第4章围岩分类及围岩压力
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破裂岩体以现场试验为主，较完整的岩体以做室内试验为宜。
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对地下水的处理方法：1）适当降低围岩等级；2）分类时按有 水情况考虑，当确认围岩无水则可提高围岩的等级；3）直接 将地下水的状况作为一个分类的指标。表4-1
大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分比表示。
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围岩分级方法今后的发展趋势
(1)分级应主要以岩体为对象。单一的岩石只是分级中的一个要素，岩体则包括 岩块和各岩块之间的软弱结构面。因此分级的重点应放在岩体的研究上。 (2)分级宜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。随着地质勘探技术的发展，这将使分组指标更超定量化。 (3)分级要有明确的工程对象和工程目的。目前多数的分级方法都与坑道支护相 联系。坑道围岩的稳定性、坑道开挖后暂时稳定时间等与支护方法和类型密切相 关。因而进行分组时以此来体现工程目的是不可缺少的。 (4)分组宜逐渐定量化。目前大多数的分组指标是经验或定性的，只有少数分级 是半定量化的。这是由于客观条件的地质体非常复杂。
利用：在“空间效应”范围内（一般为～1.5倍洞跨
），设置支护就可减少支护前的围岩位移值。
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圆形或椭圆形隧道围岩应力状态以压应力为主，这对维持围岩的稳 定性是有好处的
大多数围岩分类法都是建立在相应的施工方法的基础上的
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Протодбяконов classification of rock firmness
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Протодбяконов classification of rock firmness
① 极坚固岩石 f=15～20（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等） ② 坚硬岩石 f=8 ～10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等） ③ 中等坚固岩石 f=4 ～6 （如普通砂岩，铁矿等） ④ 不坚固岩石 f=0.8～3 （如黄土、仅为0.3）
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Rock Quality Designation (RQD):岩石质量指标，用直径为75mm的金刚石 钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度
值得注意的是，近年国内外有关学者提出采用模糊数学分级；根据坑道周边 量侧的收敛值分级；采用人工智能一专家系统分级等等的建议。这些设想都特使 围岩分组方法日趋完善。
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开挖面的空间效应：在隧道开挖过程中，由于受到 开挖面的约束，使其附近的围岩不能立即释放全部 瞬间弹性位移。
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
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Ⅱ Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ Ⅳ
Ⅳ
Ⅳ Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ Ⅵ
Ⅵ
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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？
