隧道围岩压力计算方法及其适用范围
围岩压力
计算公式
令dq浅/dH=0，可得qmax时的深度H： HP=B/(2λtanθ) qmax=γB/(4λtanθ)
浅埋隧道围岩压力是随坑道埋深H增加而增加的；当 等于深埋隧道荷载时，则围岩压力保持不变。
在判定深埋隧道的分界时，若用上述理论公式 ，也可 得出Hp值，但是往往与前述介绍的经验公式差别较大。目 前一般按经验公式 判别，而理论式作为参考。
计算公式
采用松散介质极限平衡理论进行 分析， 即：围岩松动压力=滑动岩体重量 －滑面上的阻力
q浅 ＝ Q浅/B = γH（1－H/B·λtgθ） e=γ(H＋h) λ/2
式中λ一侧压力系数 ，即：
λ = (tgβ-tgΦ)/｛tgβ[1+tgβ(tgΦ-tgθ)+tgΦtgθ]｝ tgβ = tgΦ+｛(tg2Φ+1)tgΦ/(tgΦ-tgθ)｝1/2
e
q
1 2
H t
tg
2
450
g
2
其他一些确定围岩压力的方法
1、以松散介质平衡理论为基础的计算方法 太沙基理论：岩体为有一定粘结力的松散介质， 当坑道开挖后，围岩下沉时由于侧压力的作用， 对下沉围岩将产生摩阻力，水平应力与垂直应力 之比为k
围岩压力量测简介
1、围岩压力量测稳定性判断断面形状、支护 结构设计、围岩压力理论 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
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。
偏压隧道围岩压力的计算
隧道围岩分级与围岩压力计算
好
差
R < 0.25 很差
(四)组合多种因素的分级方法
代表： 岩体质量分级法 巴顿等人提出的“岩体质量—Q”分级法。表达如下：
Q RQD J r J w J h J a SRF
组合了6个参数： 岩石质量指标、节理组数目、节理粗糙度、 节理蚀变值、节理含水折减系数、应力折减系数。
(五)我国铁路与公路隧道的围岩分级方法
围岩级别的工程作用：
①判断围岩稳定性。 ②判断施工难易程度，投资依据。 ③结构分析计算的依据
4.2.2 影响围岩稳定性的因素
⑴地质因素～客观因素 ⑵人为因素～主观因素、工程因素
1、地质因素
从5个方面来分析：
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
问题：围岩流变特性对隧道的影响？
图4-2 岩体的流变
2、岩体强度
岩石强度：通过试件获得。
岩体强度：抗压强度：由结构面特征决定低于岩石强 度，约为岩石强度的70～80％。
抗剪强度：主要由结构面特征决定。
4.2 围岩的稳定性
4.2.1 研究围岩稳定性的意义 围岩的稳定性：隧道开挖后，在不支护条件下围岩的 稳定性。 问题：什么是隧道工程的头等大事？ 研究围岩的稳定性，如何促使围岩稳定。
⑵ 分级的理论基础
●以围岩的稳定性判断为基础。
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
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。
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
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）
隧道工程-4章-第6,7讲-围岩分级与压力
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
李元海
中国矿业大学力建学院
2013年8月3日星期六
1
重点内容与思考题 1.围岩概念？ 2.岩石物理力学指标？岩石流变性与蠕变性？ 3.隧道围岩稳定性影响因素？ 4.围岩分级的目的、方法及主要指标？ 5.围岩压力分类？ 6.形变压力概念及确定方法？ 7.松动压力概念及计算方法？
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
2
第4章 隧道围岩分级与围岩压力
主要内容
4.1 4.2 4.3
影响围岩稳定性的因素？ 隧道围岩分级及其作用？ 围岩压力计算
4.4
围岩压力量测
3
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
前言
围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生 影响的岩体；不同围岩在修建隧道时会有不同 地质现象，产生不同地质问题，如变形、坍塌、 岩爆等。为满足隧道设计、施工需要，针对各 种不同工程项目要求，须进行隧道围岩分级。
目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础或依 据（工程类比法就是建立在围岩分级的基础上 的）
38
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
围岩分级的目的
① ② ③
作为选择施工方法的依据； 科学管理及正确评价经济效益； 确定结构上的荷载（松散荷载）；
④
⑤
给出衬砌结构的类型及其尺寸；
制定劳动定额、材料消耗标准等。
中国矿业大学建筑工程学院 - 李元海
20
岩石的物理力学性质
（1）单轴抗压强度：单向压缩下，岩石能承 受的最大压应力，其与抗拉强度和抗剪强度有 着一定的比例关系。
Rc
=
Pc / A
（表4-4）
隧道围岩的力学参数计算与分析
隧道围岩的力学参数计算与分析隧道是人类在地下开挖的通道，为了确保隧道的稳定和安全运行，围岩的力学参数计算和分析是至关重要的。
本文将从理论与实际应用的角度，探讨隧道围岩的力学参数计算与分析的方法与意义。
一、力学参数的概念和分类力学参数是指描述围岩在受力作用下的性质和响应的参数，通常包括弹性模量、切线模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、剪切强度等。
力学参数的大小和变化规律直接影响着围岩的稳定性和变形性能。
根据围岩的力学性质，力学参数可以分为弹性力学参数和强度力学参数。
