隧道地質(zhì)環(huán)境圍巖類別分級與不良地質(zhì)現(xiàn)象

隧道地質(zhì)環(huán)境圍巖類別分級與不良地質(zhì)現(xiàn)象.ppt1、隧道地質(zhì)環(huán)境圍巖類別分級與不良地質(zhì)現(xiàn)象中交路橋科技有限公司隧道工程的地質(zhì)環(huán)境、圍巖類別與不良地質(zhì)現(xiàn)象1隧道工程地質(zhì)環(huán)境的相關(guān)概念2隧道圍巖的工程性質(zhì)4隧道圍巖類別分級3圍巖的穩(wěn)定性內(nèi)容隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一1地質(zhì)環(huán)境相關(guān)概念1主要相關(guān)概念地下結(jié)構(gòu)支護結(jié)構(gòu)周邊圍巖地層圍巖穩(wěn)定性隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一1地質(zhì)環(huán)境相關(guān)概念地上結(jié)構(gòu)地下結(jié)構(gòu)地下結(jié)構(gòu)與地上結(jié)構(gòu)的對比約束約束位于巖土體以上位于巖土體以內(nèi)隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一1地質(zhì)環(huán)境相關(guān)概念地下結(jié)構(gòu)與地上結(jié)構(gòu)的對比隧道是一種結(jié)構(gòu)體系隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一1地質(zhì)環(huán)境相關(guān)概念隧道是一種地下結(jié)構(gòu)體系隧道是地下工程的一種主要形式地下結(jié)構(gòu)支護結(jié)構(gòu)周邊圍巖地層是地下結(jié)構(gòu)承載的主體用于約束地層限制變形和坍塌地層是地下結(jié)構(gòu)荷載的主要來源地層起主導作2、用圍巖壓力地下水壓力地質(zhì)勘探、地形線路勘測、地質(zhì)預報、施工重要理念圍巖對支護結(jié)構(gòu)有嵌固作用隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一1地質(zhì)環(huán)境相關(guān)概念是地層的一部分，是隧道開挖后對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響那部分巖（土）體?；蛩淼篱_挖影響的那部分巖體。在隧道開挖和支護過程中，圍巖將產(chǎn)生應力重分布，其性質(zhì)也發(fā)生改變。圍巖的邊界：開挖引起的應力改變可以忽視不計的地方。圍巖圍巖是直接影響隧道穩(wěn)定性的因素,圍巖的好壞直接影響隧道的設計施工及造價。約為6-10倍隧道直徑說明：圍巖既指巖體也指土體圍巖相關(guān)內(nèi)容圍巖工程性質(zhì)圍巖初始應力圍巖壓力圍巖分級圍巖穩(wěn)定性巖體構(gòu)造物理、力學特征地層、圍巖與隧道的關(guān)系地層隧道圍巖(6-10)DD隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一1地質(zhì)環(huán)境相關(guān)概念隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)2隧道圍3、巖的工程性質(zhì)圍巖的工程性質(zhì)巖體的變形特性巖體的強度巖體結(jié)構(gòu)分類隧道工程的地質(zhì)環(huán)境—2圍巖的工程性質(zhì)圍巖的工程性質(zhì)物理性質(zhì)水理性質(zhì)力學性質(zhì)斷層面、層理面、節(jié)理面、裂隙面等結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)體巖體巖體概念被結(jié)構(gòu)面切割的塊體由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組成的具有結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)體巖體力學性質(zhì)取決于巖體結(jié)構(gòu)特征和結(jié)構(gòu)面特性地下水對巖體力學性質(zhì)影響很大！巖體性質(zhì)容重、節(jié)理產(chǎn)狀等溶水性、透水性和持水性等抗拉、抗壓、抗剪強度等對圍巖穩(wěn)定性影響最大的是力學性質(zhì)！圍巖抵抗變形和破壞的性質(zhì)了解巖體的工程性質(zhì)，有助于理解隧道圍巖穩(wěn)定性隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)層理面斷層面節(jié)理面斷層帶中脆弱夾層隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)自然界中的巖體隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)自然界中的巖體隧道4、工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)巖體與巖石圍巖的工程性質(zhì)巖石:均質(zhì)、連續(xù)、各向同性巖體：具有明顯的非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性巖體力學性質(zhì)獲取現(xiàn)場試驗：真實、費時、費錢室內(nèi)試驗：不易取樣、代表性差隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)巖體的變形特性1.