8地下洞室工程地質(zhì)

1、第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)考試大綱考試大綱熟練掌握地下洞室選線（址）的工程地質(zhì)要求。熟練掌握常用的圍巖分類方法及其適用性，特別是水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范GB50287推薦的分類方法。熟練掌握影響圍巖穩(wěn)定性的地形地質(zhì)因素及圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。了解地下洞室超前預(yù)報(bào)方法、支護(hù)加固處理措施及適用條件。了解地下洞室圍巖的主要監(jiān)測內(nèi)容和布置原則。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)選線要求選線要求 1、地形、地形地形完整、山體穩(wěn)定，無深切沖溝等，地形完整、山體穩(wěn)定，無深切沖溝等，無滑坡、塌方等不良地質(zhì)現(xiàn)象。無滑坡、塌方等不良地質(zhì)現(xiàn)象。 2、巖性、巖性地下洞室應(yīng)盡量避開巖性條件

2、差的圍地下洞室應(yīng)盡量避開巖性條件差的圍巖，使洞身置于堅(jiān)硬完整的巖體中。巖，使洞身置于堅(jiān)硬完整的巖體中。 3、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)構(gòu)造洞室應(yīng)選在巖體結(jié)構(gòu)完整、地質(zhì)洞室應(yīng)選在巖體結(jié)構(gòu)完整、地質(zhì)構(gòu)造簡單的地段，盡量避開大的構(gòu)造破碎帶。洞室構(gòu)造簡單的地段，盡量避開大的構(gòu)造破碎帶。洞室軸線宜與構(gòu)造線、巖層走向垂直或大角度相交。軸線宜與構(gòu)造線、巖層走向垂直或大角度相交。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)選線要求選線要求 4、地下水、地下水應(yīng)盡量將洞室置于非含水巖層中或應(yīng)盡量將洞室置于非含水巖層中或地下水位以上，或采取地下排水措施，避免或減少地下水位以上，或采取地下排水措施，避免或減少滲透壓力對(duì)圍巖穩(wěn)

3、定的影響。滲透壓力對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響。 5、地應(yīng)力、地應(yīng)力洞室軸線布置最好與最大主應(yīng)力方洞室軸線布置最好與最大主應(yīng)力方向平行或以小夾角相交。向平行或以小夾角相交。洞室圍巖上覆巖體最小厚度的確定洞室上覆圍巖最小厚度與洞徑、巖體完整性及巖石強(qiáng)度有關(guān)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，無壓隧洞上覆巖體最小厚度與洞徑（B）的關(guān)系如下：堅(jiān)硬巖石 （1.01.5）B中硬巖石 （1.52.0）B軟弱巖石 （2.03.0）B對(duì)于高內(nèi)水壓力洞段，上覆巖體及側(cè)向巖體厚度要滿足上抬理論。上抬理論假定圍巖的承載能力完全由巖體的覆蓋厚度決定，假定圍巖的承載能力完全由巖體的覆蓋厚度決定，而不考慮構(gòu)造應(yīng)力場及洞徑大小等因素。而不考慮構(gòu)造應(yīng)力場及

4、洞徑大小等因素。經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則：有壓隧洞必須有足夠厚度的上覆巖體，經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則：有壓隧洞必須有足夠厚度的上覆巖體，并具有承受內(nèi)水壓力的能力。并具有承受內(nèi)水壓力的能力。水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定上覆巖體水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定上覆巖體“按洞內(nèi)靜水壓按洞內(nèi)靜水壓力小于洞頂以上圍巖重量的要求確定力小于洞頂以上圍巖重量的要求確定”即：即：式中式中h計(jì)算點(diǎn)上的上覆巖體的厚度；計(jì)算點(diǎn)上的上覆巖體的厚度；p計(jì)算點(diǎn)計(jì)算點(diǎn)的內(nèi)水壓力；其余兩項(xiàng)分別為水和巖石的密度。的內(nèi)水壓力；其余兩項(xiàng)分別為水和巖石的密度。rph第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)圍巖分類方法圍巖分類方法常用的圍巖分類方法常用的圍巖分類方法 GB50287

5、99規(guī)定的圍巖分類方法規(guī)定的圍巖分類方法 普氏分類法 中科院地質(zhì)所圍巖分類 挪威的Q系統(tǒng)分類法 地質(zhì)力學(xué)分類法（RMR） 新奧法第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)圍巖分類方法（普氏）圍巖分類方法（普氏）式中：式中：R Rc c巖石單軸抗壓強(qiáng)度，巖石單軸抗壓強(qiáng)度，Mpa f 20 20 為為1 1級(jí)，最堅(jiān)固；級(jí)，最堅(jiān)固； f 0.30.3為第為第1010級(jí)，最軟級(jí)，最軟弱（詳見下表）。弱（詳見下表）。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：形式簡單，使用方便。形式簡單，使用方便。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：未考慮巖體的完整性、巖體結(jié)構(gòu)特征對(duì)穩(wěn)定性影：未考慮巖體的完整性、巖體結(jié)構(gòu)特征對(duì)穩(wěn)定性影響，故不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)巖體的穩(wěn)定性。響，故

