第05讲围岩分级以及围岩压力理论
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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
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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
隧道工程第5章-围岩分级与围岩压力
2)切线模量(Et)指曲线上任一点处切线的斜率，一般 特指中部直线段的斜率，即
2 1 Et 2 1
3)割线模量(Es)指曲线某特定点与原点连线的斜率，通 常取σc / 2处的点与原点连线的斜率，即
50 Es 50
泊松比是指在单轴压缩条件下，横向应变与轴向 应变之比，即
问题：围岩流变特性对隧道的影响？
岩体的流变
5.1 隧道围岩的概念与工程性质
工程性质
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％。
第5章 隧道围岩分级与围岩压力
5.1 隧道围岩的概念与工程性质 5.2 围岩的稳定性 5.3 围岩分级 5.4 围岩压力计算
5.2 隧道围岩稳定性
10-100 20-200
抗拉强 度Rt /MPa
2-10 4-25
摩擦角 Ф (°)
15-30 35-50
内聚力 C /MPa
3-20 8-40
花岗岩 流纹岩
页 岩 砂 岩
玄武岩
石英岩
150-300
150-350
10-30
10-30
48-55
50-60
20-60
20-60
砾 岩
10-150
2-15
0.1-0.24
0.06-0.19 0.15
0.09
常见岩石的强度指标值
抗压强 度Rc /MPa
100-250 180-300
岩石 名称
抗拉强 度Rt /MPa
7-25 15-30
摩擦角 内聚力 Ф C /MPa (°)
45-60 45-60 14-50 10-50
岩石 名称
第5讲围岩分级与围岩压力
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
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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。
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
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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。
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
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
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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。
第三章 围岩分级及围岩压力
10cm以上岩芯累计长度 RQD 100% 单位钻孔长度
(四)组合多种因素的分级方法
“岩体质量——Q”的分类方法：
RQD J r J w Q J h J a SRF
式中 RQD——岩石质量指标； Jh ——节理组数目； Jr——节理粗糙度； Ja——节理蚀变值； Jw——节理含水折减系数； SRF ——应力折减系数。
(2)隧道级别的修正
①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 根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3 级，如表。 根据地下水状态对围岩级别的修正如表。
②围岩初始地应力状态修正 围岩初始地应力状态，当无实测资料时，可 根据隧道工程埋深、地貌、地形、地质、构造运 动史、主要构造线与开挖过程中出现的岩爆、岩 芯饼化等特殊地质现象，按表做出评估。 初始地应力对围岩级别的修正宜按表进行。 ③风化作用的影响
弹性波速 （km/s）
A类岩：>5.3。 A类岩：5.3＞ V≥4.5； B类岩：V＞5.3 C类岩：V＞5.0
位移特性
Ⅱ
隧道开挖对掌子面前方影响范 围为0.6D～2D，后方为0.6D～ 3D；掌子面位移比25%～35%； 掌子面最大位移≤15mm；最大 位移位于0.5H。
Ⅲ1 Ⅲ Ⅲ2
岩质 围岩
完整围岩：较软岩，岩体完整，结构面不发育，结合好或一般。 A类岩：4.5＞ 块状围岩：硬岩，岩体较完整，结构面不发育，结合差。 V≥4.0； B类岩：5.3＞ 块状围岩：极硬岩，岩体较破碎，结构面发育，结合好，或结 V≥4.3； 构面较发育，结合差；硬岩，岩体较完整，结构面较发育，结 C类岩：3.5＞ 合好或一般。 V≥5.0； 层状围岩：硬岩或软硬岩互层，以硬岩为主，厚层，岩层产状 D类岩：V＞4.0 为横向陡倾或其它产状；较软岩，巨厚层，岩层产状为横向陡 倾或其它产状。 完整围岩：软岩，岩体完整，结构面不发育，结合好或一般。 块状围岩：较软岩，岩体较完整，结构面较发育，结合好或一 般。 层状围岩：极硬岩，中厚层，岩层产状为横向陡倾或其它产状； 硬岩或软硬岩互层，以硬岩为主，厚层，岩层产状为纵向中倾； 较软岩，巨厚层，岩层产状为纵向中倾。 A类岩：4.0＞ V≥3.0； B类岩：4.3＞ V≥3.3； C类岩：3.5＞ V≥3.0； D类岩： 碎裂围岩：硬岩，岩体较破碎，结构面发育，结合好；较软岩， 4.0>V≥3.0； 岩体较破碎，结构面发育，结合一般。 E类岩：3.0＞ 层状围岩：极硬岩，中厚层，岩层产状为纵向中倾；软硬岩互 V≥2.0。 层，以软岩为主，厚层，岩层产状为横向陡倾。
(四)组合多种因素的分级方法
“岩体质量——Q”的分类方法：
RQD J r J w Q J h J a SRF
式中 RQD——岩石质量指标； Jh ——节理组数目； Jr——节理粗糙度； Ja——节理蚀变值； Jw——节理含水折减系数； SRF ——应力折减系数。
(2)隧道级别的修正
①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 根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3 级，如表。 根据地下水状态对围岩级别的修正如表。
②围岩初始地应力状态修正 围岩初始地应力状态，当无实测资料时，可 根据隧道工程埋深、地貌、地形、地质、构造运 动史、主要构造线与开挖过程中出现的岩爆、岩 芯饼化等特殊地质现象，按表做出评估。 初始地应力对围岩级别的修正宜按表进行。 ③风化作用的影响
弹性波速 （km/s）
A类岩：>5.3。 A类岩：5.3＞ V≥4.5； B类岩：V＞5.3 C类岩：V＞5.0
位移特性
Ⅱ
隧道开挖对掌子面前方影响范 围为0.6D～2D，后方为0.6D～ 3D；掌子面位移比25%～35%； 掌子面最大位移≤15mm；最大 位移位于0.5H。
Ⅲ1 Ⅲ Ⅲ2
岩质 围岩
完整围岩：较软岩，岩体完整，结构面不发育，结合好或一般。 A类岩：4.5＞ 块状围岩：硬岩，岩体较完整，结构面不发育，结合差。 V≥4.0； B类岩：5.3＞ 块状围岩：极硬岩，岩体较破碎，结构面发育，结合好，或结 V≥4.3； 构面较发育，结合差；硬岩，岩体较完整，结构面较发育，结 C类岩：3.5＞ 合好或一般。 V≥5.0； 层状围岩：硬岩或软硬岩互层，以硬岩为主，厚层，岩层产状 D类岩：V＞4.0 为横向陡倾或其它产状；较软岩，巨厚层，岩层产状为横向陡 倾或其它产状。 完整围岩：软岩，岩体完整，结构面不发育，结合好或一般。 块状围岩：较软岩，岩体较完整，结构面较发育，结合好或一 般。 层状围岩：极硬岩，中厚层，岩层产状为横向陡倾或其它产状； 硬岩或软硬岩互层，以硬岩为主，厚层，岩层产状为纵向中倾； 较软岩，巨厚层，岩层产状为纵向中倾。 A类岩：4.0＞ V≥3.0； B类岩：4.3＞ V≥3.3； C类岩：3.5＞ V≥3.0； D类岩： 碎裂围岩：硬岩，岩体较破碎，结构面发育，结合好；较软岩， 4.0>V≥3.0； 岩体较破碎，结构面发育，结合一般。 E类岩：3.0＞ 层状围岩：极硬岩，中厚层，岩层产状为纵向中倾；软硬岩互 V≥2.0。 层，以软岩为主，厚层，岩层产状为横向陡倾。
