隧道工程圍巖分級(jí)PPT課件

1、4.1 4.1 隧道圍巖的概念與工程性質(zhì)隧道圍巖的概念與工程性質(zhì)4.2 4.2 圍巖的穩(wěn)定性圍巖的穩(wěn)定性4.3 4.3 圍巖分級(jí)圍巖分級(jí)4.4 4.4 圍巖壓力的確定圍巖壓力的確定 第第4 4章章 隧道圍巖分級(jí)與圍巖壓力隧道圍巖分級(jí)與圍巖壓力 Surrounding rock classification and pressure第1頁(yè)/共74頁(yè)4.1 隧道圍巖的概念與工程性質(zhì)隧道圍巖的概念與工程性質(zhì)4.1.14.1.1圍巖的概念圍巖的概念圍巖圍巖: :隧道開(kāi)挖后對(duì)其隧道開(kāi)挖后對(duì)其穩(wěn)定性穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的那部分巖產(chǎn)生影響的那部分巖( (土土) )體。體。說(shuō)明：說(shuō)明：圍巖既指巖體也指土體。圍巖既指

2、巖體也指土體。4.1.24.1.2圍巖的工程性質(zhì)圍巖的工程性質(zhì) 物理物理工程性質(zhì)工程性質(zhì) 水理水理 力學(xué)力學(xué)第2頁(yè)/共74頁(yè)巖石與巖體的區(qū)別：巖石與巖體的區(qū)別： 巖石：均質(zhì)、連續(xù)、各向同性巖石：均質(zhì)、連續(xù)、各向同性 巖體：非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性巖體：非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性巖體力學(xué)性質(zhì)獲取的方式：巖體力學(xué)性質(zhì)獲取的方式： 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：真實(shí)、費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢(qián)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：真實(shí)、費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢(qián) 室內(nèi)試驗(yàn)：不易取樣、代表性差室內(nèi)試驗(yàn)：不易取樣、代表性差問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 1.1.結(jié)構(gòu)計(jì)算與力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系？結(jié)構(gòu)計(jì)算與力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系？ 2.2.隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的難點(diǎn)？隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的難點(diǎn)？第3頁(yè)/共74頁(yè)1、巖體的變形特性、巖體

3、的變形特性 受拉、受壓、剪切、流變受拉、受壓、剪切、流變 問(wèn)題：巖體能受拉嗎？問(wèn)題：巖體能受拉嗎？ 1) 受壓變形受壓變形 巖石：線性、彈性巖石：線性、彈性 軟弱結(jié)構(gòu)面：非線性、塑性軟弱結(jié)構(gòu)面：非線性、塑性 巖體：彈塑性體，見(jiàn)下圖。巖體：彈塑性體，見(jiàn)下圖。 第4頁(yè)/共74頁(yè)ABC巖體巖石軟弱結(jié)構(gòu)面0圖圖4-1 4-1 典型巖體全應(yīng)力應(yīng)變曲線典型巖體全應(yīng)力應(yīng)變曲線巖體：巖體：壓密階段壓密階段(OA)(OA) 彈性階段彈性階段(AB) (AB) 塑性階段塑性階段(BC) (BC) 破裂和破壞階段破裂和破壞階段(CD)(CD) 第5頁(yè)/共74頁(yè) 2) 剪切變形剪切變形 (1) (1) 沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)沿

4、結(jié)構(gòu)面滑動(dòng) (2) (2) 巖石的斷裂巖石的斷裂 (3) (3) 在結(jié)構(gòu)面的影響下沿巖石剪斷在結(jié)構(gòu)面的影響下沿巖石剪斷第6頁(yè)/共74頁(yè) 3) 流變特性流變特性 蠕變：蠕變：指應(yīng)力不變，而應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)。指應(yīng)力不變，而應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)。 松弛：松弛：應(yīng)變不變，而應(yīng)力隨時(shí)間而衰減應(yīng)變不變，而應(yīng)力隨時(shí)間而衰減 問(wèn)題：圍巖流變特性對(duì)隧道的影響？問(wèn)題：圍巖流變特性對(duì)隧道的影響？圖圖4-2 4-2 巖體的流變巖體的流變第7頁(yè)/共74頁(yè)2 2、巖體強(qiáng)度、巖體強(qiáng)度 巖石強(qiáng)度：通過(guò)試件獲得。巖石強(qiáng)度：通過(guò)試件獲得。 巖體強(qiáng)度：低于巖石強(qiáng)度，巖體強(qiáng)度：低于巖石強(qiáng)度，約為巖石強(qiáng)度的約為巖石強(qiáng)度的70708080。第8

