围岩分级与围岩压力ppt课件.ppt
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1、,复习与回顾,第4章 围岩分级与围岩压力,4-1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,第4章 围岩分级与围岩压力,隧道是一种结构体系,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,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,地层起主导作用,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,第4章 围岩分级与围岩压力,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,其性质也发生变化。围岩的边界:开挖
2、引起的应力变化可以忽略不计的地方。,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610倍隧道直径,说明:围岩既指岩体也指土体,围岩相关内容,第4章 围岩分级与围岩压力,一、围岩的工程性质,断层面、层理面、节理面、裂隙面等,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,
3、第4章 围岩分级与围岩压力,岩体与岩石,岩体力学性质获取,二、岩体的变形特性,1.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,软弱结构面:非线性、塑性,岩体既不是简单的弹性体,也不是纯粹的塑性体,完整性好,接近弹性体,而是复杂的弹塑性体,破裂和松散,接近塑性体,第4章 围岩分级与围岩压力,3.剪切变形,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,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(BC) 破裂和破坏阶段(CD),峰
4、值强度高,软弱结构面,第4章 围岩分级与围岩压力,4.流变特性,流变:,岩体的变形或应力随时间而变化时间效应,二、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,t,t,0,0,应变=常数,应力=常数,蠕变曲线,松弛曲线,第4章 围岩分级与围岩压力,三、岩体的强度,1.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,强度小,具有各向异性,四、岩体结构分
5、类,岩体的结构,不同块度、形状、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,第4章 围岩分级与围岩压力,答:研究围岩的稳定性,如何促使围岩稳定!,一、研究围岩稳定性的意义,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?,第4章 围岩分级与围岩压力,围岩的稳定性如何?,二、影响围岩稳定性的因素,两大类:,地质因素客观因素,人为因素主观因素、工程因素,第4章 围岩分级与围岩压力,二、影响围岩稳定性的因素,破碎程度: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。 完整
6、状态:整块状、大块状等。,岩体结构特征,指岩体的破碎程度或完整状态。,按这2个指标:,1.地质因素,第4章 围岩分级与围岩压力,二、影响围岩稳定性的因素, 性质 1) 结构面的成因; 2) 结构面的光滑程度; 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 指结构面的相互位置状态。, 结构面性质和空间组合,问题:软弱结构面有怎样的害处?什么是不利空间组合?,第4章 围岩分级与围岩压力,二、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Rb。 岩石强度越高,隧道越稳定。, 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
7、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。,(4) 围岩的初应力状态,软化围岩; 减少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。, 地下水的影响,第4章 围岩分级与围岩压力,第4章 围岩分级与围岩压力,二、影响围岩稳定性的因素,2.人为因素,1)坑道尺寸和形状尺寸:跨度越大,围岩稳定性越差形状: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:在软弱、松散围岩条件下利于围岩稳定性; 在膨胀性(挤压性)围岩条件下支护受力较大;弱支护:在软弱、松散围岩条件下不利于围岩稳定性; 在膨胀性(挤
