1、會(huì)計(jì)學(xué)1隧道圍巖分級(jí)與圍巖壓力隧道圍巖分級(jí)與圍巖壓力 5.1 5.1 隧道圍巖分級(jí)及其作隧道圍巖分級(jí)及其作用用 5.2 5.2 圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定 5.3 5.3 影響圍巖穩(wěn)定性的因影響圍巖穩(wěn)定性的因素素第2頁/共96頁 圍巖：圍巖：隧道周圍一定范圍內(nèi)，對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生影隧道周圍一定范圍內(nèi)，對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的巖體響的巖體 圍巖壓力：圍巖壓力：是指隧道開挖后，圍巖作用在隧道支是指隧道開挖后，圍巖作用在隧道支護(hù)上的壓力，是隧道支撐或襯砌結(jié)構(gòu)的主要荷載之護(hù)上的壓力，是隧道支撐或襯砌結(jié)構(gòu)的主要荷載之一。其性質(zhì)、大小、方向以及發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，一。其性質(zhì)、大小、方向以及發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，對(duì)正確

2、地進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)與施工有很重要的影響。對(duì)正確地進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)與施工有很重要的影響。 地質(zhì)環(huán)境：地質(zhì)環(huán)境：隧道工程所賦存的地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)涵隧道工程所賦存的地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)涵很廣，包括地層特征、地下水狀況、開挖隧道前就很廣，包括地層特征、地下水狀況、開挖隧道前就存在于地層中的原始地應(yīng)力狀態(tài)、地溫梯度等存在于地層中的原始地應(yīng)力狀態(tài)、地溫梯度等 。第3頁/共96頁5.1 5.1 隧道圍巖分級(jí)及其應(yīng)用隧道圍巖分級(jí)及其應(yīng)用 目前，隧道圍巖分級(jí)是設(shè)計(jì)、施工目前，隧道圍巖分級(jí)是設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)（工程類比法就是建立在圍巖的基礎(chǔ)（工程類比法就是建立在圍巖分級(jí)的基礎(chǔ)上的）。分級(jí)的基礎(chǔ)上的）。第4頁/共96頁5.1 5.1 隧

3、道圍巖分級(jí)及其應(yīng)用隧道圍巖分級(jí)及其應(yīng)用 圍巖分級(jí)的目的圍巖分級(jí)的目的 作為選擇施工方法的依據(jù)；作為選擇施工方法的依據(jù)； 進(jìn)行科學(xué)管理及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益；進(jìn)行科學(xué)管理及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益； 確定結(jié)構(gòu)上的荷載（松散荷載）；確定結(jié)構(gòu)上的荷載（松散荷載）； 給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸；給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸； 制定勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)等；制定勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)等；第5頁/共96頁 人們對(duì)圍巖的認(rèn)識(shí)是不斷深入的人們對(duì)圍巖的認(rèn)識(shí)是不斷深入的 從在國外的情況看：土石方工程分土石方工程分類法類法( (開挖難開挖難易程度易程度) )巖石的堅(jiān)固性巖石的堅(jiān)固性來分類來分類: : 如堅(jiān)如堅(jiān)固性系數(shù)固性

4、系數(shù)f fRQD從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分類來從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分類來代替多年沿用的堅(jiān)固性為代替多年沿用的堅(jiān)固性為基礎(chǔ)的分類基礎(chǔ)的分類第6頁/共96頁從分級(jí)指標(biāo)方面：從分級(jí)指標(biāo)方面：大多數(shù)從大多數(shù)從定性描述定性描述經(jīng)驗(yàn)判斷經(jīng)驗(yàn)判斷定量描述定量描述 以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)進(jìn)行分級(jí)是隧道以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)進(jìn)行分級(jí)是隧道圍巖分類的總趨勢(shì)。圍巖分類的總趨勢(shì)。第7頁/共96頁 1 1、隧道圍巖分級(jí)的因素指標(biāo)及其選擇、隧道圍巖分級(jí)的因素指標(biāo)及其選擇 圍巖分級(jí)的指標(biāo)，主要考慮影響圍巖穩(wěn)圍巖分級(jí)的指標(biāo)，主要考慮影響圍巖穩(wěn)定性的因素或其組合的因素定性的因素或其組合的因素. . 單一的巖性指標(biāo)單一的巖性指標(biāo) 綜合巖

