隧道围岩分级及围岩压力
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第4章围岩分级与围岩压力介绍
⑶ 岩石的力学性质
主要指岩石的单轴饱和极限抗压强度Rb。
岩石强度越高，隧道越稳定。
(4) 围岩的初应力状态
●初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。 ●已初步将初始应力考虑进围岩分级之中。 在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。
⑸ 地下水的影响 ● 软化围岩； ● 减少层间摩阻力促使岩块滑动； ● 具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。
• 地下水状态的分级表
级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 状态 干燥或湿润 偶有渗水 经常渗水 渗水量[L/(min· 10m)] <10 10~25 25~125
围岩基本分类 地下水状态分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ Ⅳ
Ⅳ
Ⅳ Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ Ⅵ
Ⅵ
— —
—
初始地 应力状 态
主
要
现
象
评估基准 （Rc/σmax）
4.1 隧道围岩的概念与工程性质 4.2 围岩的稳定性 4.3 围岩分级 4.4 围岩压力的确定
4.1 隧道围岩的概念与工程性质
4.1.1围岩的概念 围岩:隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。 说明：围岩既指岩体也指土体。 4.1.2围岩的工程性质 物理 工程性质 水理 力学
一、围岩压力及其分类 (一)围岩压力
广义：包括有、无支护时的压力
围岩压力
地层对洞室的作用力
狭义：仅指对支护的压力
（二）围岩压力分类
1．松动压力～围岩变形过大，发生松动而形成的压力。
2．形变压力～围岩变形在有限范围内而形成的压力。
这是最重要的两种压力形态。 问题： 1.这两种压力性质上有何不同？ 2.压力的性质与围岩稳定性有何关系？
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
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。
围岩分级与围岩压力—围岩压力(隧道工程施工课件)
第二节围岩压力及成拱作用
一、围岩压力及分类
(一)围岩压力概念
广义概念：围岩压力是指引起地下开挖空间周 围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应 力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护 结构上的作用力。
狭义概念：指围岩变形受阻而作用在支护结构 上的作用力。
(二)围ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压力分类
• 松动压力 • 形变压力 • 膨胀压力 • 冲击压力
➢ 地质因素：它包括初始应力状态、岩石力学性 质、岩体结构面等；
➢ 工程因素：它包括断面大小、施工方法、支护 设置时间、支护刚度、坑道形状等。
四、影响围岩压力的因素
具体来说可分为以下几类 ➢1.时间因素 ➢2.坑道的尺寸与形状 ➢3.坑道的埋深 ➢4.支护 ➢5.爆破 ➢6.超挖回填
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称为膨胀压力。它 与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起 的。
4.冲击压力
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能 以后，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。
上述松动压力、形变压力往往同时存在，难以 严格区分。
水平岩层
倾斜岩层
拱顶坍塌、冒落
水平岩 层冒落
倾斜岩层掉 块、塌落
高边墙 坍塌
裂隙岩体顶部掉块
2.形变压力
形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支 护如锚喷支护等的抑制，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。
软岩巷道严重底鼓变形
软岩巷道变形、支撑断裂
3.膨胀压力
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称为松动压力。
松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩 石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落； 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。
一、围岩压力及分类
(一)围岩压力概念
广义概念：围岩压力是指引起地下开挖空间周 围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应 力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护 结构上的作用力。
狭义概念：指围岩变形受阻而作用在支护结构 上的作用力。
(二)围ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压力分类
• 松动压力 • 形变压力 • 膨胀压力 • 冲击压力
➢ 地质因素：它包括初始应力状态、岩石力学性 质、岩体结构面等；
➢ 工程因素：它包括断面大小、施工方法、支护 设置时间、支护刚度、坑道形状等。
四、影响围岩压力的因素
具体来说可分为以下几类 ➢1.时间因素 ➢2.坑道的尺寸与形状 ➢3.坑道的埋深 ➢4.支护 ➢5.爆破 ➢6.超挖回填
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称为膨胀压力。它 与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起 的。
