1、隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力模块二模块二 隧道围岩分级与围岩压力隧道围岩分级与围岩压力Surrounding rock classification and pressureSurrounding rock classification and pressure第第1 1单元单元 围岩分级围岩分级第第2 2单元单元 围岩压力及成拱作用围岩压力及成拱作用第第3 3单元单元 围岩压力的确定围岩压力的确定隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力第第1 1单元单元 围岩分级围岩分级（Surr
2、ounding rock classification）隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 张家界图节理较发育节理较发育隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分
3、分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力超挖超挖隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力二、围岩分级方法简介二、围岩分级方法简介 现行的围岩分级法考虑了三个基本因素：1与岩性有关的因素：如岩石的强度和变形性质（抗压强度、弹性模量、弹性波速等）可将岩石分为硬岩、软岩、膨胀岩等。2与地质构造有关的
4、因素：岩体的完整性或结构状态。如软弱结构面的分布与性态、风化程度、节理发育程度、块度大小等，其分级指标在围岩分级中占有重要地位。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 3与地下水有关的因素：水是使隧道丧失稳定的重要原因，地下水对围岩稳定性的影响有：（1）地下水能软化围岩，降低围岩体强度；（2）地下水能软化围岩体中的结构面，降低围岩体的的抗剪强度，使围岩体容易滑动；（3）地下水往往形成承压水体，促使围岩失去稳定。总之，地下水对于围岩的稳定性是不利的。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力目前国内外的隧道围岩分级方法：（一）、以岩石强度和物理性质为指标的
5、分级法：1以岩石强度为指标的分级法：岩石越坚硬，坑道越稳定，围岩就越好。该分级法一般将围岩四种类型：坚岩、次坚岩、松石及土四级。但它有局限性：如：如我国陕北的老黄土，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，虽然强度低，但稳定性较好。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 2以岩石物理性质为指标的分级法：前苏联的普氏分级法（也称 值分级法），“”值是一个综合的物性指标，它代表岩石的相对坚固性。如：岩石的抗钻性、抗爆性、强度。-岩石饱和单轴极限抗压强度。我国还考虑了地质条件的影响，如围岩的节理、裂隙、风化。-地质条件折减系数，实质上是将由强
6、度决定的“”值适当降低。ffcRf）（岩石15011001cR岩石岩体fkfkf隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 （二）、以岩体构造，岩性特征为指标的分级法：1太沙基（K.terzaghi）分级法：将不同岩性，构造条件的围岩分为九级，对应于每一级都有一个相应的地压范围和支护措施。该分级法在美国、英国等广泛应用 2岩体综合物性指标分级法：这种分级法就是我国现行铁路隧道围岩分级方法。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 （三）、与地质勘探手段相联系的分级方法：1围岩弹性波纵波速度分级：波速越高，围岩越好。该法最早是日本提出的。2岩石质量为指标的分
7、级法：RQD（rock quality designation）分级法。用岩芯复原率来表示岩石质量指标，岩芯的完整程度与岩体的原始裂隙、硬度、均匀性等状态有关。所谓岩芯复原率：是指单位长度的钻孔中，10cm以上的岩芯占有的比例。这种围岩分级方法将围岩分为五级：优、良、好、差、很差。000010010)(单位钻孔的的长度以上岩芯累计长度cmRQD隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 （四）、组合多种因素的分级法（岩体质量-Q分级法）：1974年挪威地质学家巴顿将围岩分为九级。-岩石的质量指标；-节理组数目；-节理粗糙度；-节理蚀变值；-节理含水折减系数；-（stress
8、rebate factor）应力折减系数；-岩块的大小；-岩块间的抗剪强度；-作用应力；SRFJJJJRQDQwrhhJRQDJJrSRFJwRQDhJrJJwJSRF隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工
9、程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 隧隧道
10、道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力四、
11、围岩分级的发展趋势：1分级时以岩体为对象。包括了岩块与岩块之间的软弱结构面；2分级与地质勘探手段有机联系起来。分级指标更趋定量化；3分级时要有明确的工程对象和工程目的。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力一、围岩压力一、围岩压力 （一）围岩压力的定义：引起地下开挖空间周围的岩体和支护结构变形或破坏的作用力。狭义理解：围岩压力是围岩作用在支护结构上的力。（二）围岩压力的分类：按作用力发生的形态一般可分为：1松动压力（loosening pressure）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。松动压力按作用在支护上力的位置不同分为：竖向