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。
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。
1
2016/10/13
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
5
2016/10/13
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
《隧道工程(第五版)》课件第5章 隧道围岩分级与围岩压力
②岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度 RC表达。RC一般采用实测值，若无实测值时，可采用 实测的岩石占荷载强度指数IS（50）的换算值，即按式 （5.4）计算。
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隧道工程（第五版）
出版社 理工分社
（2）岩体完整程度岩体完整程度也以定性划分和 以定量指标来描述的两种情况。岩体完整程度的定性划 分可按表5.5确定。
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隧道工程（第五版）
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隧道工程（第五版）
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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对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级 基础上考虑修正因素的影响，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］，综合岩体 的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。
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隧道工程（第五版）
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（3）国岩基本质量指标BQ 围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的岩石坚硬程 度定量指标RC值和岩体完整程度的定量指标KV值按 （5.5）计算，即
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隧道工程（第五版）
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（4）围岩基本质量指标BQ的修正影响工程岩体稳 定性的诸因素中，岩石坚硬程度和岩体完整程度是岩体 的基本属性，是各种岩石工程类型的共性，反映了岩体 质量的基本特征，但它们远不是影响岩体稳定的全部重 要因素。当隧道围岩存在地下水、高初始应力、不利软 弱结构面等时，其稳定性要降低，可将它们作为围岩分 级的修正因素。围岩详细定级时，若遇上述情况之一， 应对岩体基本质量指标BQ进行修正。修正值［BQ］可 按式（5.6）计算，即
（1）岩石坚硬程度围岩分级中岩石坚硬程度、岩 体完整程度两个基本因素的定性划分和定量指标，是在 分析比较了国内外相关规范和众多围岩分级后提出的。
隧道施工技术—围岩分级与围岩压力
项目一 围岩分级与围岩压力
n 任务一 围岩分级
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。
充分稳定 基本稳定
暂时稳定
不稳定
任务一 围岩分级
1
2
3
4
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。
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。
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。
地下水 状态
Ⅰ
ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ Ⅴ -
Ⅱ
ⅠⅡ Ⅳ Ⅴ Ⅵ -
Ⅲ
ⅡⅢ Ⅳ Ⅴ Ⅵ -
围岩级别 Ⅰ Ⅱ
应力状态
极高应力 Ⅰ Ⅱ
Ⅵ
Ⅲ Ⅳ/Ⅴ Ⅵ
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。
任务一 围岩分级
1、以岩石强度或岩 石的物理性质指标为 代表的分类方法。
3、与地质勘探手段 相联系的分级方法。
2、以岩体构造、岩性 特征为代表的分类方法。
隧道围 岩分级
4、组合多种因素的 分级方法。
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
n 任务一 围岩分级
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。
充分稳定 基本稳定
暂时稳定
不稳定
任务一 围岩分级
1
2
3
4
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。
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。
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。
地下水 状态
Ⅰ
ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ Ⅴ -
Ⅱ
ⅠⅡ Ⅳ Ⅴ Ⅵ -
Ⅲ
ⅡⅢ Ⅳ Ⅴ Ⅵ -
围岩级别 Ⅰ Ⅱ
应力状态
极高应力 Ⅰ Ⅱ
Ⅵ
Ⅲ Ⅳ/Ⅴ Ⅵ
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。
任务一 围岩分级
1、以岩石强度或岩 石的物理性质指标为 代表的分类方法。
3、与地质勘探手段 相联系的分级方法。
2、以岩体构造、岩性 特征为代表的分类方法。
隧道围 岩分级
4、组合多种因素的 分级方法。
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
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第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （2）影响因素详解
4) 初始地应力场
●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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （2）影响因素详解
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）
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （2）影响因素详解
3) 岩石的力学性质
岩石的工程性质是多方面的，一般主要指岩石的强度 或坚固性。 在岩体结构状态成为控制围岩稳定的主要因素时，强 调岩石强度意义是不大的。 岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的。
• （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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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
围岩既可能是岩质，也可能是 土质，或是二者混合体
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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）
