第05章 围岩分级与围岩压力

节理较 发育
节理发 育
节理（裂隙）2-3组，呈x型，较规则，以构造型为主，多数 的间距大于0.4m，多为密闭。部分微张开，少有填充物。岩 体被切割成大块状
节理（裂隙）3组以上，不规则，呈x型或米字型，以构造型 或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分微张开，部分张 开，大部分为粘性土填充。岩体被切割成块、碎石状
1
围岩分级
岩石坚硬程度的划分
岩石类别 单轴饱和抗压 极限强度 Rc(MPa) 代 表 性 岩 石
极硬岩 硬质岩 硬 岩
Rc＞60
未风化或微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英 岩、硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等
弱风化的极硬岩；未风化或微风化的熔结凝灰岩、 大理岩、板岩、白云岩、灰岩、钙质胶结的砂岩、 结晶颗粒较粗的岩浆岩等 强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风化或微风化 的云母片岩、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶结的粉 砂岩和砾岩、泥灰岩、泥岩、凝灰岩等 强风化的极硬岩；弱风化至强风化的硬岩；弱风化 的较软岩和未风化或微风化的泥质岩类；泥岩、 煤、泥质胶结的砂岩和砾岩等
的预测隧道围岩级别的方法，在一定程度上要等到隧道
开挖后才能确定。
1
围岩分级
（三）与地质勘探手段相联系的分级方法 代表： ●弹性波速分级法～波速是反映岩性与岩体结构的一项综合
指标，波速越高，围岩越好。
波速 Kv 完整性
>0.75 完整
0.75～ 0.55 较完整
0.55～ 0.35 破碎
0.35～ 0.15 较破碎
2
●
围岩压力 围岩压力分类：
围岩压力按作用力发生的形态，一般可分为如下几 种类型：
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：

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

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
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
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）
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
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。

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