围岩压力分类 -回复
围岩压力分类 -回复
围岩压力分类是以国际惯例为基础，依据对岩石组织、地应力、
地质构造等因素的分析，将围岩按照其所受压力的大小划分成不同的
类别。
一般情况下，可以将围岩的压力分为以下几类：
1. 无压力围岩：指受力状态较稳定，其内部无明显的压力集中，围岩稳定性较好。
2. 低压力围岩：指受到相对较小的压力，围岩变形较小，稳定
性相对较好。
3. 中等压力围岩：指受到中等程度的压力，围岩具有一定的变
形能力，但稳定性较高。
4. 高压力围岩：指受到较大的压力，围岩变形较大，稳定性较差，需要采取一定的支护措施。
5. 极高压力围岩：指受到极大的压力，围岩变形严重，常常伴
随有断层、节理等岩体破坏现象，需要采取强有力的支护和加固措施。
正确划分围岩压力分类，有助于评估岩体的稳定性和安全性，并
制定相应的工程支护措施，确保工程施工和运营的安全性。
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
隧道工程复习要点
隧道工程1、围岩分级：分为6级，由稳定性由好到差：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。
2、围岩的分级方法：①以岩石强度为基础的分级法；②以岩体构造，岩性特征为代表的分级法；③与地质勘探手段相联系的分级法；④组合多种因素的分级法。
3、围岩压力：引起地下开挖空间周围的岩体和支护结构的变形或破坏的作用力。
4、围岩压力的分类：松动压力、形变压力、膨胀压力、冲击压力。
5、围岩的成拱作用：天然拱上方的一部分岩体承受着上覆地层的全部重力，如同一个承载 环一样，将重力荷载向两侧传递下去。
6、围岩压力的影响因素：①时间因素；②坑道的尺寸与形状因素；③坑道的埋深因素；④支护因素；⑤爆破因素；⑥超挖回填因素。
7、围岩压力的确定方法：①现场测量法；②理论计算法；③统计法。
8、深埋、浅埋隧道的判定原则：(2.0~2.5)p a H h =，当埋深p H H ≥时，隧道为埋深； 当p H H <时，隧道为浅埋。
9、隧道净空：指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。
限界：是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证列车安全运行所必须的。
机车车辆限界：指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。
基本建筑限界：指所有建筑物都不允许侵入的轮廓线，以保证机车车辆的安全运行及建 筑物和设备不要损坏。
隧道建筑限界：指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线。
10、衬砌：隧道开挖以后，为保证围岩的稳定性，一般需要进行支护衬砌。
11、洞身衬砌结构类型：①整体式混凝土衬砌；②装配式衬砌；③喷锚衬砌；④复合式衬砌。
12、衬砌材料：①混凝土和钢筋混凝土；②喷射混凝土；③片石混凝土；④料石或混凝土块。
13、洞口位置选择的原则：早进晚出的原则：①不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路；②洞口应避开不良地段；③不破坏或少破坏地表坡面；④洞口线路宜于等高线正交，使隧道正面进入山体，洞口结构物不致受到的偏压力；⑤隧道洞口标高应高出洪水位加波浪高度；⑥边坡及仰坡均不宜开挖过高；⑦当洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，可设置桥梁或涵洞，排泄水流；⑧当洞口地势开阔有利于施工场地布置时，可利用弃渣有计划、有目的地改造洞口场地，以便布置运输便道，材料堆放，生产设施用地及生产、生活用房等。
西南交通大学《隧道工程》书本课后章节习题及答案解析
第1章隧道工程勘测设计1.隧道选址与线路选线有什么关系？2.确定洞口位置的原则是什么？请解释其工程含义。
3.在按地质条件选择隧道位置时，所需要的地质资料有哪些？如何考虑地形条件对隧道位置的影响？第2章隧道主体建筑结构1.某新建铁路非电化曲线隧道，已知圆曲线半径R＝1200m，缓和曲线长l=50m,远期行车速度V=160km/h，隧道里程为：进口DK150+310；出口DK150+810；ZH点DK150+320；YH点DK151+000。