12、压力、侧向压力和底压力。第第2 2单元单元 围岩压力及成拱作用围岩压力及成拱作用返回隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 2形变压力（clastic pressure）（弹性抗力）形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。所以形变压力除与围岩应力状态有关外，还与支护时间和支护刚度有关。3膨胀压力（inflate pressure）当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力称为膨胀压力。它与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起的。4冲击压力（strike pres
13、sure）（通常是由“岩爆”（rock burst）引起的）冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量突然释放所产生的压力。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 由于冲击压力是岩体能量的积累与释放问题，所以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩体，在高地应力作用下，易于积累大量的弹性变形能，一旦遇到适宜条件，它就会突然猛烈地大量释放。二、坑道开挖前后围岩应力状态二、坑道开挖前后围岩应力状态 （一）坑道开挖前围岩应力状态（初始应力状态）坑道开挖前，地层是处于相对静止的状态。因为地层中任何一处的土石都受到上、下、左、右、前、后土石的
14、挤压，保持着相对的平衡，称为原始应力状态。它是由上覆地层自重、地壳运动的残余应力以及地下水活动等因素所决定的。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 1-2-1隧道开挖前任一处围岩受力状态 连续介质理论：假定岩体是均匀连续的介质，岩体为半无限体，地面水平。为了研究方便，仅考虑由上覆地层自重所形成的原始应力，并取深度H上的一个单元体来作应力分析，如图1-2-1所示。该单元体受到三对大小相等、方向相反的压力作用，因此该单元体处于力的平衡状态和变形运动的相对静止状态。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 在上覆地层自重作用下，竖直压力 为：式中：地层的容
15、重；H从地面到单元体所处的深度。由于单元体的侧向变形受到周围地形的限制，便产生了侧向压力和，其中由上覆地层自重和地层的物理力学性质所决定：式中：侧压力系数。zHzHzyx隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 根据岩体为半无限体，侧向应变()为零的条件，并把地层看成各向同性的弹性体，可推导：式中：泊松比，视地层性质不同 值在 0.140.5之间变化。2结论：（1）当垂直应力一定时，侧向应力的大小取决于岩体的泊松比，且侧向应力小于自重应力。（2）随着深度的增大，值趋于1即：，这时与静水压力相似岩体处于流动状态，但在隧道为深埋的情况下，岩体近似认为处于弹性状态。yx,0EEE
16、EEEzzzzyxx1隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 （二）坑道开挖后围岩应力状态（二次应力状态）围岩应力重分布：坑道开挖之后，由于其周边岩体的卸荷作用破坏了原有的平衡状态，使围岩的应力状态发生了变化，同时产生了位移，促使应力重新调整以达到新的平衡。坑道开挖前围岩应力状态 坑道开挖后围岩应力状态 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 1二次应力的确定：假定坑道开挖后的围岩处于弹性应力状态，并设在各向同性均匀的岩体中开挖一个圆形坑道。根据弹性力学 时：围岩的径向应力；围岩的侧向应力；-坑道开挖半径；r-坑道中心至所求应力点的径向距离；2结论
17、（1）当 时，即：这时坑道周边会出现高应力区，随着r的增加，围岩将恢复到原始应力状态。（2）如果围岩强度大于坑道周边增大的应力时，则坑道是稳定的，无须进行支护。若围岩围岩强度小于坑道周边增大的应力时，围岩会发生较大的变形，易造成塌落。此时必须支护。1)1(2zr)1(2zrraaar 10rz2隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力1-2-3围岩成拱作用三、围岩的成拱作用三、围岩的成拱作用 在工程实践中人们发现，当隧道在多裂隙围岩(包括一般土层)中埋置较深时，作用在支护结构上的围岩压力远远小于其上覆层自重所造成的压力。这是什么缘故呢?这就是可以用围岩的“成拱作用”来作解释
18、。在上述条件下，当坑道开挖后，如果任意让其变形，松动和坍塌，最后将会看到在坑道上方形成一个相对稳定的拱形洞穴，如图1-2-3所示。人们常称之为“天然拱”或“平衡拱”。它上方的一部分岩体承受着上覆地层的全部重力，如同一个承载环一样，并将荷载重力向两侧传递下去，这就是所谓围岩的成拱作用。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力四、影响围岩压力的因素四、影响围岩压力的因素 1.时间因素。不论何种围岩，在坑道开挖后的暴露时间均是越短越好。2.坑道的尺寸与形状因素。围岩压力是随着坑道的尺寸增大而增大的，当坑道有引起应力集中的形状，即有明显的拐角时，围岩压力相对较大。3.坑道的埋深因素