4.冲击压力
冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能 以后，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。
上述松动压力、形变压力往往同时存在，难以 严格区分。
水平岩层
倾斜岩层
拱顶坍塌、冒落
水平岩 层冒落
倾斜岩层掉 块、塌落
高边墙 坍塌
裂隙岩体顶部掉块
2.形变压力
形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支 护如锚喷支护等的抑制，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。
软岩巷道严重底鼓变形
软岩巷道变形、支撑断裂
3.膨胀压力
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称为松动压力。
松动压力常通过下列三种情况发生： 在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩 石； 在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落； 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。
隧道围岩分级与围岩压力[优质借鉴]
![隧道围岩分级与围岩压力[优质借鉴]](https://img.taocdn.com/s3/m/2453b5a5ccbff121dc368373.png)
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
（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。
优质材料
3
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
4.1 隧道围岩的概念与工程性质
4.1.1围岩的概念
围岩:隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)
体。
说明：围岩既指岩体也指土体。
4.1.2围岩的工程性质
物理
工程性质 水理
力学
优质材料
4
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
岩石与岩体的区别： 岩石：均质、连续、各向同性 岩体：非均质、不连续、各向异性
现在～综合多种因素，如岩体构造、岩石强
度、RQD指标等。
优质材料
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第4章 隧道围岩分级与围岩压力
4.3.2围岩分级方法
3个基本因素：
①岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。
②地质构造：岩体完整性或结构状态。
③地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。
1个附加因素：
④初始地应力：适当考虑。
优质材料
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问题：围岩流变特性对隧道的影响？
优质材料
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第4章 隧道围岩分级与围岩压力
2、岩体强度
岩石强度：通过试件获得。
岩体强度：低于岩石强度，约为岩石强度的 70～80％。
优质材料
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第4章 隧道围岩分级与围岩压力
4.2 围岩的稳定性 4.2.1 研究围岩稳定性的意义
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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现行的围岩分级法考虑了三个基本因素：
1．与岩性有关的因素：如岩石的强度和变形性 质（抗压强度、弹性模量、弹性波速等）可将岩石 分为硬岩、软岩、膨胀岩等。
2．与地质构造有关的因素：岩体的完整性或结 构状态。如软弱结构面的分布与性态、风化程度、 节理发育程度、块度大小等，其分级指标在围岩分 级中占有重要地位。
结构特征体现围岩体的受力特征，完整状态体 现围岩体在受各种地质作用力下所表现的形态。
把围岩的结构特征和完整状态相结合就组成了 评价围岩稳定性的最直接最重要的指标。
它与地质构造变动的特征（分为轻微、较重、 严重、很严重）、结构面的密集程度、节理（裂隙） 发育程度（可分为不发育、较发育、发育、很发 育）、风化程度（全风化、强风化、弱风化、微风 化、）岩层厚度[分为厚层（大于0.5m）、中层
作R用JQhD 应-岩力块；的大小；
Jr -岩块间的抗剪强度； Jw -
J
SRF
四、我国铁路隧道的围岩分级法 在我国现行的《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2005）中，明确规定了要采用以围岩稳定性为 基础的分级法和按弹性波速度的分级法。 该分级法主要考虑了围岩的结构特征和完整状态、 岩石强度和地下水等工程地质条件和弹性波纵波速度 因素，把围岩分为6级，依其稳定性由好到差为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。 1.围岩的结构特征和完整状态 围岩体通常是被各种结构面切割成大小不等、形 态各异、种类不同的岩石单元体（即结构体），围岩 结构特征是指结构面和结构体的特征。
第一章 隧道围岩分级与围岩压力
Surrounding rock classification and pressure
•第一节 围岩分级 •第二节 围岩压力及成拱作用 •第三节 围岩压力的计算
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第一节 围岩分级
（Surrounding rock classification）
一、概 述 1．围岩的概念：隧道开挖后其周围产生应力重
（三）与地质勘探手段相联系的分级方法： 1．围岩弹性波纵波速度分级：波速越高，围岩越
好。该法最早是日本提出的，把围岩分为7级。 2．岩石质量为指标的分级法：RQD（rock
