围岩分级汇总课件.ppt

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1、围岩分级,围岩分级,围岩分级,1概述,1.概述,1.地面结构体系和地下结构体系的区别：地面结构体系：地面结构体系一般都是由结构和地基所组成，地基在结构底部起约束作用，除了自重外，荷载都是来自外部，如人群、车载、水力、风力等等。,地面结构,1.概述,1.地面结构体系和地下结构体系的区别：地下结构：是由周边围岩和支护结构两者组成共同并相互作用的结构体系，即地下结构支护结构周边围岩；其中以地层为主，各种围岩都是具有一定程度的自支承能力的介质，即周边围岩在很大程度上是地下结构承载的主体，支护仅用来约束地层，不使它产生过大的变形而破坏、坍塌。地下结构所承受的荷载又主要来自结构体系的本身地层，故称为地层压

2、力或围岩压力。所以说，在地下结构体系中，地层既是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源。这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的。,1.概述,地下结构,2.1概述,1.围岩 隧道围岩是指地壳中受隧道开挖影响的那一部分岩体，或是指对隧道稳定性有影响的那一部分岩体。这部分岩体在隧道开挖和支护过程中，将产生应力重新分布，其性质也有所变化。,2.1概述,2.围岩分级的目的 作为选择施工方法的依据； 进行科学管理及正确评价经济效益； 确定结构上的荷载（松散荷载）； 给出衬砌结构的类型及其尺寸； 制定劳动定额、材料消耗标准基础等。,围岩分级,2围岩分级及其作用,2.1隧道围岩分级的因素指标及其

3、选择,1.隧道围岩分级的因素指标及其选择 围岩分级的指标，主要考虑影响围岩稳定性的因素或其组合的因素。1）围岩分级指标 （1）单一岩性指标 （2）综合岩性指标（1）单一岩性指标岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基本的分级指标，具有试验简单，数据可靠的优点；岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量、泊松比等物理力学参数 ；岩石的抗钻性、抗爆性等工程指标。,2.1隧道围岩分级的因素指标及其选择, 综合岩性指标 岩体的弹性波传播速度：弹性波传播速度与岩体的强度和完整性成正比，其指标反映了岩石的力学性质和岩体的破碎程度的综合因素，通常用Kv来评价：,2.1隧道围岩分级的因素指标及其选择, 岩石质量指标（RQD） ：

4、是综合反映岩体的强度和岩体的破碎程度的指标。所谓岩石质量指标是指钻探时岩心复原率，或称为岩芯采 RQD（） 10cm以上岩芯累计长度100 单位钻孔长度岩石质量指标分级认为：RQD 90 为优质； 75 RQD 90 为良好； 50 RQD 75 为好； 25 RQD 50 为差； RQD 25 为很差,2.1隧道围岩分级的因素指标及其选择, 围岩的自稳时间 ：被认为是综合岩性指标，隧道开挖后，围岩通常都有一段暂时稳定的时间，不同的地质环境，自稳时间是不同的，劳费（H.Lauffer）认为隧道围岩的自稳时间ts可用下式表示： ts = 常数 L(1a)式中：L 隧道未支护地段的长度；a 视围岩

5、情况在01之间变化，好的岩体可取 a =0;极差的 a = 1 劳费（H.Lauffer）根据围岩的自稳时间和未支护地段的长度，将围岩分为： 稳定的、易掉块的、极易掉块的、破碎的、很破碎的、有压力的、有很大压力等七级,2.1隧道围岩分级的因素指标及其选择, 岩体质量指标（Q指标）,RQD 岩石质量指标；Jh 节理组数目，岩体愈破碎， Jh取值愈大；Jr 节理粗糙度，节理愈光滑， Jr取值愈小；Ja 节理蚀变值，蚀变愈严重， Ja取值愈大； Jw 节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高， Jw取值愈小SRF 应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值愈大。,2.1隧道围岩分级的因素指标及其选

6、择,2）指标的选择 首先选择对隧道围岩稳定性有重大影响的因素指标； 选择测试设备简单、人为因素小、科学性强的定量指标； 选择指标要有一定的综合性。,2.2隧道围岩分级的方法,1.隧道围岩分级的方法1）现行的许多围岩分级方法中，分类基本要素大致有三大类：第I类：与岩性有关的要素。其分类指标是采用岩石强度和变形性质等：如岩石的单轴抗压强度、变形模量或弹性波速等。第II类：与地质构造有关的要素。其分类指标采用诸如岩石的质量指标、地质因素平分法等，这些指标实质上是对岩体完整性或结构状态的评价。这类指标在划分围岩的级别中一般占有重要地位；第III类：与地下水有关的要素。,2.2隧道围岩分级的方法,1.隧

