第2章 隧道工程地质环境-第三节围岩初始压力

可采用定性划分和定量指标两种方法确定。
隧道工程
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我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 1 岩石坚硬程度 将岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类按岩性、 物理力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质 岩两大类。然后根据单轴饱和极限抗压强度再分 为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极 软岩。
隧道工程
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岩体的基本工程性质
（三）力学性质
试件尺寸(cm):15×15×30
3 裂隙岩体的强度性质 试件强度(MPa):32.8~34.6
表中数值为试件的强度 与岩石试件强度的比值
结构面强度：c=0.11MPa;φ=38
隧道工程
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围岩分级概述
围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分 布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产 生影响的那部分岩体（这里所指的岩体是土体与 岩体的总称）。 依据各种围岩的物理性质之间存在的内在联
隧道工程
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围岩的分级方法
（二）以岩石强度或岩石的物性指标为代表 的分级方法 1 以岩石强度为基础的分级方法
该方法单纯以岩石的强度为分级依据。该方法认
为：坑道开挖后，它的稳定性主要取决于岩石的
强度。岩石愈坚硬，坑道愈稳定；反之岩石愈松
软，坑道的稳定性就愈差。该法不全面！
隧道工程
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围岩的分级方法
节理较发育、节理发育、节理很发育4级。 按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻 微、较重、严重、极严重4级。
隧道工程
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我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素
围岩完整程度
指标1：结构面发育程度 指标2：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：

按力的平衡条件，可求出作用在隧道支护结构 上的围岩松动压力值，其步骤如下： 由图可知，作用在支护结构上总的垂直压力Q为
Q W1 2T1 sin 2
a.求两侧三棱体对洞顶土体的挟制力T1 取三棱体BDF(或ACE)作为脱离体分析(如图 所示)，作用在其上的力有W2、T、F，其中W2为 BDF的土体自重，T为隧道与上覆土体下沉而带 动两侧BDF和ACE随着下滑时在FD面产生的带 动下滑力，F为BD面上的摩擦阻力。
V
tg 0
如以 tg 0 ＝f 代入，得
V b f
0 意义同上。 式中，b、
侧向均布压力则仍按朗金公式计算：
1 e v H t tg 2 45 0 2 2
2.浅埋隧道围岩松动压力的确定方法
(1)深、浅埋隧道的判定原则
ω——宽度影响系数， ω=1+i(B-5)
B——坑道宽度，以m计； i——B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B＝ 5m 为基准 ) ，当 B ＜ 5m 时取 i=0.2 ， B ＞ 5m 时， 取i＝0.1。
适用条件为： ①H/B＜1.7(H为坑道的高度)； ②深埋隧道； ③不产生显著的偏压力及膨胀压力的一般围岩； ④采用钻爆法施工的隧道。
令 则
tg tg 0 tg 1 tg tg 0 tg tg 0 tg
分析上式的物理含义可知，从散体极限平衡 理论可知，T为FD面的带动下滑力，则 即为 FD面上侧压力系数，而T又为T1和T2之和，衬 砌上覆土体下沉时受到两侧摩阻力为T1，这是我 们所需要求的数值。
当滑动岩体下滑时，受到两种阻力作用： 一是滑面上阻止滑动岩体下滑的摩擦阻力；二 是支护结构的反作用力，这种反作用力的数值 应等于滑动岩体对支护结构施加的压力，也就 是我们所要确定的围岩松动压力。 根据受力的极限平衡条件： 滑动岩体重量＝滑面上的阻力 + 支护结构的反作 用力(围岩松动压力) 围岩松动压力＝滑动岩体重量一滑面上的阻力

级 英国等广泛应用
与
围
2．岩体综合物性指标分级法：这种分级法就
岩 是我国现行铁路隧道围岩分级方法。
压
力
隧
道
工
程
（三）、与地质勘探手段相联系的分级方法：
力
隧
道
工
程
目前国内外的隧道围岩分级方法：
隧 道
（一）、以岩石强度和物理性质为指标的分级法：
围
1．以岩石强度为指标的分级法：岩石越坚硬，
岩 坑道越稳定，围岩就越好。
分
级
该分级法一般将围岩四种类型：坚岩、次坚岩、
与 松石及土四级。但它有局限性：如：如我国陕北的
围 岩 压
老黄土，无水时直立性很强，稳定性相当好，但强 度却很低。再如：江西、福建等地的红砂岩，虽然
压 就愈差；
力
隧
道
工
程
地下洞室的形状主要影响开挖后围岩的应力状态。
隧 (2)施工中采用的开挖方法
道 开挖方法对地下工程围岩稳定性的影响较为明显，在
围 分级(类)中必须予以考虑。
岩
分
级
与
围
岩
压
力
隧
道
工
程
隧
道
围
岩
分
级
超
与
挖
围
岩
压
力
隧
道
工
程
二、围岩分级方法简介
隧 道
现行的围岩分级法考虑了三个基本因素：
隧
从国外的情况看：
道
围
岩 土石方工程分类
岩石的坚固性来
分 法(开挖难易程 级 度)
与
分类: 如坚固性 系数f
围 岩 压

在各种类型的结构面中，结构弱面对岩体稳 定性影响很大。 有些虽然是结构面，但不一定是软弱面，如硅 质、钙质胶结的节理面、岩脉接触面等，它们的强 度很大。因此，软弱面基本上是指那些断层、剪切 带、破碎带、泥质充填的节理、软弱夹层等控制岩 体强度的结构面，其强度较岩石强度低。 岩体的天然不均质性及各向异性也是它的显著 特征。
3．弯曲折断破坏 层状岩体尤其是有软弱夹层的互层岩体，由于 层间结合力差，易于错动，所以抗弯能力较低。洞 顶岩体受重力作用易产生下沉弯曲，进而张裂、折 断形成塌落体。边墙岩体在侧向水平力作用下弯曲 变形而鼓出，也将对支护结构产生压力，严重时可 使支护结构折断而塌落。 4．松动解脱 碎裂结构岩体基本上是由碎块组合而成的， 在张拉力、单轴压力、振动力作用下容易松动，溃 散(解脱)而成碎块脱落。一段在洞顶表现为崩塌， 在边墙则为滑塌、坍塌。 5．塑性变形和剪切破坏 散体结构岩体或碎裂结构岩体，表现为坍方、 边墙挤入、底鼓以及洞径缩小等等，而且变形的时
目前国内外隧道围岩分类的方法大体上有以 下几种类型：
一、以岩石强度或岩石的物性指标 为代表的分级方法
具有代表性的是前苏联普落托奇雅柯诺夫 (M.Jipoctonbn Monos)教授提出的“岩石坚固系数” 分级法(或称“f ”值分级法，或普氏分级法)。 岩石的坚固系数值表示岩石在开挖时的相对坚 固性，如人工破碎岩石时的抗破碎性、机械钻眼时 的抗钻性、对炸药的抗爆性、开挖坑道时围岩作用 在支护结构上的压力值等等。 确定 f 值的主要方法： f 岩石 =R/100（R 为岩石单 轴抗压强度）。
24～25
24～25
75°
73°
砂质片岩、片状砂岩
4
3
坚硬的粘土岩、不坚硬的石灰岩、砂岩、 25～28 砾岩 不坚硬的片岩，密实的泥灰岩，坚硬胶 结的粘土 软片岩、软石灰岩、冻结土、普通泥灰 岩、破碎砂岩、胶结的卵石 25