mPg=πdγ=π××25=m地基反力P=me1=γhλ=19×20×=e2=γ(h+Ht)λ=19×(20+×=水平均布松动压力e=(e1+e2)/2=mⅤ级围岩二衬按承受50%围岩压力进行计算，则垂直压力为q×50%=m地基反力为P×50%=m水平压力为e×50%=m2衬砌结构内力计算表等效节点荷载表轴力、剪力、弯矩详细数据50+0557********51+05409972930652+05240502556953+052115954+0517015内力图分析（1）轴力：由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出轴力图如图，最大轴力出现在仰拱段，其值为。
围岩分级与围岩压力
其它指标（膨胀性、软化性、抗冻性等）
力学性质
强度指标（抗拉、抗剪、抗压等）
变形特性（压缩变形、剪切变形、流变等）
注意岩体和岩石性质的差异
1、隧道围岩的概念及其性质
1、隧道围岩的概念及其性质
岩石试样中孔隙体积与试样体积的百分比称为孔隙率。
可分为：天然密度、饱和密度、干密度、颗粒密度等
质量指标（密度、容重等）
隧道围岩的工程性质
（2）隧道围岩的工程性质
强度指标（抗压、抗拉、抗剪等）
岩石在荷载作用下破坏时承受的最大荷载应力称为强度。包括抗压、抗拉、抗剪强度等，其中以抗压和抗剪为最为重要，很少考虑抗拉强度。
变形指标（压缩、剪切、流变等）
影响因素十分复杂。包括作用力的大小和方式；岩石物理性质，如矿物组成和结构构造；变形条件，如围压、温度、孔隙压力、时间、含水量等。
（1）隧道ห้องสมุดไป่ตู้岩的概念
注意几个问题:
围岩≠岩体
围岩不是整个岩土体，是受隧道建设影响（工程意义上的影响）的那部分岩土体
岩体≠岩石
岩体=岩石+结构面
围岩既可能是岩质，也可能是土质，或是二者混合体
1、隧道围岩的概念及其性质
（2）隧道围岩的工程性质
物理性质
质量指标（密度、容重等）
孔隙指标（孔隙率等）
水理指标（吸水率、含水率、饱水率等）
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
软硬岩分界指标：30Mpa Rb>30 硬岩 5 <Rb≤30 软岩 Rb <5 极软岩
②岩体完整程度
指标1：结构面发育程度 指标2：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别。
力学性质
强度指标（抗拉、抗剪、抗压等）
变形特性（压缩变形、剪切变形、流变等）
注意岩体和岩石性质的差异
1、隧道围岩的概念及其性质
1、隧道围岩的概念及其性质
岩石试样中孔隙体积与试样体积的百分比称为孔隙率。
可分为：天然密度、饱和密度、干密度、颗粒密度等
质量指标（密度、容重等）
隧道围岩的工程性质
（2）隧道围岩的工程性质
强度指标（抗压、抗拉、抗剪等）
岩石在荷载作用下破坏时承受的最大荷载应力称为强度。包括抗压、抗拉、抗剪强度等，其中以抗压和抗剪为最为重要，很少考虑抗拉强度。
变形指标（压缩、剪切、流变等）
影响因素十分复杂。包括作用力的大小和方式；岩石物理性质，如矿物组成和结构构造；变形条件，如围压、温度、孔隙压力、时间、含水量等。
（1）隧道ห้องสมุดไป่ตู้岩的概念
注意几个问题:
围岩≠岩体
围岩不是整个岩土体，是受隧道建设影响（工程意义上的影响）的那部分岩土体
岩体≠岩石
岩体=岩石+结构面
围岩既可能是岩质，也可能是土质，或是二者混合体
1、隧道围岩的概念及其性质
（2）隧道围岩的工程性质
物理性质
质量指标（密度、容重等）
孔隙指标（孔隙率等）
水理指标（吸水率、含水率、饱水率等）
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
软硬岩分界指标：30Mpa Rb>30 硬岩 5 <Rb≤30 软岩 Rb <5 极软岩
②岩体完整程度
指标1：结构面发育程度 指标2：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别。
围岩压力计算方法高教课件
2、量测方法
1）间接方法：量测支护结构的变形和内力，然后 推算围岩压力
2）直接方法：直接量测作用在支护结构上的压力
3）实验室方法：模型试验
向上文档
35
作业
某公路隧道通过Ⅲ级围岩，开挖尺寸如图所示。 矿山法施工，围岩天然容重为γ=2.2t/m3，试确定 围岩压力值。
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36
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28
偏压隧道围岩压力的计算
2、偏压隧道围岩压力的计算
偏压隧道围岩压力的计算应按其产生偏压的原因分别考虑。 根据以往经验，一般在Ⅳ级及以上围岩以地形引起的偏压 为主进行计算；而在Ⅲ级及以下围岩，因地质构造影响较 大，则以地质构造的具体条件进行计算。
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29
偏压隧道围岩压力的计算
2、偏压隧道围岩压力的计算
种隧道为深埋隧道，否则为浅埋隧道。由于浅埋
隧道不能形成自然拱，所以，它的围岩压力的大
小与埋置深度直接相关。