试求：各段加宽值与隧道中线偏移值。
要求按教材P32图2-7所示，表示清楚，并注明不同加宽的分段里程。
( 注：超高值以0.5cm取整，最大采用15cm；加宽值取为10cm的整数倍；偏移值取至小数点后2位）2. 为什么说台阶式洞门能降低边仰坡开挖高度？第3章隧道附属建筑1.什么是避车洞？避车洞的设置间距是多少？在布置避车洞时应该避开哪些地方？2.营运隧道的通风方式有哪些？什么是风流中性点？它与通风方式的关系怎样？3.为什么公路隧道要设置不同的照明亮度段？它们各自的作用是什么？第4章隧道围岩分类与围岩压力1.影响围岩稳定性的主要因素有哪些？围岩分级主要考虑什么因素？围岩分级的基本要素是哪几种？我国铁路隧道围岩分级主要考虑哪些因素？已知某隧道所处围岩节理发育，Rb＝26MPa，试问这是属于哪一级围岩？2. 某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。
已知：围岩容重γ＝20KN/m3，围岩似摩擦角φ＝530，摩擦角θ＝300，试求埋深为3m、7m，15m处的围岩压力。
第5章隧道衬砌结构计算1.已知作用在衬砌基底面上的轴力N=870KN，弯矩M=43.5KN.m,墙底厚度h=0.6m，围岩抗力系数为150MPa/m。
试求墙底中心的下沉量及墙底发生的转角。
2. 什么情况下将围岩抗力弹簧径向设置？试推导径向设置的围岩抗力单元刚度矩阵。
(注：抗力方向以挤压围岩为正)3.一对称等厚平拱，衬砌厚度为50 cm，已知内力如图示，墙底抗力系数Kd=350 MPa/m,请求出墙底中心水平位移、垂直位移以及墙底截面转角(注：图中1、2、3为截面编号)。
围岩分级
第三节 围岩稳定性（二） 第四节 围岩压力（一）3．与地质勘探手段相联系的分类方法 (1)按弹性波(纵波)速度的分类方法。
随着工程地质勘探方法，尤其是物探方法的进展。
1970年前后，日本提出了按围岩弹性波速度进行分类的方法。
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它既可反映岩石软硬，又可表明岩体结构的破碎程度。
波速越高，围岩越好。
见下表(2)以岩石质量为指标的分类方法——RQD 方法。
所谓岩石质量指标是指钻探时岩芯的复原率，或称岩芯采取率，这是美国伊利诺大学迪尔等人提出的，认为钻探获得的岩芯其完整程度与岩体的原始裂隙、硬度、均质性等状态有关，因此可用岩芯复原率来表达岩体质量。
所谓岩芯复原率即单位长度的钻孔中10 cm 以上的岩芯占有的比例，可写为这个分类方法将围岩分成5类，认为：RQD>90％为优质，75％<RQD<90％为良好，50％<RQD<75％为好，25％<RQD<50％为差，及RQD<25％为很差。
4．组合多种因素的分类方法比较完善的是1974年挪威地质学家巴顿等人提出的“岩体质量一Q ”的分类方法。
这个分类方法是把表明岩体质量的6个地质参数之间的关系表达为式中 RQD － 岩石质量指标；J h － 节理组数目，岩体愈破碎，J h 取值愈大，可参考下列经验数值； 没有或很少节理， J h ＝ 0.5～1.0； 两个节理组时， J h ＝4； 破碎岩体时， J h ＝20。
J r － 节理粗糙度，节理愈光滑，J r 取值愈小，可参考下列经验数值； 不连续节理， J r ＝4；10010cm (%)⨯=钻孔长度以上岩心累计长度RQD r n a RQD =SRFwJ J Q J J平整光滑节理，J r＝0.5等。
J a－节理蚀变值，蚀变愈严重，J a取值愈大，可参考下列经验数值；节理面紧密结合，节理中填充物坚硬不软化，J a＝0.75；节理中填充物是膨胀性粘土，如蒙脱土，J a＝8～12等。
围岩压力的概念
围岩压力的概念围岩压力是指岩体所承受的来自外部力的作用，是岩体围压金质矿物形成时产生的一种力学性质。
围岩压力是岩石结构力学中的一个重要参数，影响到岩体的稳定性和变形特征。
本文将从围岩压力的定义、产生机制、影响因素以及测量方法等方面进行详细解析。
1. 围岩压力的定义围岩压力是指岩体内外压力差所产生的应力状态。
一般情况下，地质构造力学中，围岩压力是指地下岩体所承受的来自上方或周围岩层以及应力场的作用力。