quality designation）分级法。 用岩芯复原率来表示岩石质量指标，岩芯的完整
程度与岩体的原始裂隙、硬度、均匀性等状态有关。 所谓岩芯复原率：是指单位长度的钻孔中，10cm
以上的岩芯占有的比例。
RQD(0
0)
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔的的长度
100
0
0
这种围岩分级方法将围岩分为五级：优、良、好、 差、很差。
下一张
岩芯
返回
3. 组合多种因素的岩体质量-Q分级法： 1974年挪威地质学家巴顿将围岩分为九级。
Q RQD J r J w J h J SRF
RQD -岩石的质量指标； Jh -节理组数目； J r -节 理粗糙度； J -节理蚀变值；J w -节理含水折减系 数； SRF -（stress rebate factor）应力折减系 数；
分布范围内的岩体（或土体），或指隧道开挖后对其 稳定性产生影响的那部分岩体（或土体）。
流沙和花岗岩 围岩稳定性：即在隧道开挖后不加支护的情况下 围岩自身的稳定程度，可分为：充分稳定、基本稳定、 暂时稳定、不稳定。
下一张
返回
流沙、管涌现象
花岗岩 返回
根据长期的工程实践，人们认识到，各种围岩 的物理性质之间存在着一定的内在联系和规律，因 而可将稳定性相似的一些围岩划归为一级，并将全 部围岩划分为若干级，这就是围岩分级。
三、目前国内外的隧道围岩分级方法： （一）以岩石强度和物理性质为指标的分级法：
1．以岩石强度为指标的分级法（我国解放初期 的分级法，成渝线修建时使用过）：岩石越坚硬， 坑道越稳定，围岩就越好。
该分级法一般将围岩四种类型：坚岩、次坚岩、 松石及土四级。地坑院
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地坑院
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地坑院
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地坑院出入口
（0.1～0.5m）和薄层（小于0.1m）]的关系如下：
Ⅵ
Ⅰ
差 围岩的结构特征和完整状态
好
大 地质变动的剧烈程度、规模大小、次数少 小
大
结构面的密集程度
小
大
节理（裂隙）的发育程度
小
大
风化程度
小
小
岩层的厚度
大
表1-1-2 围岩结构类型及其特征
2.围岩岩石强度
在结构特征和完整状态相同的情况下，围岩的 稳定性主要取决于围岩岩石的强度。一般来说，无 裂隙或少裂隙的围岩具有整体结构，其强度可用岩 石试件的抗压强度或抗剪强度来表示，对于多裂隙 的围岩体，其强度可用工程类比法判断。
当风化作用使岩石的成分改变、降低强度时， 应按风化后的强度确定岩石的级别。
2．围岩分级的目的：为隧道设计和施工提供依据。 （1）可以据此选择适当的施工方法； （2）确定支护结构上的荷载（松散荷载）； （3）确定衬砌结构的类型及其尺寸；
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分析隧道围岩变化情况
大路峁隧道施工现场
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砂性土围岩
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洞口位置的土质围岩
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Ⅳ、Ⅴ级 围岩
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二、围岩分级方法简介
3．与地下水有关的因素： 水是使隧道丧失稳定的重要原因，地下水对 围岩稳定性的影响有： （1）地下水能软化围岩，降低围岩体强度； （2）地下水能软化围岩体中的结构面，降低围 岩体的的抗剪强度，使围岩体容易滑动； （3）地下水往往形成承压水体，促使围岩失去 稳定。 总之，地下水对于围岩的稳定性是不利的。
f岩体 k f岩石
k -地质条件折减系数，实质上是将由强度决定 的“f ”值适当降低。
（二）以岩体构造，岩性特征为指标的分级法：
1．太沙基（K.terzaghi）分级法：将不同岩 性，构造条件的围岩分为九级，对应于每一级都有 一个相应的地压范围和支护措施。该分级法在美国、 英国等广泛应用。
2．岩体综合物性指标分级法：这种分级法就 是我国现行铁路隧道围岩分级方法。这种分级法把 围岩分为6级。
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地坑院出入口
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地坑院室内
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2．以岩石物理性质为指标的分级法：前苏联的
普氏分级法（也称 f 值分级法），“f ”值是一个
综合的物性指标，它代表岩石的相对坚固性。如：
岩石的抗钻性、抗爆性、强度f。岩石 岩石饱和单轴极限抗压强度。
（ 1 100
~
1 150
）Rc
Rc
-
我国还考虑了地质条件的影响，如围岩的节理、 裂隙、风化。
1．与岩性有关的因素：如岩石的强度和变形性 质（抗压强度、弹性模量、弹性波速等）可将岩石 分为硬岩、软岩、膨胀岩等。
2．与地质构造有关的因素：岩体的完整性或结 构状态。如软弱结构面的分布与性态、风化程度、 节理发育程度、块度大小等，其分级指标在围岩分 级中占有重要地位。
结构特征体现围岩体的受力特征，完整状态体 现围岩体在受各种地质作用力下所表现的形态。
把围岩的结构特征和完整状态相结合就组成了 评价围岩稳定性的最直接最重要的指标。
它与地质构造变动的特征（分为轻微、较重、 严重、很严重）、结构面的密集程度、节理（裂隙） 发育程度（可分为不发育、较发育、发育、很发 育）、风化程度（全风化、强风化、弱风化、微风 化、）岩层厚度[分为厚层（大于0.5m）、中层
作R用JQhD 应-岩力块；的大小；
Jr -岩块间的抗剪强度； Jw -
J
SRF
四、我国铁路隧道的围岩分级法 在我国现行的《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2005）中，明确规定了要采用以围岩稳定性为 基础的分级法和按弹性波速度的分级法。 该分级法主要考虑了围岩的结构特征和完整状态、 岩石强度和地下水等工程地质条件和弹性波纵波速度 因素，把围岩分为6级，依其稳定性由好到差为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。 1.围岩的结构特征和完整状态 围岩体通常是被各种结构面切割成大小不等、形 态各异、种类不同的岩石单元体（即结构体），围岩 结构特征是指结构面和结构体的特征。
