隧道地质环境围岩类别分级与不良地质现象..docx

隧道地质环境围岩类别分级与不良地质现象.ppt1、隧道地质环境围岩类别分级与不良地质现象中交路桥科技有限公司隧道工程的地质环境、围岩类别与不良地质现象1隧道工程地质环境的相关概念2隧道围岩的工程性质4隧道围岩类别分级3围岩的稳定性内容隧道工程的地质环境一1地质环境相关概念1主要相关概念地下结构支护结构周边围岩地层围岩稳定性隧道工程的地质环境1地质环境相关概念地上结构地下结构地下结构与地上结构的对比约束约束位于岩土体以上位于岩土体以内隧道工程的地质环境1地质环境相关概念地下结构与地上结构的对比隧道是一种结构体系隧道工程的地质环境一1地质环境相关概念隧道是一种地下结构体系隧道是地下工程的一种主要形式地下结构支护结构周边围岩地层是地下结构承载的主体用于约束地层限制变形和坍塌地层是地下结构荷载的主要来源地层起主导作2、用围岩压力地下水压力地质勘探、地形线路勘测、地质预报、施工重要理念围岩对支护结构有嵌固作用隧道工程的地质环境一1地质环境相关概念是地层的一部分，是隧道开挖后对其稳定性产生影响那部分岩（土）体。或隧道开挖影响的那部分岩体。在隧道开挖和支护过程中，围岩将产生应力重分布，其性质也发生改变。围岩的边界：开挖引起的应力改变可以忽视不计的地方。围岩围岩是直接影响隧道稳定性的因素，围岩的好坏直接影响隧道的设计施工及造价。约为6-10倍隧道直径说明：围岩既指岩体也指土体围岩相关内容围岩工程性质围岩初始应力围岩压力围岩分级围岩稳定性岩体构造物理、力学特征地层、围岩与隧道的关系地层隧道围岩(6-10)DD隧道工程的地质环境一1地质环境相关概念隧道工程的地质环境一2围岩的工程性质2隧道围3、岩的工程性质围岩的工程性质岩体的变形特性岩体的强度岩体结构分类隧道工程的地质环境一2围岩的工程性质围岩的工程性质物理性质水理性质力学性质断层面、层理面、节理面、裂隙面等结构面结构体岩体岩体概念被结构面切割的块体由结构面和结构体组成的具有结构特征的地质体岩体力学性质取决于岩体结构特征和结构面特性地下水对岩体力学性质影响很大！岩体性质容重、节理产状等溶水性、透水性和持水性等抗拉、抗压、抗剪强度等对围岩稳定性影响最大的是力学性质！围岩抵抗变形和破坏的性质了解岩体的工程性质,有助于理解隧道围岩稳定性隧道工程的地质环境一2围岩的工程性质层理面断层面节理面断层带中脆弱夹层隧道工程的地质环境一2围岩的工程性质自然界中的岩体隧道工程的地质环境一2围岩的工程性质自然界中的岩体隧道4、工程的地质环境一2围岩的工程性质岩体与岩石围岩的工程性质岩石:均质、连续、各向同性岩体：具有明显的非均质、不连续、各向异性岩体力学性质获取现场试验：真实、费时、费钱室内试验：不易取样、代表性差隧道工程的地质环境一2围岩的工程性质岩体的变形特性L岩体的变形特性：2.受压变形问题：岩体能受拉吗？受拉、受压、剪切、流变岩石：线性、弹性岩体：弹塑性体、四个阶段脆弱结构面：非线性、塑性岩体既不是简洁的弹性体，也不是纯粹的塑性体完好性好，接近弹性体而是冗杂的弹塑性体裂开和松散，接近塑性体有限，一般不考虑隧道工程的地质环境一2围岩的工程性质典型岩体全应力应变曲线岩体：压密阶段(OA)弹性阶段(AB)塑性阶段(Be)裂开和破坏阶段(CD)esABC岩体岩石脆弱结构面0峰值5、强度高脆弱结构面隧道工程的地质环境2围岩的工程性质3.剪切变形岩体的变形特性沿结构面滑动结构面起主导作用沿岩石断裂岩石起主导作用在结构面的影响下沿岩石剪断介于上述二者之间隧道工程的地质环境一2围岩的工程性质4.流变特性流变：岩体的变形或应力随时间而改变一时间效应岩体的变形特性蠕变：指应力不变，而应变随时间增长松弛：应变不变，而应力随时间而衰减问题：围岩流变特性对隧道的影响？应变应力ttOO应变=常数应力=常数蠕变曲线松弛曲线隧道工程的地质环境2围岩的工程性质岩体的强度L岩石强度：通过试件获得2.岩体强度：低于岩石强度，约为岩石强度的7080%。抗剪强度：受结构面的制约结构面发育的岩体，只有抗压的510%抗压强度：岩石:受微裂隙制约，强度大岩体：受结构面制约6、，强度小，具有各向异性岩体结构分类岩体的结构不同块度、样子、产状的结构体构成不同类型整体结构、块状结构层状结构、板状结构碎裂结构、镶嵌结构、层状碎裂结构散体结构隧道工程的地质环境一2围岩的工程性质岩石试验隧道工程的地质环境一3围岩的稳定性讨论围岩稳定性的意义3围岩的稳定性影响围岩稳定性的因素围岩失稳破坏性态隧道工程的地质环境一3围岩的稳定性答：讨论围岩的稳定性，如何促使围岩稳定!讨论围岩稳定性的意义围岩的稳定性：隧道开挖后，在不支护条件下围岩的稳定程度问题：什么是隧道工程的头等大事？