7、道围岩分级的方法2）目前国内外围岩的分类方法，考虑上述三大基本要素，按其性质主要分为： 以岩石强度或物理指标为代表的分类方法 以岩体构造特征为代表的分级方法 以地质勘探手段相联系的分类方法 组合多种因素的分类方法 以工程对象为代表的分类法,2.2隧道围岩分级的方法, 以岩石强度或物理指标为代表的分类方法： 按岩石强度为单一岩性指标的分级法 : 具有代表性是我国解放前或解放后初期的土石分类法，即把岩石分为坚石、次坚石、松石及土； 以岩石的物性指标为基础的分级方法： 具有代表意义的是我国工程界广泛采用的岩石坚固系数“f ”值分级法 ； 优点： 指标单一，使用方便； 缺点：不能全面反映岩体固有的性态

8、。,2.2隧道围岩分级的方法, 以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法： 这类分类法以泰沙基分类法为代表 这类分类法是在早期提出的，限于当时的条件，仅把不同岩性、不同构造条件的围岩分成九类，每类都有一个相应的地压范围值和支护措施建议。这类分类法曾长期被各国采用，至今仍有广泛的影响。,2.2隧道围岩分级的方法, 以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法： 以岩体综合物性为指标的分类法 60年代我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上，提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩体综合分类法”，并于1975年经修正后正式作为铁路隧道围岩分类方法。 优点： 正确的考虑了地质构造特征、风化状况、地下水情况等多因素对围

9、岩的影响。 缺点：分级指标缺乏定量描述。,2.2隧道围岩分级的方法, 以地质勘探手段相联系的分类方法： 按弹性波（纵波）速度的分类方法 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，又可表达岩体结构的破碎程度。1970年前后，日本提出按围岩弹性波速度进行分类，我国从1986年起，也开始将围岩弹性波（纵波）速度引入我国围岩分类法中。 以岩石质量为指标的分类方法R.Q.D.方法 优点： 考虑了多种因素的影响，但分级指标大体上是半定量的。 缺点：分级的判断还带有一定的主观性。,2.2隧道围岩分级的方法, 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

10、体质量Q”的分类方法。岩体质量值Q实质上是岩块尺寸、抗剪强度和作用力复合指标，根据不同的Q值，可将岩体进行分类。 以工程对象为代表的分类法： 优点： 目的明确，使用方便，能够指导施工； 缺点：分级指标以定性描述为主，人为因素较大。,2.2隧道围岩分级的方法,纵上所述，围岩的分类方法有以下几方面的发展趋势： 分类应主要以岩体为对象。岩体则包括岩块和各岩块之间的软弱结构面。因此分类应重点放在岩体的研究上。 分类宜与地质勘探手段有机的联系起来。有一个方便而又可靠的判断手段。随着地质勘探技术的发展，这将使分类指标更趋定量化。 分类要有明确的工程对象和工程目的。 分类宜逐渐定量化。 近年国内外有关学者提

11、出采用模糊数学分类；根据隧道周边量测的收敛值分类；采用人工智能专家系统分类等建议，这些设想都将使围岩分类方法日趋完善。,2.3我国公路隧道分级,1.公路隧道围岩分级的出发点 强调岩体的地质特征的完整性和稳定性； 分级指标应采用定性和定量指标结合方式； 明确工程目的和内容，并提出相应的措施； 分级应简明，便于使用； 考虑吸收其它围岩分级优点，并尽量和我国其它工程分级一致。,2.3我国公路隧道分级,2.考虑分级的指标和因素 岩体的结构特征与完整状态 考虑岩石强度围岩基本质量指标BQ：, 地下水 在公路隧道围岩的分级中，遇有地下水时，一般的处理采用降级的方法 整体的硬质岩石中，一般的地下水对其稳定性

12、影响不大，不考虑降级；块状硬质岩和整体软质岩中，地下水将影响其稳定性，产生局部坍塌，或软化软弱结构面，围岩分级时一般可酌情降低1级；,2.3我国公路隧道分级, 地下水 碎石状松散结构岩体，裂隙中有泥质充填物，地下水对稳定性影响很大，可根据地下水的性质、水量、渗流条件、动水和静水压力等情况，可降低12级； 强烈的断裂带，或软塑性粘土和潮湿的粉细砂，分类时已考虑了一般含水地质情况的影响 ，不再降级。,2.3我国公路隧道分级,3.公路隧道围岩分级 根据以上对分级因素和指标，公路隧道围岩分级将围岩分为六级； R.Q.D、岩体弹性波（纵波）速度、岩体完整性系数的分类法。,2.3我国公路隧道分级,4.隧道

