隧道圍巖分級(jí)與圍巖壓力

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1、學(xué)習(xí)本章的目的：（1）要求掌握有關(guān)隧道的勘查、設(shè)計(jì)、構(gòu)造原理和有關(guān)計(jì)算方法；（2）理解隧道圍巖穩(wěn)定性的影響因素及其與施工方法的關(guān)系；（3）了解隧道圍巖分級(jí)時(shí)考慮的因素。4.1隧道圍巖的概念與工程性質(zhì)4.2圍巖的穩(wěn)定性4.3圍巖分級(jí)4.4圍巖壓力的確定第4章隧道圍巖分級(jí)與圍巖壓力Surroundingrockclassificationandpressure4.1隧道圍巖的概念與工程性質(zhì)4.1.1圍巖的概念圍巖:隧道開(kāi)挖后對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的那部分巖(土)體。說(shuō)明：圍巖既指巖體也指土體。4.1.2圍巖的工程性質(zhì)物理工程性質(zhì)水理力學(xué)巖石與巖體的區(qū)別：巖石：均質(zhì)

2、、連續(xù)、各向同性巖體：非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性巖體力學(xué)性質(zhì)獲取的方式：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：真實(shí)、費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢(qián)室內(nèi)試驗(yàn)：不易取樣、代表性差問(wèn)題：1.結(jié)構(gòu)計(jì)算與力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系？2.隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的難點(diǎn)？1、巖體的變形特性受拉、受壓、剪切、流變問(wèn)題：巖體能受拉嗎？1)受壓變形巖石：線性、彈性軟弱結(jié)構(gòu)面：非線性、塑性巖體：彈塑性體，見(jiàn)下圖。圖4-1典型巖體全應(yīng)力應(yīng)變曲線巖體：①壓密階段(OA)②彈性階段(AB)③塑性階段(BC)④破裂和破壞階段(CD)2)剪切變形(1)沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)(2)巖石的斷裂(3)在結(jié)構(gòu)面的影響下沿巖石剪斷3)流變特性●蠕變：指應(yīng)力不變，而應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)。

3、●松弛：應(yīng)變不變，而應(yīng)力隨時(shí)間而衰減問(wèn)題：圍巖流變特性對(duì)隧道的影響？圖4-2巖體的流變2、巖體強(qiáng)度巖石強(qiáng)度：通過(guò)試件獲得。巖體強(qiáng)度：低于巖石強(qiáng)度，約為巖石強(qiáng)度的70～80％。4.2圍巖的穩(wěn)定性4.2.1研究圍巖穩(wěn)定性的意義圍巖的穩(wěn)定性：隧道開(kāi)挖后，在不支護(hù)條件下圍巖的穩(wěn)定性。問(wèn)題：什么是隧道工程的頭等大事？研究圍巖的穩(wěn)定性，如何促使圍巖穩(wěn)定。圍巖級(jí)別的工程作用：①判斷圍巖穩(wěn)定性。②判斷施工難易程度，投資依據(jù)。③結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的依據(jù)⑴地質(zhì)因素～客觀因素⑵人為因素～主觀因素、工程因素4.2.2影響圍巖穩(wěn)定性的因素1、地質(zhì)因素從5個(gè)方面來(lái)分析：⑴巖體結(jié)構(gòu)特征⑵結(jié)構(gòu)

4、面性質(zhì)和空間的組合⑶巖石的力學(xué)性質(zhì)⑷地下水的影響⑸圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)⑴巖體結(jié)構(gòu)特征指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)?！衿扑槌潭龋毫严堵省⒘严堕g距。裂隙是廣義的：包括層理、節(jié)理、斷裂及夾層等結(jié)構(gòu)面。●完整狀態(tài)：整塊狀、大塊狀等。按這2個(gè)指標(biāo)有下圖：⑵結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間組合●性質(zhì)1)結(jié)構(gòu)面的成因；2)結(jié)構(gòu)面的光滑程度；3)結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成；4)結(jié)構(gòu)面的規(guī)模；5)結(jié)構(gòu)面的密集度?！窨臻g組合指結(jié)構(gòu)面的相互位置狀態(tài)。問(wèn)題：軟弱結(jié)構(gòu)面有怎樣的害處？什么是不利空間組合？張家界圖節(jié)理較發(fā)育⑶巖石的力學(xué)性質(zhì)主要指巖石的單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度Rb。巖石強(qiáng)度越高，隧道越穩(wěn)定。(4)圍巖的

5、初應(yīng)力狀態(tài)●初始應(yīng)力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力?！褚殉醪綄⒊跏紤?yīng)力考慮進(jìn)圍巖分級(jí)之中。在高的初始應(yīng)力場(chǎng)條件下，圍巖級(jí)別應(yīng)適當(dāng)降低。⑸地下水的影響●軟化圍巖；●減少層間摩阻力促使巖塊滑動(dòng)；●具膨脹性的圍巖，遇水后產(chǎn)生膨脹等。2、人為因素⑴隧道形狀和尺寸⑵支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型⑶施工方法超挖4.3圍巖分級(jí)4.3.1概述圍巖分級(jí)：根據(jù)巖體的若干指標(biāo)，按照穩(wěn)定性將圍巖分成不同的級(jí)別。工程目的：（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)（2）施工方法依據(jù)（3）工程造價(jià)依據(jù)圍巖分級(jí)的發(fā)展過(guò)程：土石分類(lèi)法單一因素分類(lèi)法綜合物性分類(lèi)法其它分級(jí)法：組合多因素分類(lèi)法與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分類(lèi)法總結(jié)：早期

6、～僅巖石強(qiáng)度；現(xiàn)在～綜合多種因素，如巖體構(gòu)造、巖石強(qiáng)度、RQD指標(biāo)等。4.3.2圍巖分級(jí)方法3個(gè)基本因素：①巖性：抗壓強(qiáng)度、彈性模量、彈性波速等。②地質(zhì)構(gòu)造：巖體完整性或結(jié)構(gòu)狀態(tài)。③地下水：地下水發(fā)育時(shí)，圍巖級(jí)別應(yīng)降低。1個(gè)附加因素：④初始地應(yīng)力：適當(dāng)考慮。（一）以巖石強(qiáng)度或巖石的物性指標(biāo)為代表的分級(jí)法1.以巖石強(qiáng)度為基礎(chǔ)的分級(jí)法代表：土石分類(lèi)法～堅(jiān)石、次堅(jiān)石、松石、土。2.以巖石物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分級(jí)法代表：巖石堅(jiān)固性系數(shù)(f值)分級(jí)法～普氏法f值：一個(gè)綜合的物性指標(biāo)值，如巖石的抗鉆性、抗爆性、強(qiáng)度等。但核心還是巖石強(qiáng)度。(二)以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的

7、分級(jí)方法代表：●泰沙基法～考慮圍巖的完整狀態(tài)和巖性，共9級(jí)?！裎覈?guó)交通隧道圍巖分級(jí)法～借鑒了泰沙基法，考慮巖體綜合物性，共6級(jí)。（三）與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級(jí)方法代表：●彈性波速分級(jí)法～波速是反映巖性與巖體結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)綜合指標(biāo)，波速越高，圍巖越好。波速Kv>0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15<0.15完整性完整較完整破碎較破碎極破碎●巖石質(zhì)量指標(biāo)～RQD指標(biāo)也是反映巖性與巖體結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。RQD指標(biāo)的具體含義為巖芯復(fù)原率:R>0.90.75

8、RQD指標(biāo)。(四)組合多種因素的分級(jí)方法代表：巖體質(zhì)量分級(jí)法巴頓等