6、不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)巖體的穩(wěn)定性。10cRf 普氏分類法普氏分類法 以巖石試件的單軸抗壓強(qiáng)度作為分類依據(jù)，根據(jù)以巖石試件的單軸抗壓強(qiáng)度作為分類依據(jù)，根據(jù)普氏堅(jiān)固性系數(shù)普氏堅(jiān)固性系數(shù) f 將巖石分為十級(jí)。將巖石分為十級(jí)。 f 值越大，巖體值越大，巖體越穩(wěn)定。越穩(wěn)定。普氏圍巖分類表分級(jí)堅(jiān)硬程度主要巖性堅(jiān)固系數(shù)f極堅(jiān)硬石英巖、玄武巖20很堅(jiān)硬花崗巖、石英斑巖、石英砂巖15堅(jiān)硬很硬的砂巖、石灰?guī)r、大理巖、白云巖108相當(dāng)堅(jiān)硬砂巖、片巖65普通很硬的砂巖、片巖和石灰?guī)r、泥灰?guī)r43相當(dāng)軟泥灰?guī)r、軟片巖、白堊、石膏32軟巖密實(shí)巖土、粘壤土、砂礫10.8土質(zhì)地層耕植土、泥炭、濕砂0.6散粒巖體砂、濕礫、松散土0.5流

7、砂流砂、沼澤土、含水黃土0.3第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)圍巖分類方法圍巖分類方法GB5028799規(guī)定的圍巖分類方法基礎(chǔ)判據(jù)控制圍巖穩(wěn)定的巖石強(qiáng)度、巖體完整程度、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)、地下水和主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀五項(xiàng)因素之和的總評(píng)分，限定判據(jù)圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比S提出了相應(yīng)的支護(hù)類型。圍巖穩(wěn)定性常分為類：穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、局部穩(wěn)定性差、不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)圍巖分類方法圍巖分類方法圍巖類別圍巖穩(wěn)定性 圍巖總評(píng)分T 圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比S支護(hù)類型 穩(wěn)定。圍巖可長期穩(wěn)定，一般無不穩(wěn)定塊體 T854不支護(hù)或局部錨桿或噴薄層混凝土。大跨度時(shí)，噴混凝土、系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)。

8、 基本穩(wěn)定。圍巖整體穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，局部可能產(chǎn)生掉塊 85T654局部穩(wěn)定性差。圍巖強(qiáng)度不足，局部會(huì)產(chǎn)生塑性變形，不支護(hù)可能產(chǎn) 65T452噴混凝土、系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)?？缍葹?025m時(shí)，并澆筑混凝土襯砌。 不穩(wěn)定。圍巖自穩(wěn)時(shí)間很短，規(guī)模較大的各種變形和破壞都可能發(fā)生。 45T25 2 噴混凝土、系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)，并澆筑混凝土襯砌。 極不穩(wěn)定。圍巖不能自穩(wěn)，變形破壞嚴(yán)重。 T25 第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)圍巖分類方法圍巖分類方法GB5028799規(guī)定的圍巖分類方法規(guī)定的圍巖分類方法 1、注意圍巖類別與圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比S的關(guān)系。即類與類圍巖與s無關(guān)，類、類與圍巖有關(guān)，

9、需要根據(jù)S值進(jìn)行調(diào)整 2、應(yīng)熟記 S = Rb Kv / m 公式及各個(gè)符號(hào)的含義 3、賦值內(nèi)插法。抗壓強(qiáng)度、完整性系數(shù)、地下水的賦值為范圍值，要用內(nèi)插法賦值。 以抗壓強(qiáng)度為例。對(duì)于堅(jiān)硬巖，抗壓強(qiáng)度大于100MPa時(shí)為30分，大于60MPa時(shí)為20分，如某 第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)圍巖分類方法圍巖分類方法GB5028799規(guī)定的圍巖分類方法規(guī)定的圍巖分類方法 巖石飽和抗壓強(qiáng)度為80MPa，則 （80-60）/（A-20）=（100-60）/（30-20） 則A=25。 4、注意各賦分表下面的注解內(nèi)容。 5、各賦分表及分類標(biāo)準(zhǔn)見P804805。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)

10、地下洞室工程地質(zhì)圍巖分類方法圍巖分類方法中科院地質(zhì)所圍巖分類以巖體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)建立的分類標(biāo)準(zhǔn)。巖體結(jié)構(gòu)類型共分為4類12亞類；從破壞機(jī)制、變形過程、分析方法、施工方法、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和支護(hù)等方面，分別區(qū)分各類巖體的質(zhì)量。詳見P807表7-4-7挪威的Q系統(tǒng)分類法Barton等人依據(jù)200個(gè)工程實(shí)例，于1974年提出的，國際上應(yīng)用較普遍。是一種較方便、較切合實(shí)際的分類方法。依據(jù)巖芯的巖石質(zhì)量指標(biāo)、節(jié)理組數(shù)、最脆弱的節(jié)理的粗糙度系數(shù)及其蝕變程度或填充情況、裂隙水的折減系數(shù)和應(yīng)力折減系數(shù)等六個(gè)因子計(jì)算圍巖的Q值，并依據(jù)Q值將圍巖分為9級(jí)。巴頓巖體質(zhì)量（巴頓巖體質(zhì)量（Q Q）分類分類表達(dá)式表達(dá)式SRFJJJ