5、頁(yè)/共74頁(yè)4.2 圍巖的穩(wěn)定性圍巖的穩(wěn)定性4.2.1 研究圍巖穩(wěn)定性的意義研究圍巖穩(wěn)定性的意義圍巖的穩(wěn)定性：圍巖的穩(wěn)定性：隧道開(kāi)挖后，在不支護(hù)條件下圍巖的隧道開(kāi)挖后，在不支護(hù)條件下圍巖的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。問(wèn)題：什么是隧道工程的頭等大事？問(wèn)題：什么是隧道工程的頭等大事？研究圍巖的穩(wěn)定性，如何促使圍巖穩(wěn)定。研究圍巖的穩(wěn)定性，如何促使圍巖穩(wěn)定。第9頁(yè)/共74頁(yè)圍巖級(jí)別的工程作用：圍巖級(jí)別的工程作用： 判斷圍巖穩(wěn)定性。判斷圍巖穩(wěn)定性。 判斷施工難易程度，投資依據(jù)。判斷施工難易程度，投資依據(jù)。 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的依據(jù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的依據(jù) 第10頁(yè)/共74頁(yè)地質(zhì)因素客觀因素地質(zhì)因素客觀因素人為因素主觀因素、工程

6、因素人為因素主觀因素、工程因素4.2.2 4.2.2 影響圍巖穩(wěn)定性的因素影響圍巖穩(wěn)定性的因素第11頁(yè)/共74頁(yè)1 1、地質(zhì)因素、地質(zhì)因素 從從5 5個(gè)方面來(lái)分析：個(gè)方面來(lái)分析： 巖體結(jié)構(gòu)特征巖體結(jié)構(gòu)特征 結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的力學(xué)性質(zhì) 地下水的影響地下水的影響 圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)第12頁(yè)/共74頁(yè)巖體結(jié)構(gòu)特征巖體結(jié)構(gòu)特征指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)。指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)。破碎程度：破碎程度：裂隙率、裂隙間距。裂隙率、裂隙間距。裂隙是廣義的：包括層理、節(jié)理、斷裂及夾層等結(jié)構(gòu)面。裂隙是廣義的：包括層理、節(jié)理、斷裂及夾層等結(jié)構(gòu)面。完

7、整狀態(tài)：完整狀態(tài)：整塊狀、大塊狀等。整塊狀、大塊狀等。按這按這2 2個(gè)指標(biāo)有下圖：個(gè)指標(biāo)有下圖：圍巖巖體整體塊d1.0cm 大塊體 d=0.4-1.0cm 塊石狀d=0.2-0.4cm碎石塊 d0.750.750.750.750.550.550.550.550.350.350.350.350.150.150.15 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 30 30 硬巖硬巖 5 R5 Rb b30 30 軟巖軟巖 R Rb b 5 5 極軟巖極軟巖圍巖完整程度圍巖完整程度 指標(biāo)指標(biāo)1 1：結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度：結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度 指標(biāo)指標(biāo)2 2：地質(zhì)構(gòu)造影響程度：地質(zhì)構(gòu)造影

8、響程度 由此兩指標(biāo)，將巖體完整程度分為由此兩指標(biāo)，將巖體完整程度分為5 5個(gè)級(jí)別，見(jiàn)下表：個(gè)級(jí)別，見(jiàn)下表： 第32頁(yè)/共74頁(yè)巖體完整程度的劃分巖體完整程度的劃分完整程度完整程度結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度地質(zhì)構(gòu)造影響程度地質(zhì)構(gòu)造影響程度完整完整不發(fā)育不發(fā)育輕微輕微較完整較完整較發(fā)育、不發(fā)育較發(fā)育、不發(fā)育較重、輕微較重、輕微較破碎較破碎發(fā)育、較發(fā)育發(fā)育、較發(fā)育嚴(yán)重嚴(yán)重破碎破碎極發(fā)育、發(fā)育極發(fā)育、發(fā)育極嚴(yán)重、嚴(yán)重極嚴(yán)重、嚴(yán)重極破碎極破碎極發(fā)育極發(fā)育極嚴(yán)重極嚴(yán)重第33頁(yè)/共74頁(yè) 圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響程度等級(jí)劃分圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響程度等級(jí)劃分 圍巖節(jié)理（裂隙）發(fā)育程度劃分圍巖節(jié)理（裂隙）發(fā)育程度劃分

