围岩分类及围岩压力

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1、隧道工程力学原理第二章围岩分级及围岩压力第一节围岩的工程性质一、围岩、岩石和岩体的概念隧道围岩：是指地壳中受隧道开挖影响的那一部分岩体，或是指对隧道稳定性有影响的那一部分岩体。从力学分析的角度来看，围岩的边界应划在因开挖隧道而引起的应力变化可以忽略不计的地方，或者说在围岩的边界上因开挖隧道而产生的位移应该为零，这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。围岩的工程性质，一般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学性质。而对围岩稳定性最有影响的则是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。围岩既可以是岩体，也可以是土体。岩体被许许多多不同方向、不同规模

2、的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等、形状各异的各种块体（称结构体）。从岩体构造—力学特性上看，大体上可分为无裂隙岩体和裂隙岩体两大类。地下工程在多数情况下是修筑在裂隙岩体中的。岩体是由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。岩体的力学性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特性以及结构面的特性。环境因素尤其是地下水和地温对岩体的力学性质影响也很大。结构面把岩体分割成各种类型和尺寸的岩块，因此，岩体也可以说是各种类型和尺寸的岩块的集合体。它们在初始应力场下，彼此联锁在一起而处于平衡状态。因此，岩体是由下述几部

3、分构成的：a)不同尺寸和类型的岩块；b)结构面；c)岩块间的充填物。在各种类型的结构面中，结构弱面对岩体稳定性影响很大。有些虽然是结构面，但不一定是软弱面，如硅质、钙质胶结的节理面、岩脉接触面等，它们的强度很大。因此，软弱面基本上是指那些断层、剪切带、破碎带、泥质充填的节理、软弱夹层等控制岩体强度的结构面，其强度较岩石强度低。岩体的天然不均质性及各向异性也是它的显著特征。岩体与岩石相比，两者有着很大的区别。和工程问题的尺度相比，岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质，而岩体则具有明显的非均质性、不连续性和各向异性。关于岩体的力学性质

4、，包括变形破坏特性和强度，一般都需要在现场进行原位试验才能获得较为真实的结果。岩体和岩石的变形、破坏机理是很不相同的，前者主要受宏观的结构面所控制，而后者则受岩石的微裂隙所制约。因而岩体的强度要比岩石的强度低得多，并具有明显的各向异性。一般情况下，岩体的抗压强度只有岩石抗压强度的70～80％，结构面发育的岩体，仅有5～10％。目前通常采用下式经验地初步估计岩体的强度：式中—岩体强度；—岩石强度；—岩石强度降低系数估计岩体强度的关键是如何确定岩石强度降低系数值。目前有多种方法进行判定。如前苏联建议的值，列于下表，供参考。岩体强度降低系数值岩体

5、状态层厚大于1.0m，有一组裂隙，间距1.5m0.9层厚大于0.5-1.0m，不超过2组裂隙，间距1-1.5m0.7层厚大于0.5-1.0m，有3、4组裂隙，间距0.5-1.0m0.5层厚小于0.5m，裂隙小于6组，间距小于0.5m0.3层厚小于0.3m，裂隙小于6组，间距小于0.3m0.1-0.2二、岩体结构分类及其破坏特征根据不同岩体对岩体力学性质和围岩稳定性的影响(称为岩体的结构效应)，工程地质学中把岩体划分为四大种结构类型：Ⅰ.整体结构、块状结构Ⅱ.层状结构、板状结构Ⅲ.碎裂结构、镶嵌结构、层状碎裂结构Ⅳ.散体结构整体结构岩体的变形

6、主要是结构体的变形，其重要特征是横向应变与纵向应变之比小于0.5，破坏前的变形是连续的，在低围压作用下多为脆性破裂，高围压时为塑性剪切破坏。块状和层状结构岩体的变形主要是结构面的变形，故其变形特性一般不用变形模量，而常用刚度系数来表示。岩体的破坏则是沿软弱结构面滑动，应力传播具有明显的不连续性。碎裂和散体结构岩体的变形，开始是将裂隙或孔隙压密，随后是结构体变形，并伴随有结构面张开。破坏形式主要为剪切破裂和塑性变形。应力传播与岩体结构特征关系十分密切，并具有不连续性，随着围压的提高很快就转化为连续的。三、隧道围岩失稳破坏性态隧道围岩失稳破坏大

7、致有以下五种情况：1．脆性破裂整体状和块状结构岩体，仅产生局部掉块或岩爆2．块状运动块状或层状岩体，向临空面运动，逐渐形成块体塌落、滑动、转动、倾倒以及块体挤出等失稳破坏性态。在支护结构和围岩之间如有较大空隙而又未回填密实或根本没有回填，块体运动可能对支护结构产生冲击荷载，而使之破坏。3．弯曲折断破坏层状岩体尤其是有软弱夹层的互层岩体，由于层间结合力差，易于错动，所以抗弯能力较低。洞顶岩体受重力作用易产生下沉弯曲，进而张裂、折断形成塌落体。边墙岩体在侧向水平力作用下弯曲变形而鼓出，也将对支护结构产生压力，严重时可使支护结构折断而塌落。4．松

8、动解脱碎裂结构岩体基本上是由碎块组合而成的，在张拉力、单轴压力、振动力作用下容易松动，溃散(解脱)而成碎块脱落。一段在洞顶表现为崩塌，在边墙则为滑塌、坍塌。5．塑性变形和剪切破坏