隧道圍巖分級及圍巖壓力

1、,隧道工程,,第5章 隧道圍巖分級與圍巖壓力,重慶交通大學(xué) 隧道及巖土工程系2012年10月,本章學(xué)習(xí)要求：（1）掌握公路隧道圍巖分級方法；（2）掌握公路隧道圍巖壓力計(jì)算方法；（3）理解影響圍巖穩(wěn)定性的因素；,,5.1 隧道圍巖分級及其作用 5.2 圍巖壓力的確定 5.3 影響圍巖穩(wěn)定性的因素,本章主要內(nèi)容,,● 圍巖：隧道周圍一定范圍內(nèi)，對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的巖體● 圍巖壓力：是指隧道

2、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)的主要荷載之一。其性質(zhì)、大小、方向以及發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，對正確地進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)與施工有很重要的影響?！?地質(zhì)環(huán)境：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、開挖隧道前就存在于地層中的原始地應(yīng)力狀態(tài)、地溫梯度等 。,5.1 隧道圍巖分級及其應(yīng)用● 目前，隧道圍巖分級是隧道設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)（工程類比法就是建立在圍巖分級的基礎(chǔ)上的）。,認(rèn)識事物的同一性和差異性的方

3、法就是將事物進(jìn)行分類和分級● 圍巖分類: 主要突出同一性,是質(zhì)的定性評價(jià),強(qiáng)調(diào)的是屬性特征.● 圍巖分級: 主要突出差異性,是量的界定,強(qiáng)調(diào)的是等級特征.,,● 圍巖分級的目的 ① 作為選擇施工方法的依據(jù)； ② 進(jìn)行科學(xué)管理及正確評價(jià)經(jīng)濟(jì)效益； ③ 確定結(jié)構(gòu)上的荷載（松散荷載）； ④ 給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸； ⑤ 制定勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)等；,● 人們對圍巖的認(rèn)識是不斷深入的,土石方工程

4、分類法(開挖難易程度),,巖石的堅(jiān)固性來分類: 如堅(jiān)固性系數(shù)f,,RQD,,從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分類來代替多年沿用的堅(jiān)固性為基礎(chǔ)的分類,,從分級指標(biāo)方面：,大多數(shù)從定性描述,,經(jīng)驗(yàn)判斷,定量描述,● 以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)進(jìn)行分級是隧道圍巖分類的總趨勢。,,1、隧道圍巖分級的因素指標(biāo)及其選擇 圍巖分級的指標(biāo)，主要考慮影響圍巖穩(wěn)定性的因素或其組合的因素. ⑴ 單一的巖性指標(biāo) ⑵ 綜合巖性指標(biāo),⑴ 單一的巖性指標(biāo)

5、 ● 巖石的單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度作為基本的分級指標(biāo)，具有試驗(yàn)簡單，數(shù)據(jù)可靠的優(yōu)點(diǎn)； ● 巖石的抗壓和抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等物理力學(xué)參數(shù) ； ● 巖石的抗鉆性、抗爆性等工程指標(biāo)。,⑵ 綜合巖性指標(biāo) ● 巖體的彈性波傳播速度：該指標(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，通常用巖體的完整性系數(shù)Kv來評價(jià),即,,巖體完整程度劃分為完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎等5類(下表)。,,● 巖石質(zhì)量指標(biāo)(R

6、QD)：是綜合反映巖體的強(qiáng)度和巖體的破碎程度的指標(biāo)。巖石質(zhì)量指標(biāo)是指鉆探時(shí)巖心復(fù)原率，或稱為巖芯采取率: RQD（％）＝ 10cm以上巖芯累計(jì)長度×100 單位鉆孔長度,,● 巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD) 巖石質(zhì)量指標(biāo)分級認(rèn)為： RQD > 90％ 為優(yōu)質(zhì)； 75％ < RQD < 90％ 為良好； 50％ < R

7、QD < 75％ 為好； 25％ < RQD < 50％ 為差； RQD < 25％ 為很差,● 圍巖的自穩(wěn)時(shí)間 ：從隧道開挖到頂部開始發(fā)生可察覺的移動(dòng)、松弛所經(jīng)歷的時(shí)間，被認(rèn)為是綜合巖性指標(biāo)。勞費(fèi)(H.Lauffer)認(rèn)為隧道圍巖的自穩(wěn)時(shí)間ts可用下式表示： ts=常數(shù)×L－(1＋a) 式中：L－隧道未支護(hù)地段的長度； a－視圍巖情