围岩压力是岩体形成和变形过程中的重要因素，对地下工程的设计和施工有着重要影响。
2. 围岩压力的产生机制围岩压力的产生主要有以下几种机制：（1）地质应力：地下深处地质应力是围岩压力主要来源之一。
地壳构造运动和岩石自身的体积弹性变形产生的内应力都会对岩体产生压力。
（2）岩层重叠：多层岩层叠加时，上层岩体产生的重力会对下方岩体产生一定的压力，称为垂直围压力。
这种压力是由于岩层自身的重力而产生的，不受外界因素影响。
（3）水压力：水压力也是围岩压力的重要组成部分，当地下水位变化或存在大体积水压时，水压力会对围岩产生较大的压力。
3. 围岩压力的影响因素围岩压力的大小受多种因素的综合影响，主要包括以下几个方面：（1）岩石性质：岩石的物理力学性质决定了它的抗压强度和变形特性，从而影响围岩压力的大小。
不同类型的岩石具有不同的物理力学性质，导致围岩压力的差异。
（2）地应力：地下深处的地应力是围岩压力的重要来源之一，地应力的大小和方向会影响围岩压力的分布和大小。
（3）岩层厚度：岩层厚度的变化会导致岩体内外压力差的变化，从而影响围岩压力的大小。
岩层厚度的增加会使围岩压力增大。
（4）颗粒级配：岩石的颗粒级配也会对围岩压力产生影响。
颗粒级配的变化会引起围岩内部的水平位移和重力变化，从而影响围岩压力。
4. 围岩压力的测量方法围岩压力的测量方法主要有以下几种：（1）支撑式测压仪：利用支撑物承受外力作用，通过测量支撑物的变形来推测围岩压力的大小。
围岩分级与围岩压力—围岩压力(隧道工程施工课件)
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。
围岩压力定义及分类
围岩压力定义及分类围岩压力是指在地下工程中，由于地下水、地震、地表荷载、地下水位变化等因素引起的围岩对地下结构施加的力量。
围岩压力的大小和分布对地下工程的安全性和稳定性有着重要影响，因此对围岩压力的定义和分类进行研究是十分必要的。
围岩压力的定义可以从不同角度进行解释。
从物理学角度来看，围岩压力是指围绕在地下结构周围的岩石或土壤对结构施加的各向均匀的力。
从工程学角度来看，围岩压力是指地下工程中由于地层应力、水压、荷载等引起的对结构施加的力。
从实际工程角度来看，围岩压力是指在地下工程中由于各种因素引起的对结构施加的力，包括静力、动力和温度应力等。
根据围岩压力的来源和性质，可以将其分为静力压力和动力压力两种类型。
静力压力是指由于地层应力、地下水压力、地表荷载等静止状态下引起的围岩对结构施加的力。
地层应力是指由于地球内部的自重和构造运动引起的应力，是围岩压力的主要来源之一。
地下水压力是指由于地下水存在而引起的对结构施加的压力，其大小与地下水位高度、水文条件等因素有关。
地表荷载是指由于建筑物、交通载荷等引起的对结构施加的压力，其大小与建筑物类型、荷载分布等因素有关。
动力压力是指由于地震、爆炸等动态荷载引起的围岩对结构施加的力。
地震是引起动力压力的主要因素之一，地震波在传播过程中会引起周围围岩产生振动，从而对结构产生影响。
爆炸是另一种常见的动态荷载，爆炸产生的冲击波会对周围围岩产生巨大的压力。
除了静力压力和动力压力外，温度应力也是一种重要的围岩压力类型。
温度应力是由于温度变化引起的结构内部应力，当围岩受到温度变化影响时，会产生膨胀或收缩，从而对结构产生应力。
根据围岩压力的分布特点，可以将其分为均匀分布和不均匀分布两种类型。
均匀分布是指围岩压力在空间上均匀分布的情况。
这种情况下，围岩对结构施加的压力相对均匀，结构所受到的应力较为平衡。
不均匀分布是指围岩压力在空间上不均匀分布的情况。
这种情况下，围岩对结构施加的压力存在差异，结构所受到的应力不平衡。
围岩分类及围岩压力
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值得注意的是，近年国内外有关学者提出采用模糊数学分级；根据坑道周边 量侧的收敛值分级；采用人工智能一专家系统分级等等的建议。这些设想都特使 围岩分组方法日趋完善。
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开挖面的空间效应：在隧道开挖过程中，由于受到 开挖面的约束，使其附近的围岩不能立即释放全部 瞬间弹性位移。
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