5、性指標(biāo)綜合巖性指標(biāo) 第8頁/共96頁 單一的巖性指標(biāo)單一的巖性指標(biāo) 巖石的巖石的單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度作為基作為基本的分級(jí)指標(biāo)，具有試驗(yàn)簡單，數(shù)據(jù)可靠的本的分級(jí)指標(biāo)，具有試驗(yàn)簡單，數(shù)據(jù)可靠的優(yōu)點(diǎn)；優(yōu)點(diǎn)； 巖石的抗壓和巖石的抗壓和抗拉強(qiáng)度、彈性模量、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比泊松比等物理力學(xué)參數(shù)等物理力學(xué)參數(shù) ； 巖石的巖石的抗鉆性、抗爆性抗鉆性、抗爆性等工程指標(biāo)。等工程指標(biāo)。 第9頁/共96頁 綜合巖性指標(biāo)綜合巖性指標(biāo) 巖體的彈性波傳播速度巖體的彈性波傳播速度：彈性波傳：彈性波傳播速度與巖體的強(qiáng)度和完整性成正比，播速度與巖體的強(qiáng)度和完整性成正比，其指標(biāo)反映了巖石的力學(xué)性質(zhì)和巖

6、體的其指標(biāo)反映了巖石的力學(xué)性質(zhì)和巖體的破碎程度的綜合因素，通常用破碎程度的綜合因素，通常用K Kv v來評(píng)價(jià)：來評(píng)價(jià)： 2巖石巖體vvKv第10頁/共96頁K Kv v0.750.750.750.750.550.550.550.550.350.350.350.350.150.150.15 90RQD 90 為優(yōu)質(zhì)；為優(yōu)質(zhì)； 7575 RQD 90 RQD 90 為良好；為良好；5050 RQD 75 RQD 75 為好；為好； 2525 RQD 50 RQD 50 為差；為差； RQD 25RQD 25 為很差為很差 第12頁/共96頁 圍巖的自穩(wěn)時(shí)間圍巖的自穩(wěn)時(shí)間 ：被認(rèn)為是綜合巖性指標(biāo)，被

7、認(rèn)為是綜合巖性指標(biāo)，隧道開挖后，圍巖通常都有一段暫時(shí)穩(wěn)定的時(shí)間，隧道開挖后，圍巖通常都有一段暫時(shí)穩(wěn)定的時(shí)間，不同的地質(zhì)環(huán)境，自穩(wěn)時(shí)間是不同的，勞費(fèi)不同的地質(zhì)環(huán)境，自穩(wěn)時(shí)間是不同的，勞費(fèi)（H.LaufferH.Lauffer）認(rèn)為隧道圍巖的自穩(wěn)時(shí)間）認(rèn)為隧道圍巖的自穩(wěn)時(shí)間t ts s可用下可用下式表示：式表示： ts = ts = 常數(shù)常數(shù) L L(1(1a)a) 式中：式中：L L 隧道未支護(hù)地段的長度；隧道未支護(hù)地段的長度；a a 視圍視圍巖情況在巖情況在0 01 1之間變化，好的巖體可取之間變化，好的巖體可取 a =0;a =0;極極差的差的 a = 1a = 1 第13頁/共96頁勞費(fèi)（

8、勞費(fèi)（H.LaufferH.Lauffer）根據(jù)圍巖的自穩(wěn)時(shí)間）根據(jù)圍巖的自穩(wěn)時(shí)間和未支護(hù)地段的長度，將圍巖分為：和未支護(hù)地段的長度，將圍巖分為： 穩(wěn)定的、易掉塊的、極易掉塊的、破碎穩(wěn)定的、易掉塊的、極易掉塊的、破碎的、很破碎的、有壓力的、有很大壓力的、很破碎的、有壓力的、有很大壓力等七級(jí)等七級(jí)第14頁/共96頁 巖體質(zhì)量指標(biāo)（巖體質(zhì)量指標(biāo)（Q Q指標(biāo)）指標(biāo)）Q （ RQD/ Jh）( Jr/Ja) ( Jw / SRF) RQD 巖石質(zhì)量指標(biāo)；巖石質(zhì)量指標(biāo)；Jh 節(jié)理組數(shù)目，巖體愈破碎，節(jié)理組數(shù)目，巖體愈破碎，Jh取值愈大；取值愈大；Jr 節(jié)理粗糙度，節(jié)理愈光滑，節(jié)理粗糙度，節(jié)理愈光滑，Jr