19、。当坑道的埋置深度在一定范围内时，围岩压力是随着埋深的增大而增大时；当坑道埋深超过此范围时，则围岩压力的大小基本不受埋深变化的影响。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 4.支护因素。有支护的坑道围岩压力要比无支护的坑道小；支护及时要比支护晚的围岩压力小；支护与坑道周边密贴的越好则围岩压力越小；支护的刚度较小即柔性支护时，坑道的围岩压力相对较小。5.爆破因素，采用爆破法开挖对围岩的稳定极为不利，尤其是对地质条件较差的围岩，爆破的扰动很大、能造成围岩压力过大、岩体松动甚至坍方。因此在隧道施工中应严格控制爆破用药量，提倡采用光面爆破、预裂爆破等先进的爆破技术。6.超挖回填因
20、素。衬砌背后的超挖部分在施工时回填不密实，使围岩得不到很好的支护而继续松动，严重时会造成围岩坍塌，引起衬砌裂损。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力复习思考题1.围岩分级的意义？2.围岩压力的确定？隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 参考资料1.隧道工程规范、书籍隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力模块二模块二 隧道围岩分级与围岩压力隧道围岩分级与围岩压力Surrounding rock classification and pressureSurroundin
21、g rock classification and pressure第第1 1单元单元 围岩分级围岩分级第第2 2单元单元 围岩压力及成拱作用围岩压力及成拱作用第第3 3单元单元 围岩压力的确定围岩压力的确定隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力第第2 2单元单元 围岩压力及成拱作用围岩压力及成拱作用返回一、围岩压力一、围岩压力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力按作用力发生的形态一般可分为：1松动压力（loosening pressure）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：
22、在整体稳定的岩体中，可能出现个别松动掉块的岩石；在松散软弱的岩体中，坑道顶部和两侧边帮冒落；在节理发育的裂隙岩体中，围岩某些部位沿软弱面发生剪切破坏或拉坏等局部塌落。返回隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力拱顶坍塌、冒落拱顶坍塌、冒落水平岩层水平岩层倾斜岩层倾斜岩层隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力水平岩层冒落倾斜岩层掉块、塌落高边墙坍塌隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力裂隙岩体顶部掉块隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 2形变压力（clastic pressure）（弹性抗力）形变压力是由于
23、围岩变形受到与之密贴的支护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。所以形变压力除与围岩应力状态有关外，还与支护时间和支护刚度有关。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力软岩巷道严重底鼓变形 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力软岩巷道变形、支撑断裂隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 3膨胀压力（inflate pressure）当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力称为膨胀压力。它与形变压力的基本区别在于它是由吸水膨胀引起的。4冲击压力（strike
24、pressure）（通常是由“岩爆”（rock burst）引起的）冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量突然释放所产生的压力。由于冲击压力是岩体能量的积累与释放问题，所以它与弹性模量直接相关。弹性模量较大的岩体，在高地应力作用下，易于积累大量的弹性变形能，一旦遇到适宜条件，它就会突然猛烈地大量释放。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力二、坑道开挖前后围岩应力状态二、坑道开挖前后围岩应力状态 （一）坑道开挖前围岩应力状态（初始应力状态）坑道开挖前，地层是处于相对静止的状态。因为地层中任何一处的土石都受到上、下、左、右、前、后
25、土石的挤压，保持着相对的平衡，称为原始应力状态。它是由上覆地层自重、地壳运动的残余应力以及地下水活动等因素所决定的。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 1-2-1隧道开挖前任一处围岩受力状态 连续介质理论：假定岩体是均匀连续的介质，岩体为半无限体，地面水平。为了研究方便，仅考虑由上覆地层自重所形成的原始应力，并取深度H上的一个单元体来作应力分析，如图1-2-1所示。该单元体受到三对大小相等、方向相反的压力作用，因此该单元体处于力的平衡状态和变形运动的相对静止状态。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 在上覆地层自重作用下，竖直压力 为：式中：地