巖體的變形特性：2.受壓變形問題：巖體能受拉嗎？受拉、受壓、剪切、流變巖石：線性、彈性巖體：彈塑性體、四個階段脆弱結(jié)構(gòu)面：非線性、塑性巖體既不是簡潔的彈性體，也不是純粹的塑性體完好性好，接近彈性體而是冗雜的彈塑性體裂開和松散，接近塑性體有限，一般不考慮隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)典型巖體全應力應變曲線巖體：①壓密階段(0A)②彈性階段(AB)③塑性階段(BC)④裂開和破壞階段(CD)esABC巖體巖石脆弱結(jié)構(gòu)面0峰值5、強度高脆弱結(jié)構(gòu)面隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)3.剪切變形巖體的變形特性沿結(jié)構(gòu)面滑動結(jié)構(gòu)面起主導作用沿巖石斷裂巖石起主導作用在結(jié)構(gòu)面的影響下沿巖石剪斷介于上述二者之間隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)4.流變特性流變：巖體的變形或應力隨時間而改變一時間效應巖體的變形特性蠕變：指應力不變，而應變隨時間增長松弛：應變不變，而應力隨時間而衰減問題：圍巖流變特性對隧道的影響？應變應力ttOO應變=常數(shù)應力二常數(shù)蠕變曲線松弛曲線隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)巖體的強度L巖石強度：通過試件獲得2.巖體強度：低于巖石強度，約為巖石強度的70?80%?？辜魪姸龋菏芙Y(jié)構(gòu)面的制約結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖體，只有抗壓的5?10%抗壓強度：巖石:受微裂隙制約，強度大巖體：受結(jié)構(gòu)面制約6、，強度小，具有各向異性巖體結(jié)構(gòu)分類巖體的結(jié)構(gòu)不同塊度、樣子、產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成不同類型整體結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)、板狀結(jié)構(gòu)碎裂結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)散體結(jié)構(gòu)隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一2圍巖的工程性質(zhì)巖石試驗隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一3圍巖的穩(wěn)定性討論圍巖穩(wěn)定性的意義3圍巖的穩(wěn)定性影響圍巖穩(wěn)定性的因素圍巖失穩(wěn)破壞性態(tài)隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一3圍巖的穩(wěn)定性答：討論圍巖的穩(wěn)定性，如何促使圍巖穩(wěn)定!討論圍巖穩(wěn)定性的意義圍巖的穩(wěn)定性：隧道開挖后，在不支護條件下圍巖的穩(wěn)定程度問題：什么是隧道工程的頭等大事？圍巖級別的工程應用：推斷圍巖穩(wěn)定性推斷施工難易程度，投資根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計算的根據(jù)隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一3圍巖的穩(wěn)定性影響圍巖穩(wěn)定性的因素兩大類：地質(zhì)因素一客觀因素人為因素一主觀因素、工程7、因素回巖體結(jié)構(gòu)特征團結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合回巖石的力學性質(zhì)回地下水的影響團圍巖的初始應力狀態(tài)郵遂道尺寸回支護結(jié)構(gòu)性質(zhì)：強、弱團隧道開挖方法隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一3圍巖的穩(wěn)定性影響圍巖穩(wěn)定性的因素?破裂程度：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。?完好狀態(tài)：整塊狀、大塊狀等?；貛r體結(jié)構(gòu)特征指巖體的破裂程度或完好狀態(tài)。按這2個指標：圍巖巖體整體塊dl.Ocm大塊體塊石狀碎石塊d0.2cm土石塊松散狀松軟狀土體歸入土類d為裂縫間距1.地質(zhì)因素隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一3圍巖的穩(wěn)定性巖體的破裂程度或完好狀態(tài)。隧道工程的地質(zhì)環(huán)境—3圍巖的穩(wěn)定性影響圍巖穩(wěn)定性的因素?性質(zhì)1）結(jié)構(gòu)面的成因；2）結(jié)構(gòu)8、面的光滑程度；3）結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成；4）結(jié)構(gòu)面的規(guī)模；5）結(jié)構(gòu)面的密集度。?