施工因素：如爆破所产生的震动，常常是引起塌
方的重要原因之一，造成围岩压力过大，又如分
部开挖多次扰动围岩，也会引起围岩失稳，加大
自然拱范围。
向上文档
9
围岩压力的确定
1、确定的方法 2、一般规定
向上文档
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。
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15
一般规定
围岩的水平匀布压力e 的确定，按下表中的 经验公式计算
1）间接方法：量测支护结构的变形和内力，然后 推算围岩压力
2）直接方法：直接量测作用在支护结构上的压力
3）实验室方法：模型试验
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作业
某公路隧道通过Ⅲ级围岩，开挖尺寸如图所示。 矿山法施工，围岩天然容重为γ=2.2t/m3，试确定 围岩压力值。
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偏压隧道围岩压力的计算
2、偏压隧道围岩压力的计算
偏压隧道围岩压力的计算应按其产生偏压的原因分别考虑。 根据以往经验，一般在Ⅳ级及以上围岩以地形引起的偏压 为主进行计算；而在Ⅲ级及以下围岩，因地质构造影响较 大，则以地质构造的具体条件进行计算。
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偏压隧道围岩压力的计算
2、偏压隧道围岩压力的计算
种隧道为深埋隧道，否则为浅埋隧道。由于浅埋
隧道不能形成自然拱，所以，它的围岩压力的大
小与埋置深度直接相关。
施工因素：如爆破所产生的震动，常常是引起塌
方的重要原因之一，造成围岩压力过大，又如分
部开挖多次扰动围岩，也会引起围岩失稳，加大
自然拱范围。
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围岩压力的确定
1、确定的方法 2、一般规定
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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。
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一般规定
围岩的水平匀布压力e 的确定，按下表中的 经验公式计算
岩石地下工程之四-围岩压力计算
•洞侧壁稳定：洞顶围岩压力为L0M以下岩体的重量
p1g b b(hy)d xg b b(hx f2b )d x4 3 g f2b
洞室、侧壁不稳定： 洞 的 半 跨 将 由 b 扩 大 至 b1 ， 侧壁岩体将沿LE和MF滑动， 滑面与垂直洞壁的夹角为 α＝45°－φm/2 。
b1
b
lt
一种特殊的形变围岩压力
❖ 膨胀围岩压力：膨胀 围岩由于矿物吸水膨 胀产生的对支衬结构 的挤压力。
形成的基本条件： ❖ 一是岩体中要有膨胀
性粘土矿物(如蒙脱石 等)； ❖ 二是要有地下水的作 用。
2、松动围岩压力
❖ 松动围岩压力是由于围岩拉裂塌落、块体滑移及重 力坍塌等破坏引起的压力，这是一种有限范围内脱 落岩体重力施加于支护衬砌上的压力。
(2)太沙基理论
❖ 假定跨度为2b的矩形洞 室，开挖在深度为H的 岩体中。开挖以后侧壁 稳定，顶拱不稳定，沿 面AA′和BB′发生滑移。
❖ 滑移面的剪切强度τ为：
htg mCm
❖ 岩体的天然应力状态为：
Vg, zhgz
❖ 取厚度为dz的薄层分析 ❖ 薄层的自重dG＝2bρgdz， ❖ 极限平衡条件
当R1愈大时，维持极限平衡所 需的pi愈小。因此，在围岩不 至失稳的情况下，适当扩大塑
性区，可以减小围岩压力。
2 sin m
pi
பைடு நூலகம்
0 (1 sinm )
R0 R1
1sin m
2 sin m
Cmctgm
1
(1
sin
m
)
R0 R1
1sin m
❖ 不仅处于弹性变形阶段的围岩有自承能力，处 于塑性变形阶段的围岩也具有自承能力。
隧道围岩分级与围岩压力计算
⑵ 分级的理论基础●以围岩的稳Fra bibliotek性判断为基础。
属于“以岩体构造和岩性特征为代表”的分级方法。
●主要考虑4种因素：
①岩石坚硬程度 ②围岩完整状态
基本分级
③地下水
④围岩初始地应力
修正基本分级
基本分级 修正基本分级 最终分级
⑶ 基本分级
依据：围岩主要工程地质条件，由两条组成： ①岩石坚硬程度
软硬岩分界指标：30Mpa Rb>30 硬岩
根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围岩分为 6级。
围岩 级别
岩体特征
土体特征
围岩弹性纵波 速度(km/s)
Ⅰ
极硬岩，岩体完整
-
＞4.5
Ⅱ
极硬岩，岩体较完整；
硬岩，岩体完整
-
3.5～4.5
Ⅲ
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
Ⅳ
极硬岩，岩体破碎； 硬岩，岩体较破碎或破碎；
1个附加因素： ④初始地应力：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 1.以岩石强度为基础的分级法 代表：土石分类法～坚石、次坚石、松石、土。