26、层的容重；H从地面到单元体所处的深度。由于单元体的侧向变形受到周围地形的限制，便产生了侧向压力和，其中由上覆地层自重和地层的物理力学性质所决定：式中：侧压力系数。zHzHzyx隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 根据岩体为半无限体，侧向应变()为零的条件，并把地层看成各向同性的弹性体，可推导：式中：泊松比，视地层性质不同 值在 0.140.5之间变化。2结论：（1）当垂直应力一定时，侧向应力的大小取决于岩体的泊松比，且侧向应力小于自重应力。（2）随着深度的增大，值趋于1即：，这时与静水压力相似岩体处于流动状态，但在隧道为深埋的情况下，岩体近似认为处于弹性状态。yx,0
27、EEEEEEzzzzyxx1隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 （二）坑道开挖后围岩应力状态（二次应力状态）围岩应力重分布：坑道开挖之后，由于其周边岩体的卸荷作用破坏了原有的平衡状态，使围岩的应力状态发生了变化，同时产生了位移，促使应力重新调整以达到新的平衡。坑道开挖前围岩应力状态 坑道开挖后围岩应力状态 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 1二次应力的确定：假定坑道开挖后的围岩处于弹性应力状态，并设在各向同性均匀的岩体中开挖一个圆形坑道。根据弹性力学 时：围岩的径向应力；围岩的侧向应力；-坑道开挖半径；r-坑道中心至所求应力点的径向距离；2
28、结论 （1）当 时，即：这时坑道周边会出现高应力区，随着r的增加，围岩将恢复到原始应力状态。（2）如果围岩强度大于坑道周边增大的应力时，则坑道是稳定的，无须进行支护。若围岩围岩强度小于坑道周边增大的应力时，围岩会发生较大的变形，易造成塌落。此时必须支护。1)1(2zr)1(2zrraaar 10rz2隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力
29、力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力1-2-3围岩成拱作用四、围岩的成拱作用四、围岩的成拱作用 在工程实践中人们发现，当隧道在多裂隙围岩(包括一般土层)中埋置较深时，作用在支护结构上的围岩压力远远小于其上覆层自重所造成的压力。这是什么缘故呢?这就是可以用围岩的“成拱作用”来作解释。在上述条件下，当坑道开挖后，如果任意让其变形，松动和坍塌，最后将会看到在坑道上方形成一个相对稳定的拱形洞穴，如图1-2-3所示。人们常称之为“天然拱”或“平衡拱”。它上方的一部分岩体承受着上覆地层的全部重力，如同一个承载环一样，并将荷载重力向两侧传递下去，这就是所谓围岩的成拱作用。隧隧道道工
30、工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力五、影响围岩压力的因素五、影响围岩压力的因素 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力工程因素工程因素 1.时间因素。不论何种围岩，在坑道开挖后的暴露时间均是越短越好。2.坑道的尺寸与形状因素。围岩压力是随着坑道的尺寸增大而增大的，当坑道有引起应力集中的形状，即有明显的拐角时，围岩压力相对较大。3.坑道的埋深因素。当坑道的埋置深度在一定范围内时，围岩压力是随着埋深的增大而增大时；当坑道埋深超过此范围时，则围岩压力的大小基本不受埋深变化的影响。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 4.支护因素。有支护的
31、坑道围岩压力要比无支护的坑道小；支护及时要比支护晚的围岩压力小；支护与坑道周边密贴的越好则围岩压力越小；支护的刚度较小即柔性支护时，坑道的围岩压力相对较小。5.爆破因素，采用爆破法开挖对围岩的稳定极为不利，尤其是对地质条件较差的围岩，爆破的扰动很大、能造成围岩压力过大、岩体松动甚至坍方。因此在隧道施工中应严格控制爆破用药量，提倡采用光面爆破、预裂爆破等先进的爆破技术。6.超挖回填因素。衬砌背后的超挖部分在施工时回填不密实，使围岩得不到很好的支护而继续松动，严重时会造成围岩坍塌，引起衬砌裂损。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与
32、围围岩岩压压力力(c)(d)(a)(b)变形阶段变形阶段松动阶段松动阶段塌落阶段塌落阶段成拱阶段成拱阶段自然拱隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力qphH5.22 pHqh隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力复习思考题1.围岩分级的意义？2.围岩压力的确定？隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力 参考资料1.隧道工程规范、书籍隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力隧隧道道工工程程隧隧
33、道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力模块二：隧道围岩分级与围岩压力第第3 3单元：围岩压力的确定单元：围岩压力的确定隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力1理解围岩压理解围岩压力作用机理力作用机理2 根据实际隧道根据实际隧道项目判断隧道项目判断隧道深浅埋深浅埋3 3根根据实据实际隧际隧道项道项目计目计算围算围岩压岩压力力隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.1：隧道围岩变形和破坏2.3.2：围岩压力的确定方法2.3.3:普氏理论2.3.4：泰沙基理论2.3.5：我国铁路隧道设计规范计算方法第3单元：围岩压力的确定隧隧道道工工程程隧隧道道围
