第5讲围岩分级与围岩压力
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第05章 围岩分级与围岩压力
兰州理工大学土木工程学院
School of civil engineering Lanzhou University of Technology
隧道工程
5.2 围岩分级及其应用
5.2.1 现行公路隧道围岩分级方法 1） 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；
● 分级指标应采用定性和定量指标结合方式；
兰州理工大学土木工程学院
School of civil engineering Lanzhou University of Technology
Surrounding rock classification and pressure
主讲：乔雄
兰州理工大学土木工程学院
隧道工程
内 容
5.1 概述 5.2 围岩分级及其应用 5.3 围岩压力的确定
①岩石坚硬程度
②围岩完整状态 ③地下水
初步分级
④围岩初始地应力
修正初步分级
兰州理工大学土木工程学院
School of civil engineering Lanzhou University of Technology
隧道工程
5.2 围岩分级及其应用
5.2.1 现行公路隧道围岩分级方法
3）具体分级方法
隧道工程
5.1.2 基本概念 （4）岩石是由具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体 组成的。其力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量。 （5）岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体（或称岩块） 和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态 和地下水等地质环境中的地质体。 岩石与岩体的区别： 岩石：均质、连续、各向同性
隧道工程
围岩分级与围岩压力
两大类：
地质因素—客观因素 ⑴ 岩体结构特征 ⑵ 结构面性质和空间的组合 ⑶ 岩石的力学性质 ⑷ 地下水的影响 ⑸ 围岩的初始应力状态 人为因素－主观因素、工程因素 ⑴ 隧道尺寸 ⑵ 支护结构性质：强、弱 ⑶ 隧道开挖方法
第4章 围岩分级与围岩压力
二、影响围岩稳定性的因素
1.地质因素 ⑴岩体结构特征
三、岩体的强度
1.岩石强度： 通过试件获得 2.岩体强度： 低于岩石强度，约为岩石强度的70～80％。
抗压强度：
抗剪强度： 岩体的结构
岩石：受微裂隙制约，强度大 岩体：受结构面制约，强度小，具有各向异性
受结构面的制约
结构面发育的岩体，只有抗压的5~10%
四、岩体结构分类
不同块度、形状、产状的结构体构成不同类型 整体结构、块状结构
e
第4章 围岩分级与围岩压力
二、岩体的变形特性
4.流变特性 岩体的变形或应力随时间而变化－时间效应 流变：
蠕变：指应力不变，而应变随时间增长
松弛：应变不变，而应力随时间而衰减 问题：围岩流变特性对隧道的影响？
应 变 应力=常数 应 力 应变=常数
0
蠕变曲线
t
0
松弛曲线
t
第4章 围岩分级与围岩压力
3.剪切变形 沿结构面滑动
沿岩石断裂
结构面起主导作用 岩石起主导作用
在结构面的影响下沿岩石剪断 介于上述二者之间
第4章 围岩分级与围岩压力
s
峰值强 度高
岩石
岩体： ①压密阶段(OA) ②弹性阶段(AB) ③塑性阶段(BC) ④破裂和破坏阶段 (CD)
C
岩体 B A 软弱结构面
软弱 结构 面
0
典型岩体全应力应变曲线
地质因素—客观因素 ⑴ 岩体结构特征 ⑵ 结构面性质和空间的组合 ⑶ 岩石的力学性质 ⑷ 地下水的影响 ⑸ 围岩的初始应力状态 人为因素－主观因素、工程因素 ⑴ 隧道尺寸 ⑵ 支护结构性质：强、弱 ⑶ 隧道开挖方法
第4章 围岩分级与围岩压力
二、影响围岩稳定性的因素
1.地质因素 ⑴岩体结构特征
三、岩体的强度
1.岩石强度： 通过试件获得 2.岩体强度： 低于岩石强度，约为岩石强度的70～80％。
抗压强度：
抗剪强度： 岩体的结构
