隧道工程第4章 隧道围岩分级及围岩压力

岩块的抗压强度通常是采用标准试件在压力机上加轴向 荷载，直至试件破坏。如设试件破坏时的荷载为Pc（N）， 横断面面积为A(mm2)，则岩石的单轴抗压强度Rc(MPa)为：
Pc Rc A
(4-8)
除抗压试验外，还可用点荷载试验和不规则试件的抗压 试验间接的求岩石的Rc。如用点荷载试验求Rc时，常用如下 的经验公式换算：
c
Rc
c
(4-7)
岩石的软化性取决于岩石的矿物组成与空隙性，常见岩 石的软化系数见表4-3，由表可知，岩石均具有不同程度的 软化性。一般认为，软化系数ηc<0.75的岩石是软化性较强 和工程地质性质较差的岩石。
『 4.2.2 ▎岩石的强度性质
岩石抵抗外力破坏的能力称为岩石的强度根据破坏时的 应力类型，岩石的破坏有拉破坏、剪切破坏和流动三种基本 类型。由于受力状态的不同，岩石的强度也不同，如单轴抗 压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等等。 1．单轴抗压强度 在单向压缩条件下，岩石能承受的最大压应力，称为单 轴抗压强度，简称抗压强度。
石英岩
石英岩
岩石的矿物组成与其成因类型密切相关。
岩浆岩物理力学性质一般都很好。 变质岩 浅变质力学性质较差。深变质力学性质较好。
沉积岩 粗碎屑岩除与碎屑成分有关外，还取决于胶结 物成分及其类型。细碎屑岩力学性质一般很差。
『 4.1.2 ▎岩石的结构构造
岩石结构：岩石内矿物颗粒大小、形状、粒间连接方式等 岩 石 构 造 : 矿 物 集 合 体 之 间 排 列 方 式 ， 如沉积岩的微层状、变质岩的片状.
岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的 吸水性。常用吸水率与饱水系数指标表示。
岩石的吸水率（wa）是指岩石试件在一个大气压和室温 条件下自由吸入水的重量（Ww1）与岩样干重量（Ws）之比 的百分率，即
Ww1 wa 100% Ws
(4-5)

岩石的吸水率大小主要取决于岩石中空隙和裂隙的数量、 大小及其开启程度，同时还受到岩石成因、时代及岩性的影 响。常见岩石的吸水率见表4-3。
常见的硅酸盐类矿物 : 长石、辉石、角闪石、橄榄石及 云母和粘土矿物等。这类矿物除云母和粘土矿物外，硬度大， 呈粒、柱状晶形。因此，含这类矿物多的岩石如花岗岩、闪 长岩及玄武岩等，强度高，抗变形性能好。但该类矿物在各 种风化用力下，易风化成高岭石、水云母等。
长石
辉石
角闪石
橄榄石
云母
云母
粘土矿物属层状硅酸盐矿物，主要有高岭石、水云母及 蒙脱石三类，具薄片状或鳞片状构造，硬度小，含这类矿物 多的岩石如粘土岩、粘土质岩，物理力学性质差，并具有不 同程度的胀缩性。
岩石的饱和吸水率（wsa）是指岩石试件在高压（一般压 力15MPa）或真空条件下吸入水的重量（Ww2）与岩样干重量 （Ws）之比的百分率，即
Ww2 wsa 100% Ws
(4-6)
岩石的饱和吸水率是表示岩石物理性质的一个重要指标。 它反映了岩石总开空隙的发育程度，可间接地用它来判定岩 石的抗风化能力和抗冻性。 饱水系数是指岩石的吸水率与饱和吸水率的比值。 4．岩石的软化性 岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化 系数（ηc）表示。即岩石试件的饱和抗压强度（Rc）与干抗 压强度（σc）的比值，即:
蒙脱石
←高岭石
碳酸盐类矿物是石灰岩和白云岩类的主要造岩矿物。物 理力学性质取决于岩石中 CaCO3及酸不溶物的含量。CaCO3含 量越高，如纯灰岩、白云岩等强度高、抗变形和抗风化性能 都比较好。泥质含量高的，如泥质炭岩等，力学性质较差。
←石灰岩
白云岩
氧化物类矿物以石英最常见，是地壳岩石的主要造岩矿 物，呈等轴晶系，硬度大，化学性质稳定。石英含量增加， 岩石的强度和抗变形性能都明显增强。
Vv d n 100% (1 ) 100% V sat
Vvo no 100% V Vvc nc 100% n no V
(4-2)
(4-3) (4-4)
一般岩石空隙率系指总空隙率，常见岩石的空隙率见表 4-3。一般来说，空隙率愈大，岩石的强度愈小、塑性变形和 渗透性质进一步恶化。 3．岩石的吸水性
『 4.1 ▎岩石的地质特征
『 4.1.1 ▎岩石的物质组成
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。岩石的力学性质主要取决于组成岩石的 矿物成分及其相对含量。一般来说，含硬度大的粒柱状矿物 （如石英、长石、角闪石、辉石等）越多，则岩石强度越高； 含硬度小的片状矿物（如云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等） 越多时，则岩石强度越低。
波速比为风化岩石与新鲜岩石的波速的比值
风化系数为风化岩石与新鲜岩石的单轴抗压强的比值
『 4.1.4 ▎岩体的结构类型
岩体由结构面及岩石组成。性质取决于结构面密度、 连续性及其组合关系。 分5类,整体块状、块状、层状、碎裂状、散体状
『 4.2 ▎岩石的物理力学性质
『 4.2.1 ▎岩石的物理性质
1．岩石的重度
第四章 隧道围岩分级及围岩压力
隧 道 工 程
『 4.1 ▎岩石的地质特征
『 4.2 ▎岩体的物理、力学性质
『 4.3 ▎隧道围岩分级 『 4.4 ▎围岩压力计算
SUI DAO GONG CHENG
隧道围岩 指隧道周围一定范围内，对隧道稳定性能产 生影响的岩（土）体。 隧道围岩分级 是正确进行隧道设计计算及施工组织的 基础。
结晶连结
岩石的粒间连结
胶结连结
结晶通过共用原子 / 离子使不同晶粒紧密接触，强度较高 胶接通过胶接物， 硅质>钙质>泥质
『 4.1.3 ▎岩石的风化程度
分为5类，即全风化、强风化、弱/中风化、微风化和未风化
风化程度确定 通过定性指标和定量指标 定性指标：颜色、破碎程度等
定量指标：波速比Kv和风化系数Kf
岩石重度是指单位体积内岩石的重量，单位为kN/m3。
W V
分干重度γd、天然重度γ和饱和重度γsat.
2．岩石的空隙性 岩石中的孔隙及裂隙统称为岩石的空隙。有开型空隙和 闭型空隙之分。与此相对应，可把岩石的空隙率分为总空隙 率（n）、开空隙率（no）及闭空隙率（nc）几种，各自的含 义如下：