8、压性)围岩条件下利于释放变形,减轻支护受力,3)开挖方法 普通爆破法、控制爆破法、盾构及掘进机法、全断面一次开挖、小断面分部开挖等对围岩稳定性有不同的影响, 隧道形状和尺寸 支护结构类型 施工方法,三、隧道围岩失稳破坏形态,1)脆性断裂 整体状、块状岩体、岩性坚硬,局部掉块、“岩爆”,2)块状运动 块状或层状岩体、块体向临空面运动(趋势),3)弯曲折断破坏 洞顶层状岩体、下沉弯曲断裂; 变墙侧向鼓出弯曲变形折断,4)松动解脱 碎裂结构岩体、在各种作用下松动、溃散脱落,5)塑性变形和剪切破坏 碎裂岩体、在较多软弱结构面下,产生塑性变形和剪切破坏 表现:塌方、边墙挤入、底鼓、洞径缩小等,膨胀性围岩
9、表现,第4章 围岩分级与围岩压力,概述,4-4 隧道围岩分级,隧道围岩分级方法,我国现行的隧道围岩分级,铁路隧道P49,公路隧道P61,岩石坚硬程度 围岩完整状态,地下水 围岩初始地应力,基本分级,修正分级,岩石坚硬程度Rc(即强度) 岩体完整性Kv(即弹性波速),地下水K1 软弱结构面(比铁路多此条)K2 高初始地应力K3,BQ,修正BQ,第4章 围岩分级与围岩压力,隧道围岩分级概述,1.概念,围岩分级:根据岩体的若干指标(一个或几个),按照稳定性将围岩(无限岩体)分成不同的级别(有限),将稳定性相似的围岩划分为一级。,2.工程目的,(1)结构设计依据(2)施工方法依据(3)工程造价依据(4
10、)判别围岩稳定性,3.发展过程,早期仅岩石强度; 现在综合多种因素,如岩体构造、岩石强度、RQD指标等。,开挖后稳定程度: 充分稳定 基本稳定 暂时稳定 不稳定,第4章 围岩分级与围岩压力,4.围岩分级考虑的因素,隧道围岩分级方法,3个基本因素: 岩性:抗压强度、弹性模量、弹性波速等。 地质构造:岩体完整性或结构状态。 地下水:地下水发育时,围岩级别应降低。 1个附加因素: 初始地应力:适当考虑。,第4章 围岩分级与围岩压力,(一)以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法,隧道围岩分级方法,1.以岩石强度为基础的分级法 代表:土石分类法坚石、次坚石、松石、土 2.以岩石物性指标为基础的分级法
11、 代表:岩石坚固性系数(f值)分级法普氏法 f 值:一个综合的物性指标值,如岩石的抗钻性、抗爆性、强度等 但核心还是岩石强度。,代表,泰沙基法考虑围岩的完整状态和岩性,共9级。,我国交通隧道围岩分级法借鉴泰沙基法,考虑岩体综合物性,共6级。,(二)以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法,第4章 围岩分级与围岩压力,弹性波速分级法波速是反映岩性与岩体结构的一项综合指标,波速越高,围岩越好。,(三)与地质勘探手段相联系的分级方法,隧道围岩分级方法,岩石质量指标RQD指标也是反映岩性与岩体结构的一项综合指标。RQD指标的具体含义为岩芯复原率:,代表,第4章 围岩分级与围岩压力,组合6个参数:,(四)组
12、合多种因素的分级方法,隧道围岩分级方法,岩体质量分级法 巴顿等人提出的“岩体质量Q”分级法。表达如下:,代表,(4)节理蚀变值Ja(5)节理含水折减系数Jw(6)应力折减系数SRF。,(1)岩石质量指标RQD(2)节理组数目Jh(3)节理粗糙度Jr,第4章 围岩分级与围岩压力,我国现行的隧道围岩分级,(一)铁路隧道围岩分级,(1)历史沿革,岩体综合分类60年代,成昆线,五类隧道围岩分类74年版,首部铁路隧道规范,六类。隧道围岩分类86年版,加入围岩弹性波速指标。隧道围岩分级99年版,采用国标分级排序,改称“围岩分级”,六级。隧道围岩分级2001年版,不变。隧道围岩分级2005年版,不变。,第4
13、章 围岩分级与围岩压力,岩石坚硬程度 围岩完整状态,(2)分级的理论基础,我国现行的隧道围岩分级,(一)铁路隧道围岩分级,以围岩的稳定性判断为基础。 属于“以岩体构造和岩性特征为代表”的分级方法。,主要考虑4种因素:,地下水 围岩初始地应力,基本分级+围岩弹性纵波速 = 铁路隧道围岩分级表,第4章 围岩分级与围岩压力,(3)基本分级,我国现行的隧道围岩分级,(一)铁路隧道围岩分级,依据:围岩主要工程地质条件,由两条组成:,岩石坚硬程度 软硬岩分界指标(抗压强度):30MPa Rb30 硬岩 5 Rb30 软岩 Rb 5 极软岩,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
14、此两指标,将岩体完整程度分为5个级别 见下表:,第4章 围岩分级与围岩压力,()围岩结构面发育程度划分,第4章 围岩分级与围岩压力,()围岩受地质构造影响程度等级划分,第4章 围岩分级与围岩压力,我国现行的隧道围岩分级,(一)铁路隧道围岩分级,(6) 修正分级,地下水修正,(4)铁路隧道围岩分级表 基本分级+围岩弹性纵波速 = 铁路隧道围岩分级表,给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。 尚未考虑地下水和地应力。,(5) 特点,地下水修正地应力修正,第4章 围岩分级与围岩压力,我国现行的隧道围岩分级,(一)铁路隧道围岩分级,(6) 修正分级,两点说明: 设计阶段:采用修正后的围岩分级。 施工阶段:
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