岩石：受微裂隙制约，强度大 岩体：受结构面制约，强度小，具有各向异性
受结构面的制约
结构面发育的岩体，只有抗压的5~10%
四、岩体结构分类
不同块度、形状、产状的结构体构成不同类型 整体结构、块状结构
e
第4章 围岩分级与围岩压力
二、岩体的变形特性
4.流变特性 岩体的变形或应力随时间而变化－时间效应 流变：
蠕变：指应力不变，而应变随时间增长
松弛：应变不变，而应力随时间而衰减 问题：围岩流变特性对隧道的影响？
应 变 应力=常数 应 力 应变=常数
0
蠕变曲线
t
0
松弛曲线
t
第4章 围岩分级与围岩压力
3.剪切变形 沿结构面滑动
沿岩石断裂
结构面起主导作用 岩石起主导作用
在结构面的影响下沿岩石剪断 介于上述二者之间
第4章 围岩分级与围岩压力
s
峰值强 度高
岩石
岩体： ①压密阶段(OA) ②弹性阶段(AB) ③塑性阶段(BC) ④破裂和破坏阶段 (CD)
C
岩体 B A 软弱结构面
软弱 结构 面
0
典型岩体全应力应变曲线
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
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
5围岩分类与围岩压力
分类进行工程设计的，即是以上述第5种方式
（以坑道稳定性为代表的分类方法）对围岩进 行分类。
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第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
岩石通常是由不同的矿物，经各种地质作用 而构成，是构成岩体的基础。 岩体是整个地质体的一部分，岩体内部形成 有许多结构面，它把岩体分成各种形状和大小的 岩块。 结构面把岩体分割成不同的组合体，常见的 有：块状结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、 层状碎裂结构、松散结构等。
§6.2 隧道围岩分类
硬岩： <2.5 软岩： <1.5 土：<1.5 围岩易坍塌， 处理不当会出现 大坍塌，侧壁经 常小坍塌，浅埋 时易出现地表下 沉(陷)或坍塌至 地表 拱顶厚50～60cm的 曲墙带仰拱混凝土衬 砌 需加强支撑， 支撑间距0.6～ 0.8m，并用背 板支护，必要时 随挖随支
围岩呈泥 沙角砾状松 软结构 粘性土呈 易蠕动的松 软结构，砂 性土呈潮湿 的松散结构
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第六章 围岩分类与围岩压力
石质围岩位于挤 压强烈的断裂带内 ，裂隙杂乱，呈石 夹土或土夹石类 Ⅱ 一般第四系的可 塑的粘性土及稍湿 至潮湿的非粘性土 （包括一般碎、卵 、砾石土）及新黄 土 石质围岩位于挤 压极强烈的断裂带 内，呈角砾、砂、 泥松软体 Ⅰ 软塑状黏性土及 潮湿的粉细砂 围岩呈角 (砾) 碎(石) 状松散结构 非粘性土 呈松散结构 ；粘性土及 新黄土呈松 软结构
被切割呈块 (石)、碎(石 )状镶嵌 结构
硬质岩石(Rb>30 MPa)： 受地质构造影响 很严重，节理很发 育；层状软弱面(或 夹层)基本被破坏。 硬岩： 3.0～ 4.0 1.拱顶厚30～40cm 直墙式衬砌或柱式、 连拱式等花边墙衬 砌；2.拱顶厚30～ 40cm的大拱脚薄边 墙（20～25cm）衬 砌；3.锚杆喷混凝土 衬砌或锚杆金属网喷 混凝土衬砌 软质岩石(Rb=5 ～30MPa)： 受地质构造影响 严重，节理发育。 土：1.略具压密或 成岩作用的黏性土 及砂类土； 2.老黄土； 3.一般泥质胶 结的碎、卵石土； 4.大块石土
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。
隧道围岩分级及围岩压力
5.1 隧道围岩分级及其应用
●
目前，隧道围岩分级是隧道设计、施工的
基础（工程类比法就是建立在围岩分级的基
础上的）。
认识事物的同一性和差异性的方法就是将事 物进行分类和分级
●
围岩分类: 主要突出同一性,是质的定性评价, 强调的是属性特征. 围岩分级: 主要突出差异性,是量的界定,强 调的是等级特征.