9、取值愈小；取值愈小；Ja 節(jié)理蝕變值，蝕變愈嚴(yán)重，節(jié)理蝕變值，蝕變愈嚴(yán)重，Ja取值愈大；取值愈大； Jw 節(jié)理含水折減系數(shù)，節(jié)理滲水量愈大，水壓愈節(jié)理含水折減系數(shù)，節(jié)理滲水量愈大，水壓愈高，高，Jw取值愈小取值愈小SRF 應(yīng)力折減系數(shù)，圍巖初始應(yīng)力愈高，應(yīng)力折減系數(shù)，圍巖初始應(yīng)力愈高，SRF取值取值愈大。愈大。第15頁/共96頁 Q （ RQD/ Jh）( Jr/Ja) ( Jw / SRF) 式中：式中： RQDRQD 巖石質(zhì)量指標(biāo)，其取值方法見式（巖石質(zhì)量指標(biāo)，其取值方法見式（5 51 1）；）； J Jh h 節(jié)理組數(shù)目，巖體愈破碎，節(jié)理組數(shù)目，巖體愈破碎，J Jh h取值愈大，可參考下

10、列經(jīng)驗(yàn)數(shù)值；取值愈大，可參考下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)值； 沒有或很少節(jié)理，沒有或很少節(jié)理， J Jh h 0.50.51.01.0； 兩個(gè)節(jié)理組時(shí)，兩個(gè)節(jié)理組時(shí)， J Jh h 4 4； 破碎巖體時(shí)，破碎巖體時(shí)， J Jh h 2020。 J Jr r 節(jié)理粗糙度，節(jié)理愈光滑，節(jié)理粗糙度，節(jié)理愈光滑，J Jr r取值愈小，可參考下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)值；取值愈小，可參考下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)值； 不連續(xù)節(jié)理，不連續(xù)節(jié)理， J Jr r 4 4； 平整光滑節(jié)理，平整光滑節(jié)理， J Jr r 0.50.5等。等。 J Ja a 節(jié)理蝕變值，蝕變愈嚴(yán)重，節(jié)理蝕變值，蝕變愈嚴(yán)重，JaJa取值愈大，可參考下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)值；取值愈大，可參考下列經(jīng)

11、驗(yàn)數(shù)值； 節(jié)理面緊密結(jié)合，節(jié)理中填充物堅(jiān)硬不軟化，節(jié)理面緊密結(jié)合，節(jié)理中填充物堅(jiān)硬不軟化，J Ja a 0.750.75； 節(jié)理中填充物是膨脹性粘土，如蒙脫土，節(jié)理中填充物是膨脹性粘土，如蒙脫土，J Ja a 8 81212等。等。 J Jw w 節(jié)理含水折減系數(shù)，節(jié)理滲水量愈大，水壓愈高，節(jié)理含水折減系數(shù)，節(jié)理滲水量愈大，水壓愈高，JwJw取值愈小，可參考下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)值；取值愈小，可參考下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)值； 微量滲水，水壓微量滲水，水壓 0.1Mpa, J 958575758650752550 550550451450351350251 4.53.54.52.54.01.53.01.02.0 1.0

12、（飽和粘土）（飽和粘土）I0.81.00.60.80.40.60.20.4 0.2第33頁/共96頁 隧道施工圍巖分級(jí)隧道施工圍巖分級(jí) 施工階段圍巖判定具有直接性、施工階段圍巖判定具有直接性、可靠性、重要性特征，因此，施工階可靠性、重要性特征，因此，施工階段圍巖級(jí)別的判定是一個(gè)重要而現(xiàn)實(shí)段圍巖級(jí)別的判定是一個(gè)重要而現(xiàn)實(shí)的問題。的問題。 評(píng)定因素采用圍巖堅(jiān)硬程度、圍評(píng)定因素采用圍巖堅(jiān)硬程度、圍巖完整性程度、和地下水狀態(tài)三項(xiàng)因巖完整性程度、和地下水狀態(tài)三項(xiàng)因素，細(xì)分為十三個(gè)子因素，素，細(xì)分為十三個(gè)子因素， 即即3 31313評(píng)定評(píng)定; ;第34頁/共96頁 隧道施工圍巖分級(jí)隧道施工圍巖分級(jí) 即即3

