第4章围岩分级与围岩压力
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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)。
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。
隧道围岩分级及围岩压力隧道所穿过的地层是千变方化的,可能遇到各种工程性质不同的围岩。
隧道围岩分级是评价隧道围岩稳定性的重要参数,也是隧道支护方案设计和施工工艺确定的主要依据。
分级的正确与否直接影响着隧道施工和运营安全,因此,正确划分隧道围岩分级就显得尤为重要。
在围岩分级确定的情况下,如何确定支护结构上的作用力(即围岩压力)就成为正确、合理设计隧道结构的关键。
4.1 围岩岩性与初始应力4.1.1 围岩岩性隧道工程围岩是指地壳中受开挖活动影响的那一部分岩土体。
这个范围在横断面上约为6~10倍的洞径。
围岩的工程性质,一般包括三个方面:物理性质、水理性质和力学性质。
而对围岩稳定性最有影响的是力学性质,即围岩抵抗变形和破坏的性能。
围岩既可以是岩体,也可以是土体。
本书仅涉及岩体的力学性质。
岩体是在漫长的地质历史中形成的地质体,被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等、形状各异的各种块体。
这些地质界面称为结构面或不连续面,这些块体称为结构体,岩体可以看作由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。
所以,岩体的力学性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特性及结构面的特性。
环境因素,尤其地下水和地应力对岩体的力学性质影响也很大。
在软弱围岩中,节理和裂隙比较发育,岩体被切割破碎,结构面对岩体的变形和破坏都不起主导作用,所以岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。
在完整而连续的岩体中亦是如此。
反之,在坚硬的块状岩体中,由于受软弱结构面切割,块体之间的联系减弱,此时,岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的组合所控制。
由此可见,岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果。
岩体与岩石相比,两者有着很大的区别:与工程总体尺度相比,岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质;而岩体则具有明显的非均质性、不连续性和各向异性。
岩体抗拉变形能力差,因此,岩体受拉后很容易沿结构面发生断裂。