9、 等級(jí)等級(jí)地質(zhì)構(gòu)造作用特征地質(zhì)構(gòu)造作用特征輕微輕微圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)小，無(wú)斷裂（層）；層狀巖體一般呈單斜構(gòu)造；節(jié)理不發(fā)育較重較重圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)較大；位于斷裂（層）或褶曲軸的鄰近地段；可有小斷層，節(jié)理較發(fā)育嚴(yán)重嚴(yán)重圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)較強(qiáng)烈，位于褶曲軸部或斷裂影響帶內(nèi)；軟巖多見(jiàn)扭曲及拖拉現(xiàn)象；節(jié)理發(fā)育很?chē)?yán)重很?chē)?yán)重位于斷裂（層）破碎帶內(nèi)；節(jié)理很發(fā)育；巖體呈碎石、角礫狀，有的呈粉末泥土狀等級(jí)等級(jí)地質(zhì)構(gòu)造作用特征地質(zhì)構(gòu)造作用特征節(jié)理不發(fā)育節(jié)理不發(fā)育節(jié)理（裂隙）1-2組，規(guī)則，為原生型或構(gòu)造型，多數(shù)的間距在1.0m以上，為密閉型。巖體被切割成塊狀節(jié)理較發(fā)育節(jié)理較發(fā)育節(jié)理（裂隙）2-3組，呈x型，較規(guī)則，以構(gòu)

10、造型為主，多數(shù)的間距大于0.4m，多為密閉。部分微張開(kāi)，少有填充物。巖體被切割成大塊狀節(jié)理發(fā)育節(jié)理發(fā)育節(jié)理（裂隙）3組以上，不規(guī)則，呈x型或米字型，以構(gòu)造型或風(fēng)化型為主，多數(shù)間距小于0.4m，大部分微張開(kāi)，部分張開(kāi)，大部分為粘性土填充。巖體被切割成塊、碎石狀節(jié)理很發(fā)育節(jié)理很發(fā)育節(jié)理（裂隙）3組以上，雜亂，以構(gòu)造型或風(fēng)化型為主，多數(shù)間距小于0.2m，微張開(kāi)或張開(kāi)，部分為粘土充填。巖體被切割成碎石狀第34頁(yè)/共74頁(yè)(4) (4) 鐵路隧道圍巖分級(jí)表鐵路隧道圍巖分級(jí)表 基本分級(jí)基本分級(jí)+ +圍巖彈性縱波速度圍巖彈性縱波速度= =鐵路隧道圍巖分級(jí)鐵路隧道圍巖分級(jí)表表 見(jiàn)教材見(jiàn)教材P82-83P82-

11、83。 特點(diǎn)特點(diǎn) 給出了單線隧道圍巖開(kāi)挖后的穩(wěn)定狀態(tài)。給出了單線隧道圍巖開(kāi)挖后的穩(wěn)定狀態(tài)。 尚未考慮地下水和地應(yīng)力。尚未考慮地下水和地應(yīng)力。第35頁(yè)/共74頁(yè) 修正分級(jí)修正分級(jí) 地下水地下水地下水的地下水的3 3種處理方法：種處理方法：分級(jí)時(shí)按無(wú)水考慮，而是根據(jù)地下水的狀態(tài)，分級(jí)時(shí)按無(wú)水考慮，而是根據(jù)地下水的狀態(tài)，適當(dāng)降低圍巖等級(jí)適當(dāng)降低圍巖等級(jí)(1(12 2級(jí)級(jí)) )；分級(jí)時(shí)按有水考慮，當(dāng)確認(rèn)圍巖無(wú)水則提高圍分級(jí)時(shí)按有水考慮，當(dāng)確認(rèn)圍巖無(wú)水則提高圍巖等級(jí)；巖等級(jí)；直接將地下水狀況直接將地下水狀況( (水質(zhì)、水量、流通條件、水質(zhì)、水量、流通條件、靜水壓力等靜水壓力等) )作為一個(gè)分級(jí)指標(biāo)。作為