8、況在0～1之間變化，好的巖體可取a =0;極差的a = 1,勞費(fèi)(H.Lauffer)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： 穩(wěn)定的、易掉塊的、極易掉塊的、破碎的、很破碎的、有壓力的、有很大壓力等七級,● 巖體質(zhì)量指標(biāo)（Q指標(biāo)）,Q＝(RQD/Jh)(Jr/Ja)(Jw /SRF),RQD － 巖石質(zhì)量指標(biāo)；Jh－ 節(jié)理組數(shù)目，巖體愈破碎，Jh取值愈大；Jr－ 節(jié)理粗糙度，節(jié)理愈光滑，Jr取值愈小；Ja－ 節(jié)

9、理蝕變值，蝕變愈嚴(yán)重，Ja取值愈大； Jw － 節(jié)理含水折減系數(shù)，節(jié)理滲水量愈大，水壓愈高，Jw取值愈小SRF －應(yīng)力折減系數(shù)，初始應(yīng)力愈高，SRF取值愈大,( RQD/Jh) ——表達(dá)了巖體的巖塊大小(Jr/Ja) ——表示了巖體的巖塊強(qiáng)度(Jw / SRF) ——表示了巖體的作用應(yīng)力。,● 指標(biāo)的選擇 ⑴ 首先選擇對隧道圍巖穩(wěn)定性有重大影響的因素指標(biāo)； ⑵ 選擇測試設(shè)備簡單、人為因素小、科

10、學(xué)性強(qiáng)的定量指標(biāo)； ⑶ 選擇指標(biāo)要有一定的綜合性。,2、隧道圍巖分級的方法 現(xiàn)行的許多圍巖分級方法中，分類基本要素大致有三大類： 第I類：與巖性有關(guān)的要素。其分類指標(biāo)是采用巖石強(qiáng)度和變形性質(zhì)等：如巖石的單軸抗壓強(qiáng)度、變形模量或彈性波速等。,第II類：與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素。其分類指標(biāo)采用諸如巖石的質(zhì)量指標(biāo)、地質(zhì)因素平分法等，這些指標(biāo)實(shí)質(zhì)上是對巖體完整性或結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評價(jià)。這類指標(biāo)在劃分圍巖的級別中一般占有重要地位；

11、第III類：與地下水有關(guān)的要素。,目前國內(nèi)外圍巖的分級方法，考慮上述三大基本要素，按其性質(zhì)主要分為：⑴ 以巖石強(qiáng)度或物理指標(biāo)為代表的分級方法⑵ 以巖體構(gòu)造特征為代表的分級方法⑶ 以地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級方法⑷ 組合多種因素的分級方法⑸ 以工程對象為代表的分級法,⑴ 以巖石強(qiáng)度或物理指標(biāo)為代表的分級方法： ①按巖石強(qiáng)度為單一巖性指標(biāo)的分級法:把巖石分為堅(jiān)石、次堅(jiān)石、松石及土 ② 以巖石的物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分級方法

12、：具有代表意義的是我國工程界廣泛采用的巖石堅(jiān)固系數(shù)“f”值分級法； ● 優(yōu)點(diǎn)：指標(biāo)單一，使用方便； ● 缺點(diǎn)：不能全面反映巖體固有的性態(tài)。,⑵ 以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分級方法： ① 這類分級法以泰沙基分級法為代表 這類分類法是早期提出的，僅把不同巖性、不同構(gòu)造條件的圍巖分成九類，每類都有一個(gè)相應(yīng)的地壓范圍值和支護(hù)措施建議。這類分類法曾長期被各國采用，至今仍有廣泛的影響。,② 以巖體綜合物性為指標(biāo)的分級法