空間組合指結(jié)構(gòu)面的互相位置狀態(tài)。團結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間組合隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一3圍巖的穩(wěn)定性充分認識巖體的冗雜性及危害性!隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一3圍巖的穩(wěn)定性影響圍巖穩(wěn)定性的因素節(jié)理較發(fā)育張家界圖隧道工程的地質(zhì)環(huán)境一3圍巖的穩(wěn)定性影響圍巖穩(wěn)定性的因素主要指巖石的單軸飽和極限抗壓強度Rbo巖石強度越高，隧道越穩(wěn)定?；貛r石的力學性質(zhì)初始應力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力。已初步將初始應力考慮進圍巖分級之中。在高的初始應力場條件下，圍巖級別應適當降低。⑷圍巖的初應力狀態(tài)軟化圍巖；削減層間摩阻力促使巖塊滑動；具膨脹性的圍巖，遇水后產(chǎn)生膨脹等?；氐叵滤挠绊懰淼拦こ痰牡刭|(zhì)環(huán)境一3圍巖的穩(wěn)定性影響圍9、巖穩(wěn)定性的因素2.人為因素1）坑道尺寸和樣子尺寸：跨度越大，圍巖穩(wěn)定性越差樣子：圓形或橢圓形圍巖以壓應力為主，利于圍巖穩(wěn)定性矩形或梯形，頂板處的圍巖出現(xiàn)拉應力，不利于圍巖穩(wěn)定性2）支護結(jié)構(gòu)類型強支護：在脆弱、松散圍巖條件下利于圍巖穩(wěn)定性；。省略部分。檢測的一般原則：充分利用各種手段和方法，盡可能精確把握不良地質(zhì)的狀況；依據(jù)把握的不良地質(zhì)狀況，制定相應的檢測方案和處理措施;隨著施工揭露地質(zhì)，并依據(jù)施工安全性和支護措施的效果，準時修正檢測方案，保證檢測工作安全和隧道質(zhì)量。隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一一般原則在隧道工程中，往往會遇到斷層破裂帶、富水軟巖及大量涌水地段,這些地段往往不是單獨出現(xiàn)，不少狀況是同時存在的。因此三者之間既有聯(lián)系，又各有特點，其也是既有共性，又各有側(cè)重。隧道工程不10、良地質(zhì)現(xiàn)象一1富水斷層破裂圍巖斷層破裂帶是常見的不良地質(zhì)段,斷層帶內(nèi)巖體破裂，呈塊石、破裂或角礫狀，甚至呈斷層泥，巖體強度低，圍巖自穩(wěn)能力差，施工困難。其施工難度取決于斷層的性質(zhì)、斷層破裂帶的寬度、填充物、含水性和斷層本身的活動性以及隧道軸線和斷層構(gòu)造線方向的組合關(guān)系等因素。〔一）斷層破裂帶隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一1富水斷層破裂圍巖富水斷層破裂圍巖概況（一〕斷層破裂帶隧道中線與斷層帶的位置富水斷層破裂圍巖概況富水軟巖是指各類土質(zhì)、軟巖、極嚴重的風化的各種巖層、極脆弱破裂的斷層帶以及積累、坡積層，在富含地下水的狀況下，巖體強度很低，自穩(wěn)能力極差的圍巖。施工難度極大，俗稱"爛洞子〃。［二）富水軟巖隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一1富水斷層破裂圍巖大量涌水也是常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象。在雨11、量充足和地下水豐富的地區(qū)，隧道穿過斷層破裂帶、裂隙密集帶、不同巖層接觸帶或巖溶發(fā)育地段時，施工中往往會發(fā)生地下水和承壓水大量涌出的現(xiàn)象。（三）大量涌水隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一工富水斷層破裂圍巖（三）大量涌水烏鞘嶺隧道7號斜井洞內(nèi)涌水隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一1富水斷層破裂圍巖概念：膨脹巖是指土中粘土礦物成分主要由親水性礦物組成，同時具有吸水顯著膨脹軟化和失水收縮硬裂兩種特性且具有濕脹干縮往復變形的高塑性粘性土。確定膨脹性的親水礦物質(zhì)主要是蒙脫石粘土礦物?！惨唬┡蛎泿r概念隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一2膨脹巖膨脹巖判別標準：一是間接反應巖石膨脹指標；二是定量反應巖石膨脹力學指標。（一）膨脹巖概念隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象-2膨脹巖膨脹巖分級：按膨脹性的大小進行分級?！惨唬┡蛎泿r概念隧12、道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一2膨脹巖由于膨脹性巖層所具有的特征，在隧道開挖后不久即產(chǎn)生膨脹性壓力，往往發(fā)生如下一些現(xiàn)象：風化快速,挖出的土石塊很快酥散；坑道頂部及兩側(cè)常被擠壓，底部隆起；隨著時間的增長，支撐、襯砌往往發(fā)生嚴重的變形或破壞。