13、施工围岩分级 施工阶段围岩判定具有直接性、可靠性、重要性特征，因此，施工阶段围岩级别的判定是一个重要而现实的问题。施工中围岩分级采用定性与定量相结合的方法。调查和测试内容包括掌子面节理统计及分析、断层、层理、片麻理等各种结构面的特征研究，岩石强度点荷载试验、掌子面岩体声波测试，掌子面结构面回弹测试、岩块容重测试，地下水情况调查、地应力特征的工程地质分析及岩性判别.,2.3我国公路隧道分级,4.隧道施工围岩分级 评定因素采用围岩坚硬程度、围岩完整性程度、和地下水状态三项因素，细分为十三个子因素， 即313评定。 在三个因素中，最困难的是围岩完整性程度的评定，重点是如何根据掌子面的地质数据评价围岩

14、的完整程度。根据对国内外施工阶段围岩分级的调查，应采用多种方法对围岩完整程度进行分级，采用定性和定量相结合的方法,2.3我国公路隧道分级,隧道施工围岩分级 即313评定,2.3我国公路隧道分级,捶击法描述掌子面状况,掌子面节理统计,掌子面结构面回弹试验,岩体声波测试,岩石取样分析,岩石点荷载试验,岩石声波测试,岩石容重试验,2.3我国公路隧道分级,掌子面地质调查现场记录表,2.3我国公路隧道分级,接上表,围岩分级,3影响围岩稳定的因素,3.影响围岩稳定的因素,1.围岩稳定性：地层被挖成隧道后的稳定程度称为隧道围岩的稳定性，这是一个反映地质环境的综合指标。2.隧道围岩失稳破坏性态 隧道围岩变形、

15、破坏和岩体结构的关系十分密切，根据工程实践观察，大致有以下五种情况：1）脆性破裂2）块状运动3）弯曲折断破坏4）松动解脱5）塑性变形和剪切破坏,3.影响围岩稳定的因素,3.坑道开挖后的稳定性 根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：1)充分稳定的 坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。 2)基本稳定的 坑道会因爆破、岩块结合松弛等而产生局部掉块，但不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。 3)暂时稳定的 大多数坑道是属于这个类型的。坑道开挖后呈现出不同程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而处于暂时稳定状态。 4)不稳定的,3.影响围岩稳定的因素,

16、4.影响围岩稳定的因素 影响隧道围岩稳定性的因素一般认为有两类：一类是客观存在的地质因素；另一类是设计和施工因素，或称为人为因素。1）地质因素的影响 岩土体结构状态 岩石的工程性质 地下水的作用和影响 围岩的初应力状态,3.影响围岩稳定的因素, 岩土体结构状态 岩土体结构是长时间地质运动的产物，在地质因素的影响中起着主要作用。 围岩的结构状态通常用其破碎程度或完整状态来表示 岩体的完整状态或破碎程度有两个含义，一是构成岩体的岩块大小，二是这些岩块的组合形态。 岩石的工程性质 岩石的工程性质是多方面的，一般主要指岩石的强度或坚固性。 在岩体结构状态成为控制围岩稳定的主要因素时，强调岩石强度意义是

17、不大的。 岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的。,3.影响围岩稳定的因素, 地下水的作用和影响 使岩质软化，强度降低，对软岩尤为明显，对土体则可促使其液化或流动； 有软弱结构面的围岩，会冲走充填物或使夹层液化，减少层间摩阻力促使岩块滑动； 在某些围岩中，如石膏、岩盐和蒙脱石为主的粘土岩中，遇水后产生膨胀，在未胶结或弱胶结的砂岩中可产生流砂和潜蚀。 围岩的初应力状态 围岩的初应力状态对岩体的构造一力学特征是有一定影响的。因此，在围岩分级中，如何根据地质构造的特征引进初应力的影响，是需要进一步研究的问题。,3.影响围岩稳定的因素,2）设计和施工因素，或人为因素 人为因素也是造成隧道丧失稳定的重要条

18、件。 隧道的形状和尺寸，尤其是跨度影响较为显著 在同类围岩中，跨度愈大，隧道围岩的稳定性就愈差。 支护结构的类型及支护时间 隧道自稳时间：是指从开挖后到顶部开始发生可以察觉到的移动、松弛时为止所经历的时间。围岩的自稳时间对隧道围岩的稳定性产生重要影响。,3.影响围岩稳定的因素,2）设计和施工因素，或人为因素 施工方法 在同类岩体中，采用普通爆破法施工和控制爆破法施工，采用矿山法施工和盾构法或掘进机施工，采用大断面开挖和小断面分部开挖，对隧道稳定性的影响都不相同且相差较大。 隧道的埋深 随着埋深的增加，初始应力场也随之增大，因此，在施工过程中也可能出现诸如岩爆或大变形现象。因此，在高应力场或极高应力场的条件下，围岩级别应适当降低。 隧道围岩稳定性与围岩分级是息息相关的。隧道稳定性的分类对选择和确立围岩的分级指标有直接意义。,Thank You !,