13、 60年代我國在積累大量鐵路隧道修建經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了以巖體綜合物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的“巖體綜合分類法”，并于1975年經(jīng)修正后正式作為鐵路隧道圍巖分類方法。 ● 優(yōu)點(diǎn)： 正確的考慮了地質(zhì)構(gòu)造特征、風(fēng)化狀況、地下水情況等多因素對圍巖的影響。 ● 缺點(diǎn)：分級指標(biāo)缺乏定量描述。,⑶ 以地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級方法： ① 按彈性波（縱波）速度的分級方法 圍巖彈性波速度是判斷巖性、巖體結(jié)構(gòu)的綜合指標(biāo)，

14、它既可反映巖石軟硬，又可表達(dá)巖體結(jié)構(gòu)的破碎程度。1970年前后，日本提出按圍巖彈性波速度進(jìn)行分類，我國從1986年起，也開始將圍巖彈性波（縱波）速度引入我國圍巖分類法中。,⑶ 以地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級方法：② 以巖石質(zhì)量為指標(biāo)的分級方法——R.Q.D.方法 ● 優(yōu)點(diǎn)：考慮了多種因素的影響，但分級指標(biāo)大體上是半定量的。 ● 缺點(diǎn)：分級的判斷還帶有一定的主觀性。,⑷ 組合多種因素的分級方法 評價(jià)一種巖體的好壞，

15、既要考慮地質(zhì)構(gòu)造、巖性、巖石強(qiáng)度，還要考慮施工因素，如掘進(jìn)方向與巖層之間的關(guān)系、開挖斷面的大小等。 比較完善的是1974年挪威地質(zhì)學(xué)家巴頓等人提出的“巖體質(zhì)量——Q”的分類方法。巖體質(zhì)量值Q實(shí)質(zhì)上是巖塊尺寸、抗剪強(qiáng)度和作用力復(fù)合指標(biāo)，根據(jù)不同的Q值，可將巖體進(jìn)行分類。,⑸ 以工程對象為代表的分級法：這類分級法如專門適用于噴錨支護(hù)的原國家建委頒布的圍巖分級法(1979年)、蘇聯(lián)在巴庫修建地下鐵道時(shí)所采用的圍巖分級法(1966年

16、)等 ● 優(yōu)點(diǎn)：目的明確，使用方便，能指導(dǎo)施工 ● 缺點(diǎn)：分級指標(biāo)以定性描述為主，人為因素較大。,圍巖的分級方法有以下幾方面的發(fā)展趨勢：⑴ 分級應(yīng)主要以巖體為對象。巖體則包括巖塊和各巖塊之間的軟弱結(jié)構(gòu)面。因此分類應(yīng)重點(diǎn)放在巖體的研究上⑵ 分級宜與地質(zhì)勘探手段有機(jī)的聯(lián)系起來有一個(gè)方便而又可靠的判斷手段。隨著地質(zhì)勘探技術(shù)的發(fā)展，這將使分類指標(biāo)更趨定量化。⑶ 分級要有明確的工程對象和工程目的。⑷ 分級宜逐漸定量化。,值

17、得注意，近年國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者提出采用模糊數(shù)學(xué)分級；根據(jù)隧道周邊量測的收斂值分級；采用人工智能－專家系統(tǒng)分類等建議，這些設(shè)想都將使圍巖分級方法日趨完善。,3、我國公路隧道圍巖分級 ⑴ 公路隧道圍巖分級的出發(fā)點(diǎn) ● 強(qiáng)調(diào)巖體的地質(zhì)特征的完整性和穩(wěn)定性；● 分級指標(biāo)應(yīng)采用定性和定量指標(biāo)結(jié)合方式；● 明確工程目的和內(nèi)容，并提出相應(yīng)的措施；● 分級應(yīng)簡明，便于使用；● 考慮吸收其它圍巖分級優(yōu)點(diǎn)，并盡量和我國其它工程分級一致。,3、我國公

18、路隧道圍巖分級 ⑵ 考慮分級的指標(biāo)和因素 ● 巖體的結(jié)構(gòu)特征與完整狀態(tài) ● 考慮巖石強(qiáng)度圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ,當(dāng) 取當(dāng) 取,● 地下水 在公路隧道圍巖的分級中，遇有地下水時(shí)，一般的處理采用降級的方法 ① 整體的硬質(zhì)巖石中，一般的地下水對其穩(wěn)定性影響不大，不考慮降級； ② 塊狀硬質(zhì)巖和整體軟質(zhì)巖中，地下水將影響其穩(wěn)定性，產(chǎn)生局部坍塌，或軟化軟弱結(jié)構(gòu)