（二）膨脹巖對隧道的危害隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象-2膨脹巖圍巖普遍開裂洞室下沉圍巖膨脹突出和坍塌隧道底部隆起襯砌變形和破壞〔二）膨脹巖對隧道施工的危害隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象-2膨脹巖隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一2膨脹巖擠壓性圍巖是高地應力作用下的軟巖。擠壓性脆弱圍巖在高地應力作用下發(fā)生擠壓大變形及破壞的特征不僅受圍巖本身力學性質(zhì)的影響,還與初始應力場狀況及工程因素有關(guān)。（一）概念隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象-3擠壓性圍巖變形量大變形速率快變形持續(xù)時間長13、〔二）擠壓性圍巖隧道變形特征隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象-3擠壓性圍巖隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一3擠壓性圍巖1）黃土及其分類①概念概念：在枯燥氣候條件下形成的一種具有褐黃、灰黃或黃褐等顏色并具有針狀大孔、垂直節(jié)理發(fā)育的特別性土。隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一4黃土隧道1〕黃土及其分類②分類黃土按形成年月分：隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象-4黃土隧道黃土按其物理性質(zhì)分：1）黃土及其分類②分類隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一4黃土隧道2）黃土地層對隧道施工的影響隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一4黃土隧道2）黃土地層對隧道施工的影響隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一4黃土隧道黃土坍塌隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一4黃土隧道我國是碳酸鹽分布極廣泛的國家，覆蓋及出露的碳酸鹽總面積約占我國領土面積的1/5o在巖溶地質(zhì)地區(qū)形成的14、各種溶蝕形式中，對隧道工程影響嚴重的主要是溶洞和暗河。本次主要介紹巖溶地質(zhì)最常見的溶蝕形式和對隧道工程影響最嚴重的溶洞問題。隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一5巖溶地質(zhì)溶洞（karstcave）是以巖溶水的溶蝕作用為主，間有潛蝕和機械塌陷作用而造成的基本沿水平方向延長的通道。溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種。死、干、小的溶洞比較簡單處理，而活、濕、大的溶洞處理方法則較為冗雜。（一）溶洞的類型隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一5巖溶地質(zhì)當隧道穿過可溶性巖層時，有的溶洞巖質(zhì)破裂，簡單發(fā)生坍塌；有的溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，隧道基底難于處理；有時遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥沙夾水大量涌入隧道?！捕┤芏磳λ淼朗┕さ挠绊懰淼拦こ滩涣嫉刭|(zhì)現(xiàn)象一5巖溶地質(zhì)有時遇到填滿飽含水分的充填物溶槽15、，坑道掘進至邊緣時，充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至地表開裂下沉，山體壓力劇增；有的溶洞、暗河迂回交叉、分支錯綜冗雜、范圍寬廣，處理十分困難。（二）溶洞對隧道施工的影響隧道內(nèi)施工過程遇到溶洞隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一5巖溶地質(zhì)巖溶對隧道工程的影響主要有四個方面：洞害水害洞頂?shù)乇沓料莸亟殉涮钗锛疤鄱┤芏磳λ淼朗┕さ挠绊懰淼拦こ滩涣嫉刭|(zhì)現(xiàn)象一5巖溶地質(zhì)隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一5巖溶地質(zhì)隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一5巖溶地質(zhì)隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一5巖溶地質(zhì)埋深較深的隧道工程，在高應力、脆性巖體中，由于施工爆破擾動原巖，巖體受到破壞，使掌子面附近的巖體突然釋放出潛能，產(chǎn)生脆性破壞，這時圍巖外表發(fā)生爆裂聲，隨之有大小不等的片狀巖塊彈射剝落出來，這種現(xiàn)象稱之為巖爆。〔一）巖16、爆的概念隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一6巖爆現(xiàn)象常見的巖爆以頂部或拱腰部位為多。圖中陰影部分表示即將暴落的巖片，斷續(xù)線條代表巖片在脫落之前巖體產(chǎn)生的裂縫。"A〃"B〃，表示即將暴落的巖塊?！惨唬r爆的概念隧道工程不良地質(zhì)現(xiàn)象一6巖爆現(xiàn)象巖爆在未發(fā)生前并