第II类：与地质构造有关的要素。其分类指
标采用诸如岩石的质量指标、地质因素平分法 等，这些指标实质上是对岩体完整性或结构状 态的评价。这类指标在划分围岩的级别中一般 占有重要地位；
第III类：与地下水有关的要素。
目前国内外围岩的分级方法，考虑上述三大 基本要素，按其性质主要分为： ⑴ 以岩石强度或物理指标为代表的分级方法
●
●
优点：目的明确，使用方便，能指导施工
缺点：分级指标以定性描述为主，人为因
素较大。
围岩的分级方法有以下几方面的发展趋势：
⑴ 分级应主要以岩体为对象。岩体则包括岩 块和各岩块之间的软弱结构面。因此分类应重 点放在岩体的研究上 ⑵ 分级宜与地质勘探手段有机的联系起来 有一个方便而又可靠的判断手段。随着地质勘 探技术的发展，这将使分类指标更趋定量化。
⑷ 冲击压力：是指围岩中积累了大量的弹性 变性能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被 解除，能量突然释放所产生的压力。 冲击压力是岩体能量的积累与释放问题，所 以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩 体，在高地应力作用下，易于积累大量的弹性 变形能，一旦遇到适宜条件，就会突然猛烈的 大量释放。
ts=常数×L
－(1＋a)
式中：L－隧道未支护地段的长度； a－视围岩情况在0～1之间变化，好的岩体 可取a =0;极差的a = 1
5围岩分类与围岩压力
一.地质因素 5. 岩体本身强度 岩石越硬，本身强度越高，则围岩 越稳定。 地下工程的岩石分级； A级 R ＞80 MPa 硬岩 B级 R=30～80 MPa 中硬岩 C级 R ＜30 MPa 软质岩 R—单轴抗压强度
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
一.地质因素 6. 地下水的影响 地下水会使夹层软化，使岩块滑动下掉， 使砂岩产生流沙现象，使粘土围岩遇水膨胀， 都对坑道围岩稳定有影响。
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.2 隧道围岩分类
隧道围岩分类的三项指标： ① 坑道围岩的结构特征和完整程度； ② 岩石的物理力学性质。 即围岩的岩石强度，物理及水理性 质，其中又以岩石单轴饱和抗压强度 Rb较有意义。一般的，是以 Rb =30 Pa 作为软、硬岩的分界指标， Rb＜5 Pa 的岩体属半质岩。
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第六章 围岩分类与围岩压力
石质围岩位于挤 压强烈的断裂带内 ，裂隙杂乱，呈石 夹土或土夹石类 Ⅱ 一般第四系的可 塑的粘性土及稍湿 至潮湿的非粘性土 （包括一般碎、卵 、砾石土）及新黄 土 石质围岩位于挤 压极强烈的断裂带 内，呈角砾、砂、 泥松软体 Ⅰ 软塑状黏性土及 潮湿的粉细砂 围岩呈角 (砾) 碎(石) 新黄土呈松 软结构
表6-3 是在总结了大量的铁路隧道工程实践 的经验得到的。在道路隧道的工程设计中，可 以参照表6-3铁路隧道围岩分类方法进行设计。 该分类是以围岩稳定性为基础。分类指标为 复合指标，这样分类能较正确地反映主要地质 因素对隧道工程的影响和作用。不足之处是， 该表的围岩分类定性描述多，定量指标少，是 属于经验分类法。
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.2 隧道围岩分类
该围岩分类法共将围岩分为六类，即Ⅵ、 Ⅴ…Ⅱ、Ⅰ。Ⅵ类围岩稳定性最好，Ⅰ、Ⅱ类 围岩稳定性差。
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.1 影响坑道围岩稳定性的因素
一.地质因素 6. 地下水的影响 地下水会使夹层软化，使岩块滑动下掉， 使砂岩产生流沙现象，使粘土围岩遇水膨胀， 都对坑道围岩稳定有影响。
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.2 隧道围岩分类
隧道围岩分类的三项指标： ① 坑道围岩的结构特征和完整程度； ② 岩石的物理力学性质。 即围岩的岩石强度，物理及水理性 质，其中又以岩石单轴饱和抗压强度 Rb较有意义。一般的，是以 Rb =30 Pa 作为软、硬岩的分界指标， Rb＜5 Pa 的岩体属半质岩。
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第六章 围岩分类与围岩压力
石质围岩位于挤 压强烈的断裂带内 ，裂隙杂乱，呈石 夹土或土夹石类 Ⅱ 一般第四系的可 塑的粘性土及稍湿 至潮湿的非粘性土 （包括一般碎、卵 、砾石土）及新黄 土 石质围岩位于挤 压极强烈的断裂带 内，呈角砾、砂、 泥松软体 Ⅰ 软塑状黏性土及 潮湿的粉细砂 围岩呈角 (砾) 碎(石) 新黄土呈松 软结构
表6-3 是在总结了大量的铁路隧道工程实践 的经验得到的。在道路隧道的工程设计中，可 以参照表6-3铁路隧道围岩分类方法进行设计。 该分类是以围岩稳定性为基础。分类指标为 复合指标，这样分类能较正确地反映主要地质 因素对隧道工程的影响和作用。不足之处是， 该表的围岩分类定性描述多，定量指标少，是 属于经验分类法。
第六章 围岩分类与围岩压力
§6.2 隧道围岩分类
该围岩分类法共将围岩分为六类，即Ⅵ、 Ⅴ…Ⅱ、Ⅰ。Ⅵ类围岩稳定性最好，Ⅰ、Ⅱ类 围岩稳定性差。
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可分为：天然密度、饱和密度、干密度、颗粒密度等
孔隙指标（孔隙率、孔隙比） 岩石试样中孔隙体积与试样体积的百分比称为孔隙 率。
孔隙体积与固体体积的比值称为孔隙比
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （2）隧道围岩的工程性质
抗冻性是岩石抗冻融破坏的性能，用抗冻系数衡量。