12、一個(gè)分級(jí)指標(biāo)。第36頁(yè)/共74頁(yè)鐵路隧道分級(jí)按第鐵路隧道分級(jí)按第1 1種方法處理：種方法處理： 地下水影響的修正地下水影響的修正 地下水狀態(tài)的分級(jí)表地下水狀態(tài)的分級(jí)表級(jí)別級(jí)別狀態(tài)狀態(tài)滲水量滲水量L/(minL/(min10m)10m)干燥或濕潤(rùn)干燥或濕潤(rùn)1010偶有滲水偶有滲水10251025經(jīng)常滲水經(jīng)常滲水2512525125 圍巖基本分類(lèi)圍巖基本分類(lèi)地下水狀態(tài)分級(jí)地下水狀態(tài)分級(jí)第37頁(yè)/共74頁(yè)初始地應(yīng)力初始地應(yīng)力初始地初始地應(yīng)力狀應(yīng)力狀態(tài)態(tài)主主 要要 現(xiàn)現(xiàn) 象象評(píng)估基準(zhǔn)評(píng)估基準(zhǔn) （R Rc c/maxmax）極高應(yīng)極高應(yīng)力力1.1.硬質(zhì)巖：開(kāi)挖過(guò)程中時(shí)有巖爆發(fā)生，有巖塊彈硬質(zhì)巖：開(kāi)挖過(guò)程

13、中時(shí)有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差442.2.軟質(zhì)巖：巖芯常有餅化現(xiàn)象，開(kāi)挖過(guò)程中洞壁軟質(zhì)巖：巖芯常有餅化現(xiàn)象，開(kāi)挖過(guò)程中洞壁巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不易成洞持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不易成洞高應(yīng)力高應(yīng)力1 .1 .硬質(zhì)巖硬質(zhì)巖: : 開(kāi)挖過(guò)程中可能出現(xiàn)巖爆，洞壁巖體開(kāi)挖過(guò)程中可能出現(xiàn)巖爆，洞壁巖體有剝離和掉塊現(xiàn)象，新生裂紋較多，成洞性較差有剝離和掉塊現(xiàn)象，新生裂紋較多，成洞性較差4-74-72.2.軟質(zhì)巖：巖芯時(shí)有餅化現(xiàn)象，開(kāi)挖過(guò)程中洞壁軟質(zhì)巖：巖芯時(shí)有餅化現(xiàn)象

14、，開(kāi)挖過(guò)程中洞壁巖體位移極顯著，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，成洞性差巖體位移極顯著，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，成洞性差第38頁(yè)/共74頁(yè)u初始地應(yīng)力影響的修正初始地應(yīng)力影響的修正圍巖基本分級(jí)圍巖基本分級(jí) 修正級(jí)別修正級(jí)別初始地應(yīng)力狀態(tài)初始地應(yīng)力狀態(tài)極高應(yīng)力極高應(yīng)力或或高應(yīng)力高應(yīng)力或或第39頁(yè)/共74頁(yè) 兩點(diǎn)說(shuō)明：兩點(diǎn)說(shuō)明： 設(shè)計(jì)階段：設(shè)計(jì)階段：采用修正后的圍巖分級(jí)。采用修正后的圍巖分級(jí)。 施工階段：施工階段：根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)一步判定圍根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)一步判定圍巖分級(jí)，依據(jù)仍然是：巖分級(jí)，依據(jù)仍然是： 巖石堅(jiān)硬程度巖石堅(jiān)硬程度 圍巖完整狀態(tài)圍巖完整狀態(tài) 地下水地下水 初始地應(yīng)力初始地應(yīng)力第40頁(yè)/共74頁(yè)2.2.公路隧道公路

15、隧道初步分級(jí)相當(dāng)于鐵路的基本分級(jí)初步分級(jí)相當(dāng)于鐵路的基本分級(jí) 依據(jù)：圍巖主要定性特征依據(jù)：圍巖主要定性特征 該特征由兩個(gè)基本因素組成：該特征由兩個(gè)基本因素組成： 巖石堅(jiān)硬程度巖石堅(jiān)硬程度R Rc c( (即強(qiáng)度即強(qiáng)度) ) 巖體完整性巖體完整性K Kv v( (即彈性波速即彈性波速) ) 推出推出圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)圍巖基本質(zhì)量指標(biāo) BQ=90+3RBQ=90+3Rc c+250K+250Kv v第41頁(yè)/共74頁(yè)詳細(xì)分級(jí)相當(dāng)于鐵路的修正分級(jí)詳細(xì)分級(jí)相當(dāng)于鐵路的修正分級(jí) 修正修正BQBQ值：當(dāng)有以下值：當(dāng)有以下3 3方面影響時(shí)，應(yīng)予修正：方面影響時(shí)，應(yīng)予修正： 地下水地下水K K1 1 軟弱結(jié)構(gòu)面