2.以岩石物性指标为基础的分级法 代表：岩石坚固性系数(f值)分级法～普氏法 f值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗爆 性、强度等。 但核心还是岩石强度。
(4) 铁路隧道围岩分级表
基本分级+围岩弹性纵波速度=铁路隧道围岩分级
⑸ 特点
◆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。
• ⑹ 修正分级 • ◆ 地下水 • 地下水的3种处理方法： • ①分级时按无水考虑，而是根据地下水的状态，适当降 • ②分级时按有水考虑，当确认围岩无水则提高围岩等级 • ③直接将地下水状况(水质、水量、流通条件、静水压
隧道围岩分级及围岩压力
隧道围岩分级及围岩压力隧道所穿过的地层是千变方化的，可能遇到各种工程性质不同的围岩。
隧道围岩分级是评价隧道围岩稳定性的重要参数，也是隧道支护方案设计和施工工艺确定的主要依据。
分级的正确与否直接影响着隧道施工和运营安全，因此，正确划分隧道围岩分级就显得尤为重要。
在围岩分级确定的情况下，如何确定支护结构上的作用力（即围岩压力）就成为正确、合理设计隧道结构的关键。
4.1 围岩岩性与初始应力4.1.1 围岩岩性隧道工程围岩是指地壳中受开挖活动影响的那一部分岩土体。
这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。
围岩的工程性质，一般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学性质。
而对围岩稳定性最有影响的是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。
围岩既可以是岩体，也可以是土体。
本书仅涉及岩体的力学性质。
岩体是在漫长的地质历史中形成的地质体，被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等、形状各异的各种块体。
这些地质界面称为结构面或不连续面，这些块体称为结构体，岩体可以看作由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。
所以，岩体的力学性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特性及结构面的特性。
环境因素，尤其地下水和地应力对岩体的力学性质影响也很大。
在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起主导作用，所以岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。
在完整而连续的岩体中亦是如此。
反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的组合所控制。
由此可见，岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果。
岩体与岩石相比，两者有着很大的区别：与工程总体尺度相比，岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质；而岩体则具有明显的非均质性、不连续性和各向异性。
岩体抗拉变形能力差，因此，岩体受拉后很容易沿结构面发生断裂。
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项目二 围岩分级及围岩压力
任务一 围岩分级 任务二 围岩压力 任务三 围岩压力计算
任务一
围岩分级
围岩
围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重 分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其 稳定性产生影响的那部分岩体。 围岩稳定性则是指坑道开挖后围岩自身 在不支护条件下的稳定程度。
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任务三
围岩压力计算
解：①围岩修正 已知隧道穿越Ⅲ级围岩，并经常有地下水渗出，所以修正为Ⅳ级 围岩，s=4； ②判断深、浅埋隧道
已知B＜5，所以i=0.2， ω=1+i（Ｂ－５）＝0.976 hq=0.45×26-s ω=1.7568m Hp= （2～2.5）hq=3.5136 ～4.392m 12m ＞Hp，所以此隧道为深埋隧道。 ③验算高跨比 Ht/B=6/4.88=1.23＜1.7，所以可以采用 （２－８）式 计算。 ④计算围岩垂直均布松动压力值，为 q=0.45×2s-1× γω=0.074MPa ⑤计算围岩水平均布松动压力值，为 e= （1/6～1/3）q=0.012 ～ 0.024MPa
围岩分级 Ⅰ～Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
水平均布松 动压力e
0
(0-1/6)q (1/61/3)q
(1/31/2)q
(1/21)q
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任务三