13、 31313評(píng)定評(píng)定第35頁/共96頁 在三個(gè)因素中，在三個(gè)因素中，最困難的是圍巖完最困難的是圍巖完整性程度的評(píng)定整性程度的評(píng)定，重點(diǎn)是如何根據(jù)掌，重點(diǎn)是如何根據(jù)掌子面的地質(zhì)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)圍巖的完整程度。子面的地質(zhì)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)圍巖的完整程度。根據(jù)對(duì)國內(nèi)外施工階段圍巖分級(jí)的調(diào)根據(jù)對(duì)國內(nèi)外施工階段圍巖分級(jí)的調(diào)查，應(yīng)采用多種方法對(duì)圍巖完整程度查，應(yīng)采用多種方法對(duì)圍巖完整程度進(jìn)行分級(jí)，采用定性和定量相結(jié)合的進(jìn)行分級(jí)，采用定性和定量相結(jié)合的方法，如可采用下圖的指標(biāo)方法，如可采用下圖的指標(biāo) ：第36頁/共96頁第37頁/共96頁5.2 5.2 圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定 第38頁/共96頁1 1、圍巖壓力的概念、

14、圍巖壓力的概念 圍巖壓力：圍巖壓力：是是指引起地下開挖空間周指引起地下開挖空間周圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力。它包。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖應(yīng)力以及圍巖變形括由地應(yīng)力引起的圍巖應(yīng)力以及圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力。從狹受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力。從狹義上來理解，義上來理解，圍巖壓力是指圍巖作用在支圍巖壓力是指圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力。在工程中一般研究狹義。在工程中一般研究狹義的圍巖壓力。的圍巖壓力。第39頁/共96頁 圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為：圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為： 松散壓力：松散壓力：是指由于開挖而松動(dòng)或坍塌的是指由于

15、開挖而松動(dòng)或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力。巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力。 形變壓力：形變壓力：是指由于圍巖變形受到與之密是指由于圍巖變形受到與之密貼的支護(hù)的抑制，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形貼的支護(hù)的抑制，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。過程中，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。 膨脹壓力：膨脹壓力：是指由于圍巖吸水而膨脹崩解是指由于圍巖吸水而膨脹崩解所引起的壓力。所引起的壓力。 沖擊壓力：沖擊壓力：是指圍巖中積累了大量的彈性是指圍巖中積累了大量的彈性變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，除，

16、第40頁/共96頁 松散壓力：松散壓力：常通過下列三種情況發(fā)生：常通過下列三種情況發(fā)生： 在整體穩(wěn)定的巖體中，可能出現(xiàn)個(gè)別松動(dòng)在整體穩(wěn)定的巖體中，可能出現(xiàn)個(gè)別松動(dòng)掉塊的巖石；掉塊的巖石； 在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)片在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)片幫冒落；幫冒落； 在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，圍巖某些部位在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，圍巖某些部位沿弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等局部塌落。沿弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等局部塌落。第41頁/共96頁 形變壓力：形變壓力：是指由于圍巖變形受到與之密是指由于圍巖變形受到與之密貼的支護(hù)如錨噴支護(hù)等的抑制，而使圍巖與支貼的支護(hù)如錨噴支護(hù)等的抑制，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)

17、共同變形過程中，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。形變壓力除與圍巖應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的接觸壓力。形變壓力除與圍巖應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)外，還與支護(hù)時(shí)間和支護(hù)剛度有關(guān)。外，還與支護(hù)時(shí)間和支護(hù)剛度有關(guān)。 膨脹壓力：膨脹壓力：是指由于圍巖吸水而膨脹崩是指由于圍巖吸水而膨脹崩解所引起的壓力。它與形變壓力的基本區(qū)別在解所引起的壓力。它與形變壓力的基本區(qū)別在于它是由吸水膨脹引起的。于它是由吸水膨脹引起的。 第42頁/共96頁 沖擊壓力：沖擊壓力：是指圍巖中積累了大量的彈性是指圍巖中積累了大量的彈性變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，能量

18、突然釋放所產(chǎn)生的壓力。解除，能量突然釋放所產(chǎn)生的壓力。 沖擊壓力是巖體能量的積累與釋放問題，沖擊壓力是巖體能量的積累與釋放問題，所以它與彈性模量直接相關(guān)。彈性模量較大的所以它與彈性模量直接相關(guān)。彈性模量較大的巖體，在高地應(yīng)力作用下，易于積累大量的彈巖體，在高地應(yīng)力作用下，易于積累大量的彈性變形能，一旦遇到適宜條件，就會(huì)突然猛烈性變形能，一旦遇到適宜條件，就會(huì)突然猛烈的大量釋放。的大量釋放。第43頁/共96頁2 2、圍巖松散壓力的產(chǎn)生、圍巖松散壓力的產(chǎn)生 開挖隧道所引起的圍巖松動(dòng)和破壞的范圍開挖隧道所引起的圍巖松動(dòng)和破壞的范圍有大有小，對(duì)于一般裂隙巖體中的深埋隧道，有大有小，對(duì)于一般裂隙巖體中的