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）
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
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。
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （2）影响因素详解
6) 隧道形状和尺寸
形状方面（一般情况）:
圆形断面受力较好，稳定性好；
高度跨度比（简称高跨比）越大越容易稳定；
断面圆顺可以避免应力集中，有利于围岩稳定；
特殊地应力状态则需要具体分析。
5) 地下水
● 使岩质软化，强度降低，对软岩尤为明显，对土体则 可促使其液化或流动； ● 有软弱结构面的围岩，会冲走充填物或使夹层液化， 减少层间摩阻力促使岩块滑动； ● 在某些围岩中，如石膏、岩盐和蒙脱石为主的粘土岩 中，遇水后产生膨胀，在未胶结或弱胶结的砂岩中可产 生流砂和潜蚀。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
孔隙体积与固体体积的比值称为孔隙比
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
1、隧道围岩的概念及其性质
• （2）隧道围岩的工程性质
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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
抗冻性是岩石抗冻融破坏的性能，用抗冻系数衡量。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （1）影响因素总揽
岩体结构特征
自然因素 （地质条件）
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
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （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。
围岩 （6-10倍洞径）
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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
Байду номын сангаас
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
本讲主要内容
• 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
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
1、隧道围岩的概念及其性质
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （2）影响因素详解
4) 初始地应力场
●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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （2）影响因素详解
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）
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （2）影响因素详解
3) 岩石的力学性质
岩石的工程性质是多方面的，一般主要指岩石的强度 或坚固性。 在岩体结构状态成为控制围岩稳定的主要因素时，强 调岩石强度意义是不大的。 岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的。
• （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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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
围岩既可能是岩质，也可能是 土质，或是二者混合体
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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）
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）
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
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。
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （2）影响因素详解
6) 隧道形状和尺寸
形状方面（一般情况）:
圆形断面受力较好，稳定性好；
高度跨度比（简称高跨比）越大越容易稳定；
断面圆顺可以避免应力集中，有利于围岩稳定；
特殊地应力状态则需要具体分析。
5) 地下水
● 使岩质软化，强度降低，对软岩尤为明显，对土体则 可促使其液化或流动； ● 有软弱结构面的围岩，会冲走充填物或使夹层液化， 减少层间摩阻力促使岩块滑动； ● 在某些围岩中，如石膏、岩盐和蒙脱石为主的粘土岩 中，遇水后产生膨胀，在未胶结或弱胶结的砂岩中可产 生流砂和潜蚀。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
孔隙体积与固体体积的比值称为孔隙比
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
1、隧道围岩的概念及其性质
• （2）隧道围岩的工程性质
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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
抗冻性是岩石抗冻融破坏的性能，用抗冻系数衡量。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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。
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （1）影响因素总揽
岩体结构特征
自然因素 （地质条件）
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
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
2、影响隧道围岩稳定性的因素
• （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。
围岩 （6-10倍洞径）
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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
Байду номын сангаас
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
本讲主要内容
• 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
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
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
第05讲围岩分级以及围岩 压力理论
1、隧道围岩的概念及其性质