围岩压力计算
[例]某隧道穿越Ⅳ级围岩，其开挖尺寸：净宽7.4m，净高 8.8m，围岩的天然重力密度γ=21kN/m3，试确定围岩 的松动压力值。 解：（1）验算坑道的高度与跨度之比： Ht/B=8.8/7.4=1.2＜1.7 （2）围岩垂直均布松动压力q值： 因B=7.4>5.0，故i=0.1， ω=1+0.1×（7.4-5.0）=1.24 则q=0.45×24-1×21×1.24=0.094（MPa） （3）围岩水平均布松动压力e： e=（1/6-1/3）0.094=0.016-0.031（MPa）
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任务三
围岩压力计算
二、浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 1、深、浅埋隧道的判定原则 Hp=（2～2.5）hq 当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋， H＜Hp 时为浅埋。 2、浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 计算浅埋隧道围岩松动压力分两种情况： （1）当隧道埋深小于或等于等效荷载高度 （2）当隧道埋置深度大于等效荷载高度
Ⅲ /Ⅳ Ⅴ Ⅲ
高应力
Ⅳ /Ⅴ Ⅵ
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任务二
围岩力是指隧道开挖后，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 岩体应力初始状 态，是指隧道开挖前 未扰动的岩体应力状 态。初始应力主要考 虑重力应力和构造应 力。目前主要研究岩 体重力所形成的应力 场。 坑道开挖引起的围 岩应力状态 坑道开挖后，因为坑道内受力岩体移走， 破坏了平衡状态，使坑道周围一定范围内岩 体的应力状态发生了变化，同时围岩产生向 开挖空间的位移，促使应力重新调整已达到 新的平衡，这一现象称作围岩应力重分布。 围岩应力中分布后的状态称为二次应力状态。
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任务三
围岩压力计算
（1）作业：计划在地面以下12m处修建一条隧道， 此隧道穿越Ⅲ级围岩，并且经常有地下水渗出，其 开挖尺寸为：净宽4.88m，净高6.0m，围岩的天 然重力密度21kN/m3，试确定围岩的松动压力值。
1、围岩修正；2、判断深浅埋；3、验算高跨比； 4、计算q；5、计算e。
2、以岩体构造、岩性特征 为代表的分类方法。
隧道围岩 分级
分类方法
3、与地质勘探手段相联 系的分级方法
4、组合多种因素的分级 方法
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任务一
围岩分级
我国现行隧道围岩分级的方法：
1、围岩分级的基本因素 岩石按坚硬程度划分为极硬岩、硬岩、较软岩、 软岩和极软岩５类；按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。 2、我国隧道围岩基本分级 根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围岩分为６ 级。
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任务一
围岩分级
3、围岩分级的影响因素及分级的修正 （１）地下水 （２）初始应力
围岩级别 地下水 状态
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
围岩级别 应力状态
极高应力
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
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1、铁路隧道曲线地段净空加宽原因有哪些？ 2、传统矿山法与新奥法施工的区别？ 3、工程上常用的炸药应具有哪些性能？ 4、隧道钻孔时炮眼的种类及作用？ 5、比较直眼掏槽与斜眼掏槽的优缺点？ 6、什么叫做光面爆破及预裂爆破？
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2、形变压力 是由于围岩变形受到与之密贴的 支护如锚喷支护的抑制，而使围岩 与支护结构共同变形过程中，围岩 对支护结构施加的接触压力。
任务三
围岩压力计算
确定围岩压力的松动压力有三种：现场实地测量法； 理论公式计算法；统计法。 一、深埋隧道围岩松动压力的确定方法 1、围岩垂直均布松动压力的确定 q=0.45×2s-1×γω 2、围岩水平均布松动压力
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任务二
围岩压力
1、松动压力 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。
3、膨胀压力 当岩体具有吸水膨胀崩 解的特征时，由于围岩吸 水而膨胀崩解所引起的压 力。