19、面，圍巖分級時(shí)一般可酌情降低1級；,③ 碎石狀松散結(jié)構(gòu)巖體，裂隙中有泥質(zhì)充填物，地下水對穩(wěn)定性影響很大，可根據(jù)地下水的性質(zhì)、水量、滲流條件、動(dòng)水和靜水壓力等情況，可降低1～2級； ④ 強(qiáng)烈的斷裂帶，或軟塑性粘土和潮濕的粉細(xì)砂，分類時(shí)已考慮了一般含水地質(zhì)情況的影響 ，不再降級。,⑶ 公路隧道圍巖分級 ● 根據(jù)以上對分級因素和指標(biāo)，公路隧道圍巖分級將圍巖分為六級； ● R.Q.D、巖體彈性波（縱波）速度、巖體完整

20、性系數(shù)的分級法。,⑶ 公路隧道圍巖分級,⑷ 隧道施工圍巖分級 ● 施工階段圍巖判定具有直接性、可靠性、重要性特征，因此，施工階段圍巖級別的判定是一個(gè)重要而現(xiàn)實(shí)的問題?！?評定因素采用圍巖堅(jiān)硬程度、圍巖完整性程度、和地下水狀態(tài)三項(xiàng)因素，細(xì)分為十三個(gè)子因素， 即3－13評定;,⑷ 隧道施工圍巖分級 即3－13評定,在三個(gè)因素中，最困難的是圍巖完整性程度的評定，重點(diǎn)是如何根據(jù)掌子面的地質(zhì)數(shù)據(jù)評價(jià)圍巖的完整程度。 根據(jù)對國內(nèi)外

21、施工階段圍巖分級的調(diào)查，應(yīng)采用多種方法對圍巖完整程度進(jìn)行分級，采用定性和定量相結(jié)合的方法，如可采用下圖的指標(biāo) ：,5.2 圍巖壓力的確定,1、圍巖壓力的概念 ● 圍巖壓力：是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。它包括由地應(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。從狹義上來理解，圍巖壓力是指圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力。在工程中一般研究狹義的圍巖壓力。,● 圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為： ⑴ 松散

22、壓力： ⑵ 形變壓力： ⑶ 膨脹壓力： ⑷ 沖擊壓力：,⑴ 松散壓力：常通過下列三種情況發(fā)生： ① 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； ② 在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)片幫冒落； ③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。,⑵ 形變壓力：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，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸

23、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)。 ⑶ 膨脹壓力：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)別在于它是由吸水膨脹引起的。,⑷ 沖擊壓力：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，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，易于積累大量的彈性變形能，一旦遇到適

24、宜條件，就會(huì)突然猛烈的大量釋放。,2、圍巖松散壓力的產(chǎn)生 開挖隧道所引起的圍巖松動(dòng)和破壞的范圍有大有小，對于一般裂隙巖體中的深埋隧道，其波及范圍僅局限在隧道周圍一定深度，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖松散壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆巖層自重所造成的壓力，這可用圍巖的“成拱作用”來解釋。,圍巖松動(dòng)壓力的形成,(a) 變形階段,(b) 松動(dòng)階段,(c) 塌落階段,(d) 成拱階段,⑴ 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

25、裂紋，可視為變形階段； ⑵ 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)樗蓜?dòng)，可視為松動(dòng)階段； ⑶ 頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步坍塌，可視為坍塌階段； ⑷ 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。,自然拱的范圍的大小除受上述的圍巖地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)時(shí)間、剛度以及它與圍巖的接觸狀態(tài)外，還取決于以下諸因素： ⑴ 隧道的形狀和尺寸：隧道拱圈越平坦，跨度越大，則自然拱越

26、高，圍巖松散壓力也越大；,⑵ 隧道的埋深：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)慣上稱這種隧道為深埋隧道，否則為淺埋隧道。 ⑶ 施工因素：如爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)，常常是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)，加大自然拱范圍。,地層負(fù)溫度,3、圍巖壓力的確定方法 圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法： ● 直接量測法 ● 經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法 ●