19、深埋隧道，其波及范圍僅其波及范圍僅局限在隧道周圍一定深度局限在隧道周圍一定深度，作用，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖松散壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖松散壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆巖層自重所造成的壓力，這可用圍巖的巖層自重所造成的壓力，這可用圍巖的“成拱成拱作用作用”來解釋。來解釋。第44頁/共96頁2 2、圍巖松散壓力的產(chǎn)生、圍巖松散壓力的產(chǎn)生 隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過程中，隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過程中，頂板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階頂板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階段；段； 頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

20、松動(dòng)，可視為松動(dòng)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?dòng)，可視為松動(dòng)階段；階段； 頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步坍塌，頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步坍塌，可視為坍塌階段；可視為坍塌階段； 頂板塌落停止，達(dá)到新的平衡，此時(shí)其頂板塌落停止，達(dá)到新的平衡，此時(shí)其界面形成一近似的拱形，可視為成拱階段。界面形成一近似的拱形，可視為成拱階段。第45頁/共96頁 自然拱的范圍的大小自然拱的范圍的大小除受上除受上述的圍巖地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)述的圍巖地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)時(shí)間、剛度以及它與圍巖架設(shè)時(shí)間、剛度以及它與圍巖的接觸狀態(tài)外，還取決于以下的接觸狀態(tài)外，還取決于以下諸因素：諸因素： 第46頁/共96頁 隧道的形狀和尺寸隧道

21、的形狀和尺寸：隧道拱圈越平坦，跨度：隧道拱圈越平坦，跨度越大，則自然拱越高，圍巖松散壓力也越大；越大，則自然拱越高，圍巖松散壓力也越大； 隧道的埋深：隧道的埋深：實(shí)踐證明，只有當(dāng)隧道埋深實(shí)踐證明，只有當(dāng)隧道埋深超過某一臨界值時(shí)，才有可能形成自然拱。習(xí)慣超過某一臨界值時(shí)，才有可能形成自然拱。習(xí)慣上稱這種隧道為深埋隧道，否則為淺埋隧道。由上稱這種隧道為深埋隧道，否則為淺埋隧道。由于淺埋隧道不能形成自然拱，所以，它的圍巖壓于淺埋隧道不能形成自然拱，所以，它的圍巖壓力的大小與埋置深度直接相關(guān)。力的大小與埋置深度直接相關(guān)。 施工因素：施工因素：如爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)，常常是如爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)，常常是引起塌方

22、的重要原因之一，造成圍巖壓力過大，引起塌方的重要原因之一，造成圍巖壓力過大，又如分部開挖多次擾動(dòng)圍巖，也會(huì)引起圍巖失穩(wěn)，又如分部開挖多次擾動(dòng)圍巖，也會(huì)引起圍巖失穩(wěn)，加大自然拱范圍。加大自然拱范圍。第47頁/共96頁第48頁/共96頁第49頁/共96頁地層負(fù)溫度地層負(fù)溫度第50頁/共96頁3 3、圍巖壓力的確定方法、圍巖壓力的確定方法 圍巖壓力的確定目前常用有下列圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法：三種方法： 直接量測(cè)法直接量測(cè)法 經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法 理論估算法理論估算法第51頁/共96頁 直接量測(cè)法：直接量測(cè)法： 是一種切合實(shí)際是一種切合實(shí)際的方法，對(duì)隧道工程而言，也是的方

23、法，對(duì)隧道工程而言，也是研究發(fā)展的方向；但由于受量測(cè)研究發(fā)展的方向；但由于受量測(cè)設(shè)備和技術(shù)水平的制約，目前還設(shè)備和技術(shù)水平的制約，目前還不能普遍常用。不能普遍常用。第52頁/共96頁 經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法：經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法： 是根據(jù)是根據(jù)大量以前工程的實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)和大量以前工程的實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，按不同圍巖分級(jí)提出圍巖壓總結(jié)，按不同圍巖分級(jí)提出圍巖壓力的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，作為后建隧道工程力的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，作為后建隧道工程確定圍巖壓力的依據(jù)的方法。是目確定圍巖壓力的依據(jù)的方法。是目前使用較多的方法。前使用較多的方法。第53頁/共96頁 理論估算法：理論估算法：是在實(shí)踐的基是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上從理論上研究圍