弹性力学参数是指围岩在小变形范围内的响应特性，常用的有弹性模量和泊松比；强度力学参数是指围岩在承受较大变形过程中的抗力特性，常用的有抗压强度、抗拉强度和剪切强度等。
二、力学参数的计算方法力学参数的计算通常需要依据实验数据或者采用经验公式。
在实验数据上，可以通过室内试验、现场试验和岩石力学参数测定等方法来获取围岩的力学参数。
这些方法基于不同的试验条件和测量技术，可获得准确和可靠的力学参数数据，但也存在时间和资源成本较高的问题。
另一种计算方法是采用经验公式，根据经验公式中的数学函数和统计关系，通过岩石的物理性质和力学性质等参数来估算围岩的力学参数。
这种计算方法的优点是简便、快捷，适用于大量相似围岩的情况下，并能提供初步的工程设计参考。
三、力学参数的分析意义力学参数的计算和分析对于隧道工程具有重要的意义。
首先，力学参数的计算能够评估围岩的承载能力和变形特性，为隧道结构设计提供重要的参考依据。
通过力学参数的计算和分析，工程师可以判断围岩的破坏特征、变形模式以及可能出现的工程难点，有效地规避潜在的安全风险。
其次，力学参数的计算还可以指导围岩支护和加固方案的选择。
根据围岩的力学参数，可以选择适当的支护措施和施工工艺，提高施工效率和工程质量，并降低工程成本。
最后，力学参数的计算和分析还能够为隧道巡检和维护提供重要的技术依据。
通过监测围岩的力学参数变化，可以及时评估围岩的变形和破坏情况，采取相应的维护措施，保障隧道的安全运行。
基于新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法
基于新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法《基于新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法》一、概述新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法是一种用于估算埋藏式隧道所受围岩压力的方法，它采用非线性的概念来模拟围岩压力的分配。
新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法是基于深层压力考虑的最新的一种方法，可以有效地减少计算中的不确定性，并提供准确的压力估算值。
其中，最基本的假设是，当隧道低于某个深度时，围岩压力将按照非线性的规律散布，最靠近隧道的岩体将受到最大压力，而隧道外围的压力将随距离隧道的距离而逐渐降低。
二、原理新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法是基于深层压力考虑的最新方法。
它采用非线性概念来模拟围岩压力的分布，模型中考虑的因素有受压岩体抗剪强度、地应力和隧道径向位移，通过计算三者之间的关系模拟出隧道的压力分布。
最新的新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法重新定义了受压岩体的抗剪强度与隧道半径之间的关系，模型中计算出的分布规律可以进一步用于准确估算隧道的压力分布。
三、特点1.采用最新的新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法，克服了传统模型的不足，重新定义了受压岩体的抗剪强度，使模型更加精确；2.克服了深埋隧道围岩压力分布计算中的许多不确定性，提供了准确的压力估值；3.能够更加准确的预测和分析围岩压力的变化趋势，有助于维护洞道的稳定；4.改进计算方法，可以更加准确的估算各个层深度之间围岩压力的大小，有利于更好的设计和施工。
四、应用新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法可以应用于火车站、车站、隧道工程、核电站、给水工程等项目的设计和施工，以及地下建筑的施工，这些项目都需要正确预测和分析围岩压力，以确保洞道的稳定。
新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法可以有效改善建筑物的安全性，可以有效的防止崩塌等危险的出现。
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隧道围岩压力计算方法及其适用范围
李鹏飞;周烨;伍冬
【期刊名称】《中国铁道科学》
【年(卷),期】2013(034)006
【摘要】选取隧道围岩压力计算的7种常用方法,分别计算隧道埋深和隧道跨度等参数对围岩压力计算结果的影响,分析比较7种计算方法的优缺点及适用范围.研究结果表明:全土柱理论适用于不考虑隧道跨度的明挖回填工程或埋深较浅、围岩条
件较差的隧道工程;普氏公式适用于有一定自承载能力的深埋隧道;《人工岩石洞室
设计规范》和《水工隧洞设计规范》适用于不考虑隧道跨度的围岩条件较好的隧道;太沙基公式和比尔鲍曼公式适用于围岩条件较差的浅埋隧道;《铁路隧道设计规范》中的围岩压力计算方法综合了全土柱理论、谢家然公式和基于样本统计及围岩分级经验公式的优点,物理概念相对明确,便于工程技术人员应用,然而经验公式存在计算围岩压力随埋深变化不连续的情况,建议结合理论解析进一步修正和完善.
【总页数】6页(P55-60)
【作者】李鹏飞;周烨;伍冬
【作者单位】北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京100022;
首都世界城市顺畅交通协同创新中心,北京100124;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,河南郑州450052
【正文语种】中文
【中图分类】U451.2
【相关文献】
1.既有改扩建浅埋岩石隧道的围岩压力计算方法研究 [J], 柏谦;赵文;王鑫;程诚;路博
2.昔格达组地层深埋隧道围岩压力计算方法探讨 [J], 许瑞宁
3.地表变坡下浅埋偏压隧道围岩压力计算方法 [J], 杜建明;房倩;海路;麦海颖;王赶
4.软弱地质小净距隧道围岩压力计算方法及受力特征研究 [J], 刘佳
5.考虑黏聚力与内摩擦角的变坡面浅埋偏压隧道围岩压力计算方法 [J], 杜建明;房倩
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