围岩级别的工程应用：推断围岩稳定性推断施工难易程度，投资根据结构分析计算的根据隧道工程的地质环境一3围岩的稳定性影响围岩稳定性的因素两大类：地质因素一客观因素人为因素一主观因素、工程7、因素团岩体结构特征团结构面性质和空间的组合回岩石的力学性质团地下水的影响团围岩的初始应力状态回隧道尺寸团支护结构性质：强、弱团隧道开挖方法隧道工程的地质环境3围岩的稳定性影响围岩稳定性的因素破裂程度：裂隙率、裂隙间距。裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。完好状态：整块状、大块状等。田岩体结构特征指岩体的破裂程度或完好状态。按这2个指标：围岩岩体整体块dl.0cm大块体d=0.4-1.0cm块石状d=0.2-0.4cm碎石块d.2cm土石块松散状松软状土体归入土类d为裂缝间距1.地质因素隧道工程的地质环境3围岩的稳定性岩体的破裂程度或完好状态。隧道工程的地质环境3围岩的稳定性影响围岩稳定性的因素性质1）结构面的成因；2）结构8、面的光滑程度；3）结构面的物质组成；4）结构面的规模；5）结构面的密集度。空间组合指结构面的互相位置状态。团结构面性质和空间组合隧道工程的地质环境一3围岩的稳定性充分认识岩体的冗杂性及危害性!隧道工程的地质环境一3围岩的稳定性影响围岩稳定性的因素节理较发育张家界图隧道工程的地质环境一3围岩的稳定性影响围岩稳定性的因素主要指岩石的单轴饱和极限抗压强度Rbo岩石强度越高，隧道越稳定。田岩石的力学性质初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。已初步将初始应力考虑进围岩分级之中。在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。围岩的初应力状态软化围岩；削减层间摩阻力促使岩块滑动；具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。团地下水的影响隧道工程的地质环境一3围岩的稳定性影响围9、岩稳定性的因素2.人为因素1）坑道尺寸和样子尺寸：跨度越大，围岩稳定性越差样子：圆形或椭圆形围岩以压应力为主，利于围岩稳定性矩形或梯形，顶板处的围岩出现拉应力，不利于围岩稳定性2）支护结构类型强支护：在脆弱、松散围岩条件下利于围岩稳定性；。省略部分。检测的一般原则：充分利用各种手段和方法，尽可能精确把握不良地质的状况；依据把握的不良地质状况，制定相应的检测方案和处理措施;随着施工揭露地质，并依据施工安全性和支护措施的效果，准时修正检测方案，保证检测工作安全和隧道质量。隧道工程不良地质现象一一般原则在隧道工程中，往往会遇到断层破裂带、富水软岩及大量涌水地段,这些地段往往不是单独出现，不少状况是同时存在的。因此三者之间既有联系，又各有特点，其也是既有共性，又各有侧重。隧道工程不10、良地质现象富水断层破裂围岩断层破裂带是常见的不良地质段,断层带内岩体破裂，呈块石、破裂或角砾状，甚至呈断层泥，岩体强度低，围岩自稳能力差，施工困难。其施工难度取决于断层的性质、断层破裂带的宽度、填充物、含水性和断层本身的活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系等因素。（一）断层破裂带隧道工程不良地质现象一1富水断层破裂围岩富水断层破裂围岩概况（一）断层破裂带隧道中线与断层带的位置富水断层破裂围岩概况富水软岩是指各类土质、软岩、极严重的风化的各种岩层、极脆弱破裂的断层带以及积累、坡积层，在富含地下水的状况下，岩体强度很低，自稳能力极差的围岩。施工难度极大，俗称烂洞子。（二）富水软岩隧道工程不良地质现象一1富水断层破裂围岩大量涌水也是常见的不良地质现象。在雨11、量充足和地下水丰富的地区，隧道穿过断层破裂带、裂隙密集带、不同岩层接触带或岩溶发育地段时，施工中往往会发生地下水和承压水大量涌出的现象。（三）大量涌水隧道工程不良地质现象-1富水断层破裂围岩（三）大量涌水乌鞘岭隧道7号斜井洞内涌水隧道工程不良地质现象-1富水断层破裂围岩概念：膨胀岩是指土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性且具有湿胀干缩往复变形的高塑性粘性土。确定膨胀性的亲水矿物质主要是蒙脱石粘土矿物。（一）膨胀岩概念隧道工程不良地质现象一2膨胀岩膨胀岩判别标准：一是间接反应岩石膨胀指标；二是定量反应岩石膨胀力学指标。（一）膨胀岩概念隧道工程不良地质现象-2膨胀岩膨胀岩分级：按膨胀性的大小进行分级。