隧道工程第2版陈秋南电子课件教学课件 2第4章 隧道围岩分级及围岩压力.ppt

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1、第四章隧道围岩分级及围岩压力『4.1▎岩石的地质特征『4.2▎岩体的物理、力学性质『4.3▎隧道围岩分级隧道工程SUIDAOGONGCHENG『4.4▎围岩压力计算岩石是由具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体组成的。岩石的力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量。一般来说，含硬度大的粒柱状矿物（如石英、长石、角闪石、辉石等）越多，则岩石强度越高；含硬度小的片状矿物（如云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等）越多时，则岩石强度越低。『4.1▎岩石的地质特征『4.1.1▎岩石的物质组成隧道围岩指隧道周围一定范围内，对隧道稳定性能产生影响的岩（土）体。隧道围岩分级是正确进行隧道设计计

2、算及施工组织的基础。常见的硅酸盐类矿物:长石、辉石、角闪石、橄榄石及云母和粘土矿物等。这类矿物除云母和粘土矿物外，硬度大，呈粒、柱状晶形。因此，含这类矿物多的岩石如花岗岩、闪长岩及玄武岩等，强度高，抗变形性能好。但该类矿物在各种风化用力下，易风化成高岭石、水云母等。长石辉石角闪石橄榄石云母云母粘土矿物属层状硅酸盐矿物，主要有高岭石、水云母及蒙脱石三类，具薄片状或鳞片状构造，硬度小，含这类矿物多的岩石如粘土岩、粘土质岩，物理力学性质差，并具有不同程度的胀缩性。蒙脱石←高岭石碳酸盐类矿物是石灰岩和白云岩类的主要造岩矿物。物理力学性质取决于岩石中CaCO3及酸不溶物的含量。CaCO3含量越高，如

3、纯灰岩、白云岩等强度高、抗变形和抗风化性能都比较好。泥质含量高的，如泥质炭岩等，力学性质较差。←石灰岩白云岩氧化物类矿物以石英最常见，是地壳岩石的主要造岩矿物，呈等轴晶系，硬度大，化学性质稳定。石英含量增加，岩石的强度和抗变形性能都明显增强。石英岩石英岩岩石的矿物组成与其成因类型密切相关。岩浆岩物理力学性质一般都很好。沉积岩粗碎屑岩除与碎屑成分有关外，还取决于胶结物成分及其类型。细碎屑岩力学性质一般很差。变质岩浅变质力学性质较差。深变质力学性质较好。『4.1.2▎岩石的结构构造岩石结构：岩石内矿物颗粒大小、形状、粒间连接方式等岩石构造:矿物集合体之间排列方式，如沉积岩的微层状、变质岩的片状

4、.岩石的粒间连结结晶连结胶结连结结晶通过共用原子/离子使不同晶粒紧密接触，强度较高胶接通过胶接物，硅质>钙质>泥质『4.1.3▎岩石的风化程度分为5类，即全风化、强风化、弱/中风化、微风化和未风化风化程度确定通过定性指标和定量指标定性指标：颜色、破碎程度等定量指标：波速比Kv和风化系数Kf波速比为风化岩石与新鲜岩石的波速的比值风化系数为风化岩石与新鲜岩石的单轴抗压强的比值『4.1.4▎岩体的结构类型岩体由结构面及岩石组成。性质取决于结构面密度、连续性及其组合关系。分5类,整体块状、块状、层状、碎裂状、散体状『4.2▎岩石的物理力学性质『4.2.1▎岩石的物理性质岩石重度是指单位体积内岩石的

5、重量，单位为kN/m3。1．岩石的重度分干重度γd、天然重度γ和饱和重度γsat.岩石中的孔隙及裂隙统称为岩石的空隙。有开型空隙和闭型空隙之分。与此相对应，可把岩石的空隙率分为总空隙率（n）、开空隙率（no）及闭空隙率（nc）几种，各自的含义如下：2．岩石的空隙性(4-2)(4-3)(4-4)一般岩石空隙率系指总空隙率，常见岩石的空隙率见表4-3。一般来说，空隙率愈大，岩石的强度愈小、塑性变形和渗透性质进一步恶化。岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。常用吸水率与饱水系数指标表示。3．岩石的吸水性岩石的吸水率（wa）是指岩石试件在一个大气压和室温条件下自由吸入水的重量（W

6、w1）与岩样干重量（Ws）之比的百分率，即(4-5)岩石的吸水率大小主要取决于岩石中空隙和裂隙的数量、大小及其开启程度，同时还受到岩石成因、时代及岩性的影响。常见岩石的吸水率见表4-3。岩石的饱和吸水率（wsa）是指岩石试件在高压（一般压力15MPa）或真空条件下吸入水的重量（Ww2）与岩样干重量（Ws）之比的百分率，即(4-6)岩石的饱和吸水率是表示岩石物理性质的一个重要指标。它反映了岩石总开空隙的发育程度，可间接地用它来判定岩石的抗风化能力和抗冻性。饱水系数是指岩石的吸水率与饱和吸水率的比值。岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化系数（ηc）表示。即岩石试件的饱和抗压强度（R

7、c）与干抗压强度（σc）的比值，即:4．岩石的软化性(4-7)岩石的软化性取决于岩石的矿物组成与空隙性，常见岩石的软化系数见表4-3，由表可知，岩石均具有不同程度的软化性。一般认为，软化系数ηc<0.75的岩石是软化性较强和工程地质性质较差的岩石。『4.2.2▎岩石的强度性质岩石抵抗外力破坏的能力称为岩石的强度根据破坏时的应力类型，岩石的破坏有拉破坏、剪切破坏和流动三种基本类型。由于受力状态的不同，岩石的强度也不同，如单