27、 理論估算法,● 直接量測法： 是一種切合實(shí)際的方法，對隧道工程而言，也是研究發(fā)展的方向；但由于受量測設(shè)備和技術(shù)水平的制約，目前還不能普遍常用。,● 經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法： 是根據(jù)大量以前工程的實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，按不同圍巖分級提出圍巖壓力的經(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。是目前使用較多的方法。,● 理論估算法：是在實(shí)踐的基礎(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，影響圍巖壓力的因素多，企圖建立一種完善

28、的和適合各種實(shí)際情況的通用圍巖壓力理論及計(jì)算方法是困難的。,⑴ 深埋隧道圍巖壓力的確定(工程類比法) 圍巖豎向勻布壓力q 按下式計(jì)算： q = 0.45 ×2 s-1×γω (kN/m2) 式中 ：S—圍巖級別，如屬II級，則S＝2； γ— 圍巖容重， (kN/m3)； ω＝1+ i(B-5) — 寬度影響系數(shù)； B — 隧道寬度,(m）； i

29、—以B＝5m為基準(zhǔn)，B每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率。 當(dāng)B 5m,取i ＝0.1。,⑴ 深埋隧道圍巖壓力的確定(工程類比法) q = 0.45 ×2 s-1×γω (kN/m2) ● 適用條件 ① H/B < 1.7， 式中H為隧道高度； ② 深埋隧道； ③ 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般隧道； ④ 采用鉆爆法施工的隧道。,● 圍巖的水平勻布壓力e 的確

30、定，按下表中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,● 鐵路新規(guī)范： q＝γh h=0.41×1.79S 這是全國1046座鐵路隧道得出的經(jīng)驗(yàn)公式，其中S —新規(guī)范圍巖的分級。 注：鐵路隧道跨度小于公路隧道,圍巖壓力分布特征,作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載是很不均勻的，這是因?yàn)樵冖窦壖阿蚣墖鷰r中，局部塌方是主要的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，圍巖豎向松動(dòng)壓力的分布圖形大致可以概括為以下六種，如圖所示。,⑵ 淺埋隧道圍巖松散

31、壓力的計(jì)算① 深、淺埋隧道的判定原則 ● 隧道埋深不同，確定圍巖壓力的計(jì)算方法不同，應(yīng)以隧道頂部覆蓋層能否形成“自然拱”為原則。,● 深埋隧道圍巖松散壓力值是以施工坍方平均高度(等效荷載高度值)為根據(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)，這個(gè)深度通常為2～2.5倍的坍方平均高度值,① 深、淺埋隧道的判定原則 Hp＝（2～2.5）hq 式中:Hp—深淺埋隧道分界深度;

32、hq—荷載等效高度，按下式計(jì)算： hq＝q/γ q —深埋隧道豎向均布壓力 kN／m2； γ —圍巖容重（kN／m2）。,在礦山法施工的條件下I～Ⅲ級圍巖取 Hp＝2hqⅣ～Ⅵ級圍巖取 Hp＝2.5hq 當(dāng)隧道覆蓋層厚度H≥Hp時(shí)為深埋， H＜Hp時(shí)為淺埋,② 淺埋隧道圍巖壓力的確定方法● 埋深

33、(H)小于或等于等效荷載高度hq時(shí)，荷載視為均布豎向壓力 q = γH式中: q—?jiǎng)虿疾钾Q向壓力； γ—深度上覆圍巖容重； H—隧道埋深，抬隧道頂至地面的距離。,② 淺埋隧道圍巖壓力的確定方法 側(cè)向壓力e，按勻布考慮時(shí)，其值為： e = γ(H + 1/2 Hi)tan2(450–Φ/2)式中: e —側(cè)向勻布壓力； γ —圍巖容重，以kN/m3計(jì)； H

34、 —隧道埋深，以m計(jì)； Hi —隧道高度，以m計(jì)； Φ 一圍巖計(jì)算摩擦角，可查有關(guān)規(guī)范。,●埋深大于hq、小于等于Hp時(shí),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=滑動(dòng)巖體重量－滑面上的阻力,q淺 ＝ Q淺/B = γH（1－H/B·λtanθ） e=γ(H＋h) λ/2式中λ一側(cè)壓力系數(shù) ，即：λ=(tanβ-tanΦ)/｛tanβ[1+tanβ(tanΦ- tanθ) +t