16、軟弱結(jié)構(gòu)面( (比鐵路多此條比鐵路多此條)K)K2 2 高初始地應(yīng)力高初始地應(yīng)力K K3 3 BQ= BQ=修正修正BQBQ值值=BQ-100(K=BQ-100(K1 1+K+K2 2+K+K3 3) ) K K1 1K K3 3各值可查公路隧道規(guī)范附錄各值可查公路隧道規(guī)范附錄A.0.2-1A.0.2-1A.0.2-A.0.2-3 3 第42頁(yè)/共74頁(yè)公路圍巖分級(jí)表：公路圍巖分級(jí)表：參數(shù)：參數(shù)： 圍巖主要定性特征圍巖主要定性特征 BQBQ值，或值，或BQBQ值值( (當(dāng)需要修正時(shí)當(dāng)需要修正時(shí)) )第43頁(yè)/共74頁(yè)( (六六) )問(wèn)題及研究方向問(wèn)題及研究方向 1. 1.問(wèn)題問(wèn)題 指標(biāo)定性的多

17、、定量的少。如何做到準(zhǔn)確、方便、好用？指標(biāo)定性的多、定量的少。如何做到準(zhǔn)確、方便、好用？ 2. 2.研究研究 發(fā)展物探手段，增加定量指標(biāo)。發(fā)展物探手段，增加定量指標(biāo)。 發(fā)展分析理論發(fā)展分析理論 模糊數(shù)學(xué)圍巖分級(jí)；模糊數(shù)學(xué)圍巖分級(jí)； 隧道位移圍巖分級(jí)；隧道位移圍巖分級(jí)； 人工智能專(zhuān)家系統(tǒng)圍巖分級(jí)等。人工智能專(zhuān)家系統(tǒng)圍巖分級(jí)等。第44頁(yè)/共74頁(yè)4.4 4.4 圍巖壓力圍巖壓力4.4.1 4.4.1 巖體初始應(yīng)力狀態(tài)巖體初始應(yīng)力狀態(tài) 自重應(yīng)力自重應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力地下水壓力地下水壓力溫度應(yīng)力溫度應(yīng)力原巖原巖 毛洞毛洞穩(wěn)定洞室穩(wěn)定洞室開(kāi)挖開(kāi)挖支護(hù)支護(hù)第45頁(yè)/共74頁(yè)一、圍巖壓力及其分類(lèi)一、圍巖壓

18、力及其分類(lèi)( (一一) )圍巖壓力圍巖壓力 圍巖壓力圍巖壓力地層對(duì)洞室的作用力地層對(duì)洞室的作用力廣義：包括有、無(wú)支護(hù)時(shí)的壓力廣義：包括有、無(wú)支護(hù)時(shí)的壓力狹義：僅指對(duì)支護(hù)的壓力狹義：僅指對(duì)支護(hù)的壓力第46頁(yè)/共74頁(yè)（二）圍巖壓力分類(lèi)（二）圍巖壓力分類(lèi) 1 1松動(dòng)壓力松動(dòng)壓力圍巖變形過(guò)大，發(fā)生松動(dòng)而形成的壓力。圍巖變形過(guò)大，發(fā)生松動(dòng)而形成的壓力。 2 2形變壓力形變壓力圍巖變形在有限范圍內(nèi)而形成的壓力。圍巖變形在有限范圍內(nèi)而形成的壓力。這是最重要的兩種壓力形態(tài)。這是最重要的兩種壓力形態(tài)。 問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 1.1.這兩種壓力性質(zhì)上有何不同？這兩種壓力性質(zhì)上有何不同？ 2.2.壓力的性質(zhì)與圍巖穩(wěn)定性有