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （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。
围岩既可能是岩质，也可能是 土质，或是二者混合体
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
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
注意岩体和岩 石性质的差异
力学性质
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） 其它指标（膨胀性、软化性、抗冻性等）
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （2）隧道围岩的工程性质
其它物理指标（膨胀性、抗渗性、软化性、抗冻性等） 膨胀性是岩石浸水后体积增大的性质，用膨胀率和膨 胀力衡量。
渗透性是在水压力作用下，岩石孔隙和裂隙透过水的 能力，用渗透系数衡量。
软化性是岩石与水相互作用时强度降低的特性，用软 化系数衡量。
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）
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （2）隧道围岩的工程性质
质量指标（密度、容重等） 岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的质量和重量称为 密度和容重。
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境; 围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。
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
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。
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
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
国家级精品课程 《隧道工程》
本讲主要内容
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
❖ 隧道围岩的概念及其性质 ❖ 影响围岩稳定性的因素 ❖ 隧道围岩分级 ❖ 隧道围岩压力的确定方法
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （1）隧道围岩的概念
❖ （2）隧道围岩的工程性质
❖ （3）围岩与隧道工程的相互关系
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （1）隧道围岩的概念
定义:隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩（土）体 隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
围岩 （6-10倍洞径）
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （1）隧道围岩的概念
注意几个问题: 岩体≠岩石
岩体=岩石+结构面
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
❖ （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。
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
2、影响隧道围岩稳定性的因素
❖ （1）影响因素总揽
❖ （2）影响因素详解
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
国家级精品课程 《隧道工程》
❖ （2）影响因素详解
1) 岩体结构特征
岩体结构特征是指岩体的破碎程度或完整状态。 ●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。
裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。 ●完整状态：整块状、大块状等。
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
2、影响隧道围岩稳定性的因素
❖ （2）影响因素详解
2) 结构面的性质和空间组合状态
结构面成因 结构面光滑程度 结构面性质 结构面充填状态 结构面规模 结构面密集程度
结构面空间组合（相互位置）
主讲：中南大学土木工程学院隧道工程系 伍毅敏
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
2、影响隧道围岩稳定性的因素
❖ （1）影响因素总揽
自然因素 （地质条件）
岩体结构特征 结构面性质和空间组合特征 岩石的力学性质 初始地应力场 地下水
隧道形状和尺寸
人为因素
隧道埋深
（设计施工因素） 支护类型和时间 施工方法
水理指标（含水率、吸水率、饱水率等） 含水率是天然状态下岩石中水的重量与岩石干重量的 百分比。
吸水率是干燥岩样在室温和一个大气压下吸入水的重 量与岩石干重量的百分比。
饱水率是岩石在强制饱和状态下岩样的最大吸入水的 重量与岩石干重量的百分比。
饱水系数是吸水率与饱水率的百分比。
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孔隙指标（孔隙率、孔隙比） 岩石试样中孔隙体积与试样体积的百分比称为孔隙 率。
孔隙体积与固体体积的比值称为孔隙比