24、巖壓力的方礎(chǔ)上從理論上研究圍巖壓力的方法。由于地質(zhì)條件的不確定性，法。由于地質(zhì)條件的不確定性，影響圍巖壓力的因素多，企圖建影響圍巖壓力的因素多，企圖建立一種完善的和適合各種實(shí)際情立一種完善的和適合各種實(shí)際情況的通用圍巖壓力理論及計(jì)算方?jīng)r的通用圍巖壓力理論及計(jì)算方法是困難的。法是困難的。 第54頁/共96頁 深埋隧道圍巖壓力的確定深埋隧道圍巖壓力的確定( (工程類比法工程類比法) ) 圍巖豎向勻布?jí)毫鷰r豎向勻布?jí)毫按下式計(jì)算：按下式計(jì)算： q = 0.45 2 s-1 (kN/m2) 式中式中 ：S S圍巖級(jí)別，如屬圍巖級(jí)別，如屬IIII級(jí)，則級(jí)，則S2； 圍巖容重，圍巖容重， (kN/m3

25、)； 1+ i(B-5) ) 寬度影響系數(shù)；寬度影響系數(shù)； B 隧道寬度，（隧道寬度，（m m）；）； i 以以B5m為基準(zhǔn)，為基準(zhǔn)，B B每增減每增減1m1m時(shí)的時(shí)的圍巖壓力增減率。圍巖壓力增減率。 當(dāng)當(dāng)B 5m, ,取取i 0.1。 第55頁/共96頁 深埋隧道圍巖壓力的確定深埋隧道圍巖壓力的確定( (工程類比工程類比 法法) ) q = 0.45 2 s-1 (kN/m2) 適用條件適用條件 H/B 1.7， 式中式中H 為隧道高度；為隧道高度； 深埋隧道；深埋隧道； 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般隧道；不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般隧道； 采用鉆爆法施工的隧道。采用鉆爆法施工的隧道。

26、第56頁/共96頁 圍巖的水平勻布?jí)毫鷰r的水平勻布?jí)毫 e 的確定，按下表的確定，按下表中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 圍巖圍巖級(jí)別級(jí)別I、IIIIIIVVVI水平勻水平勻布?jí)毫Σ級(jí)毫?0.15q(0.150.3)q(0.30.5)q (0.51.0)q第57頁/共96頁 鐵路新規(guī)范：鐵路新規(guī)范： qh h=0.411.79S 這是全國這是全國10461046座鐵路隧道得出座鐵路隧道得出的經(jīng)驗(yàn)公式，其中的經(jīng)驗(yàn)公式，其中S 新規(guī)范圍巖新規(guī)范圍巖的分級(jí)的分級(jí)。 注：注：鐵路隧道跨度小于公路隧道鐵路隧道跨度小于公路隧道第58頁/共96頁圍巖壓力分布特征圍巖壓力分布特征第59頁/共96頁第60頁

27、/共96頁 淺埋隧道圍巖松散壓力的計(jì)算淺埋隧道圍巖松散壓力的計(jì)算 深、淺埋隧道的判定原則深、淺埋隧道的判定原則 隧道埋深不同，確定圍巖壓力的隧道埋深不同，確定圍巖壓力的計(jì)算方法不同，應(yīng)計(jì)算方法不同，應(yīng)以隧道頂部覆蓋以隧道頂部覆蓋層能否形成層能否形成“自然拱自然拱”為原則為原則。第61頁/共96頁 深埋隧道圍巖松散壓力值是以施深埋隧道圍巖松散壓力值是以施工工坍方平均高度坍方平均高度( (等效荷載高度值等效荷載高度值) )為為根據(jù)，為了形成此高度值，隧道上覆根據(jù)，為了形成此高度值，隧道上覆巖體就有一定的厚度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這巖體就有一定的厚度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)深度個(gè)深度通常為通常為2 22.52.5倍的