第一章 隧道围岩分级与围岩压力
Surrounding rock classification and pressure
•第一节 围岩分级 •第二节 围岩压力及成拱作用 •第三节 围岩压力的计算
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第一节 围岩分级
（Surrounding rock classification）
一、概 述 1．围岩的概念：隧道开挖后其周围产生应力重
（三）与地质勘探手段相联系的分级方法： 1．围岩弹性波纵波速度分级：波速越高，围岩越
好。该法最早是日本提出的，把围岩分为7级。 2．岩石质量为指标的分级法：RQD（rock
quality designation）分级法。 用岩芯复原率来表示岩石质量指标，岩芯的完整
程度与岩体的原始裂隙、硬度、均匀性等状态有关。 所谓岩芯复原率：是指单位长度的钻孔中，10cm
以上的岩芯占有的比例。
RQD(0
0)
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔的的长度
100
0
0
这种围岩分级方法将围岩分为五级：优、良、好、 差、很差。
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岩芯
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3. 组合多种因素的岩体质量-Q分级法： 1974年挪威地质学家巴顿将围岩分为九级。
Q RQD J r J w J h J SRF
RQD -岩石的质量指标； Jh -节理组数目； J r -节 理粗糙度； J -节理蚀变值；J w -节理含水折减系 数； SRF -（stress rebate factor）应力折减系 数；
分布范围内的岩体（或土体），或指隧道开挖后对其 稳定性产生影响的那部分岩体（或土体）。
流沙和花岗岩 围岩稳定性：即在隧道开挖后不加支护的情况下 围岩自身的稳定程度，可分为：充分稳定、基本稳定、 暂时稳定、不稳定。
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流沙、管涌现象
花岗岩 返回
根据长期的工程实践，人们认识到，各种围岩 的物理性质之间存在着一定的内在联系和规律，因 而可将稳定性相似的一些围岩划归为一级，并将全 部围岩划分为若干级，这就是围岩分级。
三、目前国内外的隧道围岩分级方法： （一）以岩石强度和物理性质为指标的分级法：
1．以岩石强度为指标的分级法（我国解放初期 的分级法，成渝线修建时使用过）：岩石越坚硬， 坑道越稳定，围岩就越好。
该分级法一般将围岩四种类型：坚岩、次坚岩、 松石及土四级。地坑院
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地坑院
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地坑院
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地坑院出入口
（0.1～0.5m）和薄层（小于0.1m）]的关系如下：
Ⅵ
Ⅰ
差 围岩的结构特征和完整状态
好
大 地质变动的剧烈程度、规模大小、次数少 小
大
结构面的密集程度
小
大
节理（裂隙）的发育程度
小
大
风化程度
小
小
岩层的厚度
大
表1-1-2 围岩结构类型及其特征
2.围岩岩石强度
在结构特征和完整状态相同的情况下，围岩的 稳定性主要取决于围岩岩石的强度。一般来说，无 裂隙或少裂隙的围岩具有整体结构，其强度可用岩 石试件的抗压强度或抗剪强度来表示，对于多裂隙 的围岩体，其强度可用工程类比法判断。
当风化作用使岩石的成分改变、降低强度时， 应按风化后的强度确定岩石的级别。
2．围岩分级的目的：为隧道设计和施工提供依据。 （1）可以据此选择适当的施工方法； （2）确定支护结构上的荷载（松散荷载）； （3）确定衬砌结构的类型及其尺寸；
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分析隧道围岩变化情况
大路峁隧道施工现场
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砂性土围岩
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洞口位置的土质围岩
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Ⅳ、Ⅴ级 围岩
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二、围岩分级方法简介
3．与地下水有关的因素： 水是使隧道丧失稳定的重要原因，地下水对 围岩稳定性的影响有： （1）地下水能软化围岩，降低围岩体强度； （2）地下水能软化围岩体中的结构面，降低围 岩体的的抗剪强度，使围岩体容易滑动； （3）地下水往往形成承压水体，促使围岩失去 稳定。 总之，地下水对于围岩的稳定性是不利的。
f岩体 k f岩石
k -地质条件折减系数，实质上是将由强度决定 的“f ”值适当降低。
（二）以岩体构造，岩性特征为指标的分级法：
1．太沙基（K.terzaghi）分级法：将不同岩 性，构造条件的围岩分为九级，对应于每一级都有 一个相应的地压范围和支护措施。该分级法在美国、 英国等广泛应用。
2．岩体综合物性指标分级法：这种分级法就 是我国现行铁路隧道围岩分级方法。这种分级法把 围岩分为6级。
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2．以岩石物理性质为指标的分级法：前苏联的
普氏分级法（也称 f 值分级法），“f ”值是一个
综合的物性指标，它代表岩石的相对坚固性。如：
岩石的抗钻性、抗爆性、强度f。岩石 岩石饱和单轴极限抗压强度。
（ 1 100
~
1 150
）Rc
Rc
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我国还考虑了地质条件的影响，如围岩的节理、 裂隙、风化。