34、围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力径向变形2.3.1 2.3.1 隧道围岩变形和破坏隧道围岩变形和破坏隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力破坏变形隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力坑道上方形成一个相对稳定的“天然拱”或“平衡拱”或“坍落拱”。(c)(d)(a)(b)隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.2 2.3.2 围岩压力的确定方法围岩压力的确定方法初期支护钢弦式压力传感器围岩压力传感器布置示意图（1）现场量测法采用压力盒、压力传感器等，压力盒按工作原理分为机械作用式、电测式和液压式等，目前使用较多的是钢弦式压
35、力盒。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.2 2.3.2 围岩压力的确定方法围岩压力的确定方法（2）理论计算法）理论计算法荷载结构模型 和 连续介质模型（3）经验法或工程类比法经验法或工程类比法隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力BbBthkHt2.3.32.3.3 普氏理论普氏理论这一计算方法是将破裂区内的岩体自重作为隧这一计算方法是将破裂区内的岩体自重作为隧洞支护上的荷载。洞支护上的荷载。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.22.3.2 普氏理论普氏理论对A点取矩MA=0，则：202pxyT Tpxy2
36、2（1）天然拱形状FxFypchb f普氏假定压力拱形状为二次抛物线形，压力拱高按经验普氏假定压力拱形状为二次抛物线形，压力拱高按经验确定，它取决于隧洞跨度和岩石性质。确定，它取决于隧洞跨度和岩石性质。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.22.3.2 普氏理论普氏理论BbBthkHkqh)245(tan021cqq)245(tan)(022cHqq隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.3 2.3.3 太沙基理论太沙基理论2()VVbd2Vb2bdh2tanVcdh2()22tan20VVVVcbdbdhb dh太沙基认为，隧洞开挖后
37、，岩体将向下滑动，作用在隧洞顶部的压力等于滑动岩体的重量减去滑移面上摩擦力的垂直分量。隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.3 2.3.3 太沙基理论太沙基理论0)tan(dhbdcVV)1(tantanbhcVcebbhcetan趋于0cVbtantanVkccbbhf隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.42.3.4 我国我国铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范计算方法计算方法普氏理论：普氏理论：自然拱理论太沙基理论太沙基理论：松散体理论围岩压力来自自然拱内岩体/土体的重力围岩压力来自隧道上方滑动土体的平衡力)1(tantanbhcV
38、ceb隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.42.3.4 我国我国铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范计算方法计算方法（1）深埋、浅埋隧道）深埋、浅埋隧道隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法不同。隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法不同。按隧道上方岩层是否能形成天然拱，分为深埋隧道和浅埋隧道根据统计资料值(2.0 2.5)PaHh当埋深hHP时隧道为深埋当hHP时隧道为浅埋隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.42.3.4 我国我国铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范计算方法计算方法根据统计资料值(2.0 2.5)PaHh铁路隧道实际坍方体统
39、计平均高度围岩级别隧道覆盖深（m）5 6101218253550whsa1245.00.41 1.79sah 单线铁路隧道其余铁路隧道隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.42.3.4 我国我国铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范计算方法计算方法宽度影响系数铁路隧道实际坍方体统计平均高度whsa1245.00.41 1.79sah 单线铁路隧道其余铁路隧道)5(1BiwB5m2.0i0.1i 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.42.3.4 我国我国铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范计算方法计算方法当埋深hHP时，隧道为深埋aqhwhsa