28、坍方平均高倍的坍方平均高度值度值第62頁/共96頁 深、淺埋隧道的判定原則深、淺埋隧道的判定原則 Hp（22.5）hq 式中式中: :Hp深淺埋隧道分界深度深淺埋隧道分界深度; ; hq荷載等效高度，按下式計(jì)算：荷載等效高度，按下式計(jì)算： hqq/ q深埋隧道豎向均布?jí)毫ι盥袼淼镭Q向均布?jí)毫?kNm2； 圍巖容重（圍巖容重（kNm2）。）。第63頁/共96頁 在礦山法施工的條件下在礦山法施工的條件下I一一III級(jí)圍巖取級(jí)圍巖取 Hp2hqIVVI級(jí)圍巖取級(jí)圍巖取 Hp2.5hq 當(dāng)隧道覆蓋層厚度當(dāng)隧道覆蓋層厚度HHp時(shí)為深埋，時(shí)為深埋， HHp時(shí)為淺埋時(shí)為淺埋第64頁/共96頁 淺埋隧道圍巖壓

29、力的確定方法淺埋隧道圍巖壓力的確定方法 埋深埋深( (H) )小于或等于等效荷載高度小于或等于等效荷載高度hq時(shí)，時(shí)，荷載視為均布豎向壓力荷載視為均布豎向壓力 q = H式中式中: : q勻布布豎向壓力；勻布布豎向壓力； 深度上覆圍巖容重；深度上覆圍巖容重； H隧道埋深，抬隧道頂至地面的距離。隧道埋深，抬隧道頂至地面的距離。 第65頁/共96頁 淺埋隧道圍巖壓力的確定方法淺埋隧道圍巖壓力的確定方法 側(cè)向壓力側(cè)向壓力e，按勻布考慮時(shí)，其值為：，按勻布考慮時(shí)，其值為： e = (H + 1/2 Hi)tg2(450 /2)式中式中: : e 側(cè)向勻布?jí)毫Γ粋?cè)向勻布?jí)毫Γ?圍巖容重，以圍巖容重，以k

30、N/m3計(jì)；計(jì)； H 隧道埋深，以隧道埋深，以m m計(jì)；計(jì)； Hi 隧道高度，以隧道高度，以m m計(jì)；計(jì)； 一圍巖計(jì)算摩擦角，可查有關(guān)規(guī)范。一圍巖計(jì)算摩擦角，可查有關(guān)規(guī)范。第66頁/共96頁埋深大于埋深大于hq、小于等于、小于等于Hp時(shí)時(shí) 采用松散介質(zhì)極限平衡理論進(jìn)行分析，即：采用松散介質(zhì)極限平衡理論進(jìn)行分析，即：圍巖松動(dòng)壓力圍巖松動(dòng)壓力= =滑動(dòng)巖體重量滑面上的阻力滑動(dòng)巖體重量滑面上的阻力第67頁/共96頁 q淺淺 Q淺淺/B = H（1H/Btg） e=(Hh) /2式中式中一側(cè)壓力系數(shù)一側(cè)壓力系數(shù) ，即：，即： = (tg-tg)/tg1+tg(tg-tg)+tgtg tg = tg+(

31、tg2+1)tg/(tg-tg)1/2 第68頁/共96頁 圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)圍巖應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè) 實(shí)測(cè)圍巖壓力的方法很多，可實(shí)測(cè)圍巖壓力的方法很多，可歸納為兩類：歸納為兩類： 直接量測(cè)直接量測(cè) 間接量測(cè)間接量測(cè)第69頁/共96頁直接量測(cè)：直接量測(cè)：主要采用壓力盒、壓力主要采用壓力盒、壓力傳感器等，壓力盒按工作原理分為機(jī)傳感器等，壓力盒按工作原理分為機(jī)械作用式、電測(cè)式和液壓式等，目前械作用式、電測(cè)式和液壓式等，目前使用較多的是鋼弦式壓力盒。使用較多的是鋼弦式壓力盒。第70頁/共96頁第71頁/共96頁第72頁/共96頁第73頁/共96頁第74頁/共96頁第75頁/共96頁第76頁/共96頁 間接