围岩压力及其分类
4、冲击压力 当在围岩中积累了大量的 弹性变形能之后，在开挖时， 隧道由于围岩的约束被解除， 被积累的弹性变形能会突然 释放，引起岩块抛射所产生 的压力。
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思考：
（1）对于隧道在穿越分水岭时，应如何选择位置？ （2）隧道洞口选择应遵循哪些原则？ （3）围岩稳定性的定义，具体分为哪几类，详细 说明。 （4）对于铁路隧道和公路隧道，他们的净空有何 不同，具体说明。 （5）两个单线隧道与一个双线隧道相比的优缺点？ （6）隧道中单坡形与人字坡形的优缺点？
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3
暂时稳定。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。大多数坑道 是属于这个类型。
4
不稳定。坑道在 无支护条件下是难 以开挖的，随挖随 坍，常常要先支后 挖。
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任务一
围岩分级
1、以岩石强度或岩石的 物理性质指标为代表的
充分稳定
基本稳定
暂时稳定
不稳定
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任务一
围岩分级
1
充分稳定。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。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，层 间结合差的平缓岩 层顶板可能弯曲、 断裂。
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项目二 围岩分级及围岩压力
任务一 围岩分级 任务二 围岩压力 任务三 围岩压力计算
任务一
围岩分级
围岩
围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重 分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其 稳定性产生影响的那部分岩体。 围岩稳定性则是指坑道开挖后围岩自身 在不支护条件下的稳定程度。
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任务三
围岩压力计算
解：①围岩修正 已知隧道穿越Ⅲ级围岩，并经常有地下水渗出，所以修正为Ⅳ级 围岩，s=4； ②判断深、浅埋隧道
已知B＜5，所以i=0.2， ω=1+i（Ｂ－５）＝0.976 hq=0.45×26-s ω=1.7568m Hp= （2～2.5）hq=3.5136 ～4.392m 12m ＞Hp，所以此隧道为深埋隧道。 ③验算高跨比 Ht/B=6/4.88=1.23＜1.7，所以可以采用 （２－８）式 计算。 ④计算围岩垂直均布松动压力值，为 q=0.45×2s-1× γω=0.074MPa ⑤计算围岩水平均布松动压力值，为 e= （1/6～1/3）q=0.012 ～ 0.024MPa
围岩分级 Ⅰ～Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
水平均布松 动压力e
0
(0-1/6)q (1/61/3)q
(1/31/2)q
(1/21)q
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任务三
围岩压力计算
[例]某隧道穿越Ⅳ级围岩，其开挖尺寸：净宽7.4m，净高 8.8m，围岩的天然重力密度γ=21kN/m3，试确定围岩 的松动压力值。 解：（1）验算坑道的高度与跨度之比： Ht/B=8.8/7.4=1.2＜1.7 （2）围岩垂直均布松动压力q值： 因B=7.4>5.0，故i=0.1， ω=1+0.1×（7.4-5.0）=1.24 则q=0.45×24-1×21×1.24=0.094（MPa） （3）围岩水平均布松动压力e： e=（1/6-1/3）0.094=0.016-0.031（MPa）
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任务三
围岩压力计算
二、浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 1、深、浅埋隧道的判定原则 Hp=（2～2.5）hq 当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋， H＜Hp 时为浅埋。 2、浅埋隧道围岩松动压力的确定方法 计算浅埋隧道围岩松动压力分两种情况： （1）当隧道埋深小于或等于等效荷载高度 （2）当隧道埋置深度大于等效荷载高度
Ⅲ /Ⅳ Ⅴ Ⅲ
高应力
Ⅳ /Ⅴ Ⅵ
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任务二