（一）膨胀岩概念隧12、道工程不良地质现象一2膨胀岩由于膨胀性岩层所具有的特征，在隧道开挖后不久即产生膨胀性压力，往往发生如下一些现象：风化快速,挖出的土石块很快酥散；坑道顶部及两侧常被挤压，底部隆起；随着时间的增长，支撑、衬砌往往发生严重的变形或破坏。（二）膨胀岩对隧道的危害隧道工程不良地质现象-2膨胀岩围岩普遍开裂洞室下沉围岩膨胀突出和坍塌隧道底部隆起衬砌变形和破坏（二膨胀岩对隧道施工的危害隧道工程不良地质现象-2膨胀岩隧道工程不良地质现象一2膨胀岩挤压性围岩是高地应力作用下的软岩。挤压性脆弱围岩在高地应力作用下发生挤压大变形及破坏的特征不仅受围岩本身力学性质的影响，还与初始应力场状况及工程因素有关。（一）概念隧道工程不良地质现象-3挤压性围岩变形量大变形速率快变形持续时间长13、（二）挤压性围岩隧道变形特征隧道工程不良地质现象-3挤压性围岩隧道工程不良地质现象-3挤压性围岩1）黄土及其分类概念概念：在枯燥气候条件下形成的一种具有褐黄、灰黄或黄褐等颜色并具有针状大孔、垂直节理发育的特别性土。隧道工程不良地质现象4黄土隧道1）黄土及其分类分类黄土按形成年月分：隧道工程不良地质现象-4黄土隧道黄土按其物理性质分：1）黄土及其分类分类隧道工程不良地质现象-4黄土隧道2）黄土地层对隧道施工的影响隧道工程不良地质现象-4黄土隧道2）黄土地层对隧道施工的影响隧道工程不良地质现象-4黄土隧道黄土坍塌隧道工程不良地质现象-4黄土隧道我国是碳酸盐分布极广泛的国家，覆盖及出露的碳酸盐总面积约占我国领土面积的1/5o在岩溶地质地区形成的14、各种溶蚀形式中，对隧道工程影响严重的主要是溶洞和暗河。本次主要介绍岩溶地质最常见的溶蚀形式和对隧道工程影响最严重的溶洞问题。隧道工程不良地质现象-5岩溶地质溶洞（karstcave）是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本沿水平方向延长的通道。溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。死、干、小的溶洞比较简单处理，而活、湿、大的溶洞处理方法则较为冗杂。（一）溶洞的类型隧道工程不良地质现象一5岩溶地质当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破裂，简单发生坍塌；有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，隧道基底难于处理；有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥沙夹水大量涌入隧道。（二）溶洞对隧道施工的影响隧道工程不良地质现象-5岩溶地质有时遇到填满饱含水分的充填物溶槽15、，坑道掘进至边缘时，充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至地表开裂下沉，山体压力剧增；有的溶洞、暗河迂回交叉、分支错综冗杂、范围宽广，处理十分困难。（二）溶洞对隧道施工的影响隧道内施工过程遇到溶洞隧道工程不良地质现象-5岩溶地质岩溶对隧道工程的影响主要有四个方面：洞害水害洞顶地表沉陷地窖充填物及坍塌（二）溶洞对隧道施工的影响隧道工程不良地质现象-5岩溶地质隧道工程不良地质现象-5岩溶地质隧道工程不良地质现象-5岩溶地质隧道工程不良地质现象-5岩溶地质埋深较深的隧道工程，在高应力、脆性岩体中，由于施工爆破扰动原岩，岩体受到破坏，使掌子面附近的岩体突然释放出潜能，产生脆性破坏，这时围岩外表发生爆裂声，随之有大小不等的片状岩块弹射剥落出来，这种现象称之为岩爆。（一）岩16、爆的概念隧道工程不良地质现象一6岩爆现象常见的岩爆以顶部或拱腰部位为多。图中阴影部分表示即将暴落的岩片，断续线条代表岩片在脱落之前岩体产生的裂缝。A空，表示即将暴落的岩块。（一）岩爆的概念隧道工程不良地质现象一6岩爆现象岩爆在未发生前并无明显的预兆。岩爆时，岩块自洞壁围岩母体弹射出来，一般呈中厚边薄的不规则片状。岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近，个别的也有距新开挖面较远处。（二）岩爆的特点隧道工程不良地质现象一6岩爆现象地层的岩性条件和地应力大小是产生岩爆与否的两个确定性因素。能量的观点：岩爆的形成过程是岩体中的能量从储存在释放直到最终使岩体破坏而脱离母岩的过程。岩爆是否发生的条件：岩体中是否储存足够能量、是否具有释放能量的条件、及能量释放的方式。（17、三）岩爆产生的条件隧道工程不良地质现象-6岩爆现象隧道工程不良地质现象6岩爆现象隧道内岩爆现象TheEnd