19、何關(guān)系？壓力的性質(zhì)與圍巖穩(wěn)定性有何關(guān)系？第47頁(yè)/共74頁(yè)3 3膨脹壓力膨脹壓力膨脹性巖層。膨脹性巖層。4 4沖擊壓力沖擊壓力明洞，落石；明洞，落石； 暗洞，坍方、巖爆。暗洞，坍方、巖爆。第48頁(yè)/共74頁(yè)4.4.2 4.4.2 影響圍巖壓力的因素影響圍巖壓力的因素 地質(zhì)因素地質(zhì)因素 1. 1.巖體初始應(yīng)力狀態(tài)巖體初始應(yīng)力狀態(tài) 2. 2.巖石力學(xué)性質(zhì)巖石力學(xué)性質(zhì) 3. 3.巖體結(jié)構(gòu)面巖體結(jié)構(gòu)面 4. 4.地下水等地下水等 工程因素工程因素 1. 1.施工方法施工方法 2. 2.支護(hù)設(shè)置時(shí)間支護(hù)設(shè)置時(shí)間 3. 3.支護(hù)本身剛度支護(hù)本身剛度 4. 4.隧道斷面形狀等隧道斷面形狀等第49頁(yè)/共74頁(yè)

20、1.1.圍巖松動(dòng)壓力的形成圍巖松動(dòng)壓力的形成 自然拱的概念：自然拱的概念：圍巖的變形不能得到有效的控制，當(dāng)變圍巖的變形不能得到有效的控制，當(dāng)變形超過(guò)一定限度后，圍巖發(fā)生松動(dòng)、坍落，最終在洞室上方形超過(guò)一定限度后，圍巖發(fā)生松動(dòng)、坍落，最終在洞室上方形成拱形。形成拱形。 (a) (a) 變形階段；變形階段； (b) (b) 松動(dòng)階段；松動(dòng)階段； (c) (c) 塌落階段；塌落階段； (d) (d) 成拱階段。成拱階段。 4.4.3 圍巖松動(dòng)壓力的形成和確定方法圍巖松動(dòng)壓力的形成和確定方法第50頁(yè)/共74頁(yè)自然拱第51頁(yè)/共74頁(yè) 影響自然拱的因素：影響自然拱的因素： 隧道埋深隧道埋深成拱的必要條件

21、成拱的必要條件 隧道斷面形狀和大小隧道斷面形狀和大小拱的范圍拱的范圍 施工因素施工因素對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度2 2、圍巖壓力的確定方法、圍巖壓力的確定方法 直接量測(cè)法直接量測(cè)法 理論估算法理論估算法 統(tǒng)計(jì)法（經(jīng)驗(yàn)法、工程類(lèi)比法）統(tǒng)計(jì)法（經(jīng)驗(yàn)法、工程類(lèi)比法）第52頁(yè)/共74頁(yè) 1) 1)深埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法深埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 (1) (1) 統(tǒng)計(jì)法統(tǒng)計(jì)法我國(guó)我國(guó)隧規(guī)隧規(guī)所推薦的方法所推薦的方法whhqsqq1245.0式中式中 圍巖容重；圍巖容重； h hq q坍落拱高度；坍落拱高度； s s 圍巖級(jí)別；圍巖級(jí)別； w w 寬度影響系數(shù)，由寬度影響系數(shù)，由 w=1

22、+iw=1+i（B-5B-5）計(jì)算：）計(jì)算： B B 坑道寬度，當(dāng)坑道寬度，當(dāng) B B5m5m時(shí)，取時(shí)，取 i =0.2i =0.2，當(dāng)，當(dāng) B B5m5m時(shí)，取時(shí)，取i =0.1i =0.1。第53頁(yè)/共74頁(yè)水平壓力見(jiàn)表水平壓力見(jiàn)表4-74-7：表表4-74-7圍巖水平均布?jí)毫鷰r水平均布?jí)毫鷰r級(jí)別圍巖級(jí)別、水平均布?jí)毫λ骄級(jí)毫? 00.15q0.15q( 0.15( 0.150.3)q0.3)q(0.3(0.30.5)q0.5)q(0.5(0.51.0)q1.0)q第54頁(yè)/共74頁(yè) 統(tǒng)計(jì)法公式的適用條件：統(tǒng)計(jì)法公式的適用條件： H/BH/B1.71.7，H H為坑道的高度；為坑道

23、的高度； 深埋隧道；深埋隧道； 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖；不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖； 采用礦山法施工。采用礦山法施工。第55頁(yè)/共74頁(yè) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍巖垂直松動(dòng)壓力的分布可概括為據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍巖垂直松動(dòng)壓力的分布可概括為4 4種，如種，如圖圖4-74-7。 圖圖4-7 4-7 圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形統(tǒng)計(jì)法公式僅針對(duì)圖中第一種情況。統(tǒng)計(jì)法公式僅針對(duì)圖中第一種情況。圖 4-7第56頁(yè)/共74頁(yè)(2) (2) 普氏理論普氏理論 散粒體理論：巖體被節(jié)理、裂隙所切割，視為散粒體理論：巖體被節(jié)理、裂隙所切割，視為散粒體。散粒體。 普氏系數(shù)普氏系數(shù)f(f(巖體堅(jiān)固