围岩力是指隧道开挖后，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 岩体应力初始状 态，是指隧道开挖前 未扰动的岩体应力状 态。初始应力主要考 虑重力应力和构造应 力。目前主要研究岩 体重力所形成的应力 场。 坑道开挖引起的围 岩应力状态 坑道开挖后，因为坑道内受力岩体移走， 破坏了平衡状态，使坑道周围一定范围内岩 体的应力状态发生了变化，同时围岩产生向 开挖空间的位移，促使应力重新调整已达到 新的平衡，这一现象称作围岩应力重分布。 围岩应力中分布后的状态称为二次应力状态。
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任务三
围岩压力计算
（1）作业：计划在地面以下12m处修建一条隧道， 此隧道穿越Ⅲ级围岩，并且经常有地下水渗出，其 开挖尺寸为：净宽4.88m，净高6.0m，围岩的天 然重力密度21kN/m3，试确定围岩的松动压力值。
1、围岩修正；2、判断深浅埋；3、验算高跨比； 4、计算q；5、计算e。
2、以岩体构造、岩性特征 为代表的分类方法。
隧道围岩 分级
分类方法
3、与地质勘探手段相联 系的分级方法
4、组合多种因素的分级 方法
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任务一
围岩分级
我国现行隧道围岩分级的方法：
1、围岩分级的基本因素 岩石按坚硬程度划分为极硬岩、硬岩、较软岩、 软岩和极软岩５类；按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。 2、我国隧道围岩基本分级 根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围岩分为６ 级。
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任务一
围岩分级
3、围岩分级的影响因素及分级的修正 （１）地下水 （２）初始应力
围岩级别 地下水 状态
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
围岩级别 应力状态
极高应力
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
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1、铁路隧道曲线地段净空加宽原因有哪些？ 2、传统矿山法与新奥法施工的区别？ 3、工程上常用的炸药应具有哪些性能？ 4、隧道钻孔时炮眼的种类及作用？ 5、比较直眼掏槽与斜眼掏槽的优缺点？ 6、什么叫做光面爆破及预裂爆破？
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2、形变压力 是由于围岩变形受到与之密贴的 支护如锚喷支护的抑制，而使围岩 与支护结构共同变形过程中，围岩 对支护结构施加的接触压力。
任务三
围岩压力计算
确定围岩压力的松动压力有三种：现场实地测量法； 理论公式计算法；统计法。 一、深埋隧道围岩松动压力的确定方法 1、围岩垂直均布松动压力的确定 q=0.45×2s-1×γω 2、围岩水平均布松动压力
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任务二
围岩压力
1、松动压力 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。
3、膨胀压力 当岩体具有吸水膨胀崩 解的特征时，由于围岩吸 水而膨胀崩解所引起的压 力。
围岩压力及其分类
4、冲击压力 当在围岩中积累了大量的 弹性变形能之后，在开挖时， 隧道由于围岩的约束被解除， 被积累的弹性变形能会突然 释放，引起岩块抛射所产生 的压力。
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思考：
（1）对于隧道在穿越分水岭时，应如何选择位置？ （2）隧道洞口选择应遵循哪些原则？ （3）围岩稳定性的定义，具体分为哪几类，详细 说明。 （4）对于铁路隧道和公路隧道，他们的净空有何 不同，具体说明。 （5）两个单线隧道与一个双线隧道相比的优缺点？ （6）隧道中单坡形与人字坡形的优缺点？
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3
暂时稳定。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。大多数坑道 是属于这个类型。
4
不稳定。坑道在 无支护条件下是难 以开挖的，随挖随 坍，常常要先支后 挖。
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任务一
围岩分级
1、以岩石强度或岩石的 物理性质指标为代表的
充分稳定
基本稳定
暂时稳定
不稳定
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任务一
围岩分级
1
充分稳定。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。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，层 间结合差的平缓岩 层顶板可能弯曲、 断裂。