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （2）隧道围岩的工程性质
抗冻性是岩石抗冻融破坏的性能，用抗冻系数衡量。
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （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。
围岩既可能是岩质，也可能是 土质，或是二者混合体
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
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
注意岩体和岩 石性质的差异
力学性质
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） 其它指标（膨胀性、软化性、抗冻性等）
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （2）隧道围岩的工程性质
其它物理指标（膨胀性、抗渗性、软化性、抗冻性等） 膨胀性是岩石浸水后体积增大的性质，用膨胀率和膨 胀力衡量。
渗透性是在水压力作用下，岩石孔隙和裂隙透过水的 能力，用渗透系数衡量。
软化性是岩石与水相互作用时强度降低的特性，用软 化系数衡量。
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）
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （2）隧道围岩的工程性质
质量指标（密度、容重等） 岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的质量和重量称为 密度和容重。
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境; 围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。
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
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。
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
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
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本讲主要内容
第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
❖ 隧道围岩的概念及其性质 ❖ 影响围岩稳定性的因素 ❖ 隧道围岩分级 ❖ 隧道围岩压力的确定方法
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （1）隧道围岩的概念
❖ （2）隧道围岩的工程性质
❖ （3）围岩与隧道工程的相互关系
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （1）隧道围岩的概念
定义:隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩（土）体 隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
围岩 （6-10倍洞径）
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
1、隧道围岩的概念及其性质
❖ （1）隧道围岩的概念
注意几个问题: 岩体≠岩石
岩体=岩石+结构面
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
❖ （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。
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第05讲 隧道围岩分级与围岩压力
2、影响隧道围岩稳定性的因素
❖ （1）影响因素总揽
❖ （2）影响因素详解
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❖ （2）影响因素详解
1) 岩体结构特征
岩体结构特征是指岩体的破碎程度或完整状态。 ●破碎程度：裂隙率、裂隙间距。
裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。 ●完整状态：整块状、大块状等。
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2、影响隧道围岩稳定性的因素
❖ （2）影响因素详解
2) 结构面的性质和空间组合状态
结构面成因 结构面光滑程度 结构面性质 结构面充填状态 结构面规模 结构面密集程度
结构面空间组合（相互位置）
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2、影响隧道围岩稳定性的因素
❖ （1）影响因素总揽
自然因素 （地质条件）
岩体结构特征 结构面性质和空间组合特征 岩石的力学性质 初始地应力场 地下水
隧道形状和尺寸
人为因素
隧道埋深
（设计施工因素） 支护类型和时间 施工方法
水理指标（含水率、吸水率、饱水率等） 含水率是天然状态下岩石中水的重量与岩石干重量的 百分比。
吸水率是干燥岩样在室温和一个大气压下吸入水的重 量与岩石干重量的百分比。
饱水率是岩石在强制饱和状态下岩样的最大吸入水的 重量与岩石干重量的百分比。
饱水系数是吸水率与饱水率的百分比。
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