24、性系數(shù)巖體堅(jiān)固性系數(shù)):):0tantancf第57頁(yè)/共74頁(yè)巖體堅(jiān)固性系數(shù)巖體堅(jiān)固性系數(shù) f f 的概念：的概念： f f是一個(gè)以巖體強(qiáng)度為主的指標(biāo)，兼顧抗鉆性、抗爆性、是一個(gè)以巖體強(qiáng)度為主的指標(biāo)，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。地下水等性質(zhì)。 前述自然拱概念最早由普氏前述自然拱概念最早由普氏提出：提出：fbhq圖圖4-8 4-8 自然拱的兩種形態(tài)自然拱的兩種形態(tài)B hkBthk BbHt第58頁(yè)/共74頁(yè) 堅(jiān)硬巖體堅(jiān)硬巖體: : 松散破碎巖體：松散破碎巖體： 245tan0ttHbb式中式中 為隧道凈跨度的一半；為隧道凈跨度的一半； 為隧道凈高度。為隧道凈高度。tbtHtbb 一般來(lái)說(shuō)

25、，普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。一般來(lái)說(shuō)，普氏理論比較適用于松散、破碎的圍巖中。第59頁(yè)/共74頁(yè)(3) 泰沙基理論泰沙基理論理論：散粒體理論。理論：散粒體理論。假定：假定：破裂面為折線破裂面為折線OABOAB方法：方法：研究微分條帶研究微分條帶dhdh的平衡。的平衡。步驟：步驟：1.V=01.V=0，建立微分方程，建立微分方程2.2.邊界條件：邊界條件：0,0vh第60頁(yè)/共74頁(yè)3.3.解微分方程解微分方程，得：，得：4.4.討論：討論： 當(dāng)埋深當(dāng)埋深h h 達(dá)到一定程度時(shí)，達(dá)到一定程度時(shí)， 為恒值：為恒值： 取側(cè)壓力系數(shù)取側(cè)壓力系數(shù)k=1k=1， 則有：則有：與普氏法對(duì)照，能發(fā)現(xiàn)

26、什么？與普氏法對(duì)照，能發(fā)現(xiàn)什么？)1(tan0tan0bhkvekbvkbv0tanf0tanhfbv第61頁(yè)/共74頁(yè) 2) 2)淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 深、淺埋隧道的判定原則深、淺埋隧道的判定原則 Hp（22.5）hq I I一一IIIIII級(jí)圍巖取級(jí)圍巖取: : H Hp p2h2hq q IV IVVIVI級(jí)圍巖取級(jí)圍巖取: : H Hp p2.5h2.5hq q HHpHHp時(shí)為深埋時(shí)為深埋H HHpHp時(shí)為淺埋時(shí)為淺埋H H 為覆蓋層厚度為覆蓋層厚度第62頁(yè)/共74頁(yè) (2) (2) 淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法淺埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法

27、 土柱法土柱法 要點(diǎn)：忽略滑動(dòng)面上的阻力。要點(diǎn)：忽略滑動(dòng)面上的阻力。 適于：埋深適于：埋深 H hqH hq 垂直壓力：垂直壓力：q=Hq=H 水平壓力按朗金公式：水平壓力按朗金公式：e = (H + 1/2 Ht)tg2(450 /2) Ht 為隧道凈高。為隧道凈高?；瑒?dòng)巖體未擾動(dòng)土體圖 4-10圍巖壓力滑動(dòng)面第63頁(yè)/共74頁(yè) 一院法一院法 重點(diǎn)：重點(diǎn)： 當(dāng)當(dāng)H Hhq hq 時(shí)，應(yīng)該考慮滑動(dòng)面上的阻力。時(shí)，應(yīng)該考慮滑動(dòng)面上的阻力。 分析下圖：分析下圖： 圖 4-11NT2W2NT2PT1W2BFW1EAhBtT1DCHG00HHt第64頁(yè)/共74頁(yè) 1.1.破裂面破裂面ACAC、BDBD