35、anΦtanθ]｝ tanβ = tanΦ+｛(tan2Φ+1)tanΦ/(tanΦ-tanθ)｝1/2,⑶ 圍巖壓力的現(xiàn)場量測 現(xiàn)場實(shí)測圍巖壓力的方法很多，可歸納為兩類： 直接量測 間接量測,●直接量測：主要采用儀器為壓力盒、壓力傳感器等設(shè)備。 壓力盒按工作原理分為以下三類： ①機(jī)械作用式 ②電測式 ③液壓式目前使用較多的是鋼弦式壓力盒。,鋼弦式測試技術(shù)屬于“非電量電測法”的范

36、疇，測試工作系統(tǒng)一般由鋼弦式傳感器和鋼弦頻率測定儀組成。測試系統(tǒng)如圖：,●鋼弦式傳感器的基本原理 由鋼弦內(nèi)應(yīng)力的變化轉(zhuǎn)化為鋼弦振動(dòng)頻率的變化。鋼弦應(yīng)力和振動(dòng)頻率的關(guān)系如下：,式中：為鋼弦振動(dòng)頻率 為鋼弦的長度 為鋼弦的密度 為鋼弦所受的張拉應(yīng)力,● 間接量測：利用量測隧道襯砌的應(yīng)變、變形來推算作用在其上的圍巖壓力的方法，即間接量測法。如電阻應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)變計(jì)、遙測應(yīng)變計(jì)、混凝土應(yīng)變

37、磚等,5.3 影響圍巖穩(wěn)定性的因素,隧道圍巖分級是對隧道開挖后，圍巖穩(wěn)定程度的分級和評價(jià)。圍巖分級的因素，也就是影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素。 影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素一般認(rèn)為有兩類：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，或稱為人為因素。,1、地質(zhì)因素的影響 ⑴ 巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài) ⑵ 巖石的工程性質(zhì) ⑶ 地下水的作用和影響 ⑷ 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài),⑴ 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

38、，在地質(zhì)因素的影響中起著主要作用。 ● 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 ● 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，二是這些巖塊的組合形態(tài)。,⑵ 巖石的工程性質(zhì) ● 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。 ● 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)度意義是不大的。● 巖石強(qiáng)度在完整的巖體中是起主要作用的。,⑶ 地下水的作用和影響 ● 使巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，

39、對軟巖尤為明顯，對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。,⑷ 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài) 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)對巖體的構(gòu)造和力學(xué)特征是有一定影響的。因此，在圍巖分級中，如何根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的特征引進(jìn)初應(yīng)力的影響，是需要進(jìn)一步研究的問題。,2、設(shè)計(jì)和施工因素，或人為

40、因素 人為因素也是造成隧道喪失穩(wěn)定的重要條件,⑴ 隧道的形狀和尺寸，尤其是跨度影響較為顯著 在同類圍巖中，跨度愈大，隧道圍巖的穩(wěn)定性就愈差,⑵ 支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及支護(hù)時(shí)間 ● 隧道自穩(wěn)時(shí)間：是指從開挖后到頂部開始發(fā)生可以察覺到的移動(dòng)、松弛時(shí)為止所經(jīng)歷的時(shí)間?！?圍巖的自穩(wěn)時(shí)間對隧道圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。,⑶ 施工方法 在同類巖體中，采用普通爆破法施工和控制爆破法施工，采用礦山法施工和盾構(gòu)法或掘進(jìn)機(jī)施工

41、，采用大斷面開挖和小斷面分部開挖，對隧道穩(wěn)定性的影響都不相同且相差較大。,⑷ 隧道的埋深 隨著埋深的增加，初始應(yīng)力場也隨之增大，因此，在施工過程中也可能出現(xiàn)諸如巖爆或大變形現(xiàn)象。因此，在高應(yīng)力場或極高應(yīng)力場的條件下，圍巖級別應(yīng)適當(dāng)降低。,隧道圍巖穩(wěn)定性與圍巖分級是息息相關(guān)的。隧道穩(wěn)定性的分類對選擇和確立圍巖的分級指標(biāo)有直接意義。,習(xí)題： 某公路隧道進(jìn)口30米處圍巖是IV級，容重25kN/m3，開挖斷面寬度12米，隧道上