32、量測(cè)：間接量測(cè)：利用量測(cè)隧道襯砌的利用量測(cè)隧道襯砌的應(yīng)變、變形來推算作用在其上的圍巖應(yīng)變、變形來推算作用在其上的圍巖壓力的方法，即間接量測(cè)法。如電阻壓力的方法，即間接量測(cè)法。如電阻應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變計(jì)、遙測(cè)應(yīng)變計(jì)、應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變計(jì)、遙測(cè)應(yīng)變計(jì)、混凝土應(yīng)變磚等混凝土應(yīng)變磚等第77頁/共96頁第78頁/共96頁第79頁/共96頁第80頁/共96頁5.3 5.3 影響圍巖穩(wěn)定性的因素影響圍巖穩(wěn)定性的因素第81頁/共96頁 隧道圍巖分級(jí)是對(duì)隧道開挖后，圍隧道圍巖分級(jí)是對(duì)隧道開挖后，圍巖穩(wěn)定程度的分級(jí)和評(píng)價(jià)。圍巖分級(jí)的巖穩(wěn)定程度的分級(jí)和評(píng)價(jià)。圍巖分級(jí)的因素，也就是影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因因素，也就是影響隧

33、道圍巖穩(wěn)定性的因素。素。 影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素一般認(rèn)影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素一般認(rèn)為有兩類：為有兩類：一類是客觀存在的地質(zhì)因素；一類是客觀存在的地質(zhì)因素；另一類是設(shè)計(jì)和施工因素，或稱為人為另一類是設(shè)計(jì)和施工因素，或稱為人為因素。因素。第82頁/共96頁1 1、地質(zhì)因素的影響、地質(zhì)因素的影響 巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài)巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài) 巖石的工程性質(zhì)巖石的工程性質(zhì) 地下水的作用和影響地下水的作用和影響 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)第83頁/共96頁 巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài)巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài) 巖土體結(jié)構(gòu)是長時(shí)間地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，巖土體結(jié)構(gòu)是長時(shí)間地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，在地質(zhì)因素的影響中起著主要作用。在地質(zhì)因素的影響中起著主

34、要作用。 圍巖的結(jié)構(gòu)狀態(tài)通常用其破碎程度或圍巖的結(jié)構(gòu)狀態(tài)通常用其破碎程度或完整狀態(tài)來表示完整狀態(tài)來表示 巖體的完整狀態(tài)或破碎程度有兩個(gè)含巖體的完整狀態(tài)或破碎程度有兩個(gè)含義，一是構(gòu)成巖體的巖塊大小，二是這些義，一是構(gòu)成巖體的巖塊大小，二是這些巖塊的組合形態(tài)。巖塊的組合形態(tài)。 第84頁/共96頁 巖石的工程性質(zhì)巖石的工程性質(zhì) 巖石的工程性質(zhì)是多方面的，一般巖石的工程性質(zhì)是多方面的，一般主要指巖石的強(qiáng)度或堅(jiān)固性。主要指巖石的強(qiáng)度或堅(jiān)固性。 在巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)成為控制圍巖穩(wěn)定在巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)成為控制圍巖穩(wěn)定的主要因素時(shí)，強(qiáng)調(diào)巖石強(qiáng)度意義是的主要因素時(shí)，強(qiáng)調(diào)巖石強(qiáng)度意義是不大的。不大的。 巖石強(qiáng)度在完整的巖體

35、中是起主要巖石強(qiáng)度在完整的巖體中是起主要作用的。作用的。第85頁/共96頁 地下水的作用和影響地下水的作用和影響 使巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，對(duì)軟巖尤為明使巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，對(duì)軟巖尤為明顯，對(duì)土體則可促使其液化或流動(dòng)；顯，對(duì)土體則可促使其液化或流動(dòng)； 有軟弱結(jié)構(gòu)面的圍巖，會(huì)沖走充填物或使有軟弱結(jié)構(gòu)面的圍巖，會(huì)沖走充填物或使夾層液化，減少層間摩阻力促使巖塊滑動(dòng)；夾層液化，減少層間摩阻力促使巖塊滑動(dòng)； 在某些圍巖中，如石膏、巖鹽和蒙脫石在某些圍巖中，如石膏、巖鹽和蒙脫石為主的粘土巖中，遇水后產(chǎn)生膨脹，在未膠為主的粘土巖中，遇水后產(chǎn)生膨脹，在未膠結(jié)或弱膠結(jié)的砂巖中可產(chǎn)生流砂和潛蝕。結(jié)或弱膠結(jié)的砂巖中可產(chǎn)生流砂和潛蝕。 第86頁/共96頁 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)圍巖的初應(yīng)力狀態(tài) 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)對(duì)巖體的構(gòu)圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)對(duì)巖體的構(gòu)造一力學(xué)特征是有一定影響