40、1245.00.41 1.79sah 单线铁路隧道其余铁路隧道水平eq竖向围岩级别、e00.15（0.150.30)(0.30 0.50)(0.50 1.00)深埋隧道围岩松散压力值是以施工坍方平均高度(等效荷载高度值)为根据隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力当埋深hha时，隧道为浅埋隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力2.3.42.3.4 我国我国铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范计算方法计算方法当埋深hha时，隧道为浅埋qh水平h竖向()thh隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力当埋深ha h HP时，隧道为浅埋围岩压
41、力滑动面滑动土体未扰动土体隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力当埋深当埋深ha h HP时，时，隧道为浅埋隧道为浅埋围岩压力滑动面滑动土体未扰动土体NA0HCDFBNET1T1PW2W1T2T2GW20hHBtgHDFBFW1212122隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力当埋深ha h HP时，隧道为浅埋NA0HCDFBNETTPW2W1T2T2GW20hHBTDBTvTHNFW20隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力当埋深ha h HP时，隧道为浅埋W2TDBTvTHNFW2090o-0N090o+90o（0+）T90
42、o+隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力当埋深ha h HP时，隧道为浅埋W2N090o（0+）T90o+02090sinsinWT22112WHtg隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力02090sinsinWTcos212HTtantan)tan(tantan1 tantantanccctantantan)1(tantantan2cccc隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力02090sinsinWTcos212HTtantan)tan(tantan1 tantantanccctantantan)1(tantantan2c
43、ccc隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力当埋深ha h HP时，隧道为浅埋NA0HCDFBNETTPW2W1T2T2GW20hHBcos212HT作用在隧道顶面HG上的垂直压力Q=W12Tsin sincos21221hWQ1WBh2tanQBhh隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力作用在隧道顶面HG上的垂直压力均布松动压力tan11kQhhqhhbBBB2tanQBhh(tan)Qh Bh围岩级别检算拱部bk0.10.080.01检算边墙bk0.230.160.08水平压力he 1He 2拱顶 墙脚 隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与
44、与围围岩岩压压力力hTTBe2e1e1e2hHh1h0偏压浅埋隧道隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力当埋深 h HP 时，隧道为深埋当埋深ha h HP时，隧道为浅埋qh1khqhbBaqhwhsa1245.00.41 1.79sah 单线铁路隧道其余铁路隧道我国我国铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范计算方法总结计算方法总结隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力某铁路隧道，处在级围岩中，围岩容重=22 kN/m3，挟持系数 bk=0.1。隧道宽度B=8m。隧道洞口附近3处埋深分别为4m、8m、12m。根据我国现行铁路隧道设计规范，分别计算这3处的竖
45、向围岩压力。我国我国铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范计算方法例题计算方法例题隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力埋深大，围岩压力 不一定大。宽度影响系数 w=1+0.1(8-5)=1.3天然拱高度 ha=0.4524-1w=4.68 m临界高度 Hp=(22.5)ha=9.3611.7 m埋深h=4m,4ha,浅埋,竖向围岩压力 q=224=88 kN/m埋深h=8m,ha8 Hp，浅埋,竖向围岩压力 q=228(1-80.1/8)=158.4 kN/m埋深h=12m,Hp 12，深埋,竖向围岩压力 q=224.68=102.96 kN/m隧隧道道工工程程隧隧道道围围岩岩分分级级与与围围岩岩压压力力本本 讲讲 要要 点点围岩变形和破坏：天然拱形成过程确定围岩压力的方法：现场量测法理论计算法经验法或工程类比法三种计算围岩压力的方法：普氏理论泰沙基理论我国铁路隧道设计规范计算方法