11、JRQDQwarn 式中：式中：RQDRQD巖石質(zhì)量指標(biāo)；巖石質(zhì)量指標(biāo)；Jn節(jié)理組數(shù)評(píng)分；節(jié)理組數(shù)評(píng)分；Jr節(jié)理面節(jié)理面粗糙度評(píng)分；粗糙度評(píng)分；Jw按裂隙水條件評(píng)分；按裂隙水條件評(píng)分；Ja節(jié)理蝕變程度評(píng)分；節(jié)理蝕變程度評(píng)分；SRFSRF按地應(yīng)力影響評(píng)分（應(yīng)力折減系數(shù)）按地應(yīng)力影響評(píng)分（應(yīng)力折減系數(shù)）。Q Q反映了巖體質(zhì)量的反映了巖體質(zhì)量的三個(gè)方面：三個(gè)方面：nJRQD為巖體的完整性；為巖體的完整性；arJJ表示結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、充填物特征及次生變化程度；表示結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、充填物特征及次生變化程度； SRFJw表示水與其他應(yīng)力存在時(shí)對(duì)巖體質(zhì)量的影響。表示水與其他應(yīng)力存在時(shí)對(duì)巖體質(zhì)量的影響。 巴頓巖體

12、質(zhì)量（巴頓巖體質(zhì)量（Q Q）分類）分類節(jié)理組數(shù)影響（節(jié)理組數(shù)影響（J Jn n) )取值取值巴頓巖體質(zhì)量（巴頓巖體質(zhì)量（Q Q）分類）分類節(jié)理節(jié)理粗糙度粗糙度影響（影響（J Jr r) )取值取值巴頓巖體質(zhì)量（巴頓巖體質(zhì)量（Q Q）分類）分類節(jié)理節(jié)理蝕變程度蝕變程度影響（影響（J Ja a) )取值取值巴頓巖體質(zhì)量（巴頓巖體質(zhì)量（Q Q）分類）分類裂隙水影響（裂隙水影響（J Ja a) )取值取值 巴頓巖體質(zhì)量（巴頓巖體質(zhì)量（Q）分類）分類地應(yīng)地應(yīng)力影響（力影響（SRF)取值：取值：根據(jù)圍巖性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征、節(jié)理性根據(jù)圍巖性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征、節(jié)理性質(zhì)、地下水及隧洞埋深等因素估計(jì)質(zhì)、地下水及隧洞埋深等

13、因素估計(jì)其應(yīng)力狀態(tài)。圍巖初始應(yīng)力越高、其應(yīng)力狀態(tài)。圍巖初始應(yīng)力越高、 SRF取值越大。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：脆性而取值越大。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：脆性而堅(jiān)硬、有嚴(yán)重巖爆現(xiàn)象的巖石：堅(jiān)硬、有嚴(yán)重巖爆現(xiàn)象的巖石： SRF=1020堅(jiān)硬、有單一剪切帶的巖石：堅(jiān)硬、有單一剪切帶的巖石： SRF=2.5地下開挖當(dāng)量直徑：地下開挖當(dāng)量直徑：ESRDr巷巷道道支支護(hù)護(hù)比比跨跨度度、直直徑徑或或高高度度 根據(jù)根據(jù)Q Q值，可將巖體分為值，可將巖體分為9 9類，如圖：類，如圖： Q Q分類法考慮的地質(zhì)因素較全面，而且把定性分分類法考慮的地質(zhì)因素較全面，而且把定性分析與定量評(píng)價(jià)結(jié)合起來了，軟硬巖均適用，在處理極析與定量評(píng)價(jià)結(jié)合起來了，軟

14、硬巖均適用，在處理極軟弱的巖層中推薦采用此分類法。軟弱的巖層中推薦采用此分類法。 賓尼奧夫斯基（賓尼奧夫斯基（ Bieniawski Bieniawski，1976)1976)在大量實(shí)測在大量實(shí)測統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)Q Q值與值與RMRRMR值之間具有如下條件關(guān)值之間具有如下條件關(guān)系：系：44ln9 QRMRQ Q分類的優(yōu)點(diǎn)：分類的優(yōu)點(diǎn)： 考慮因素相對(duì)全面考慮因素相對(duì)全面 適用于各種巖石（軟、硬）適用于各種巖石（軟、硬） Q Q分類的缺點(diǎn)：分類的缺點(diǎn)： 沒有考慮節(jié)理方位（怕失去簡沒有考慮節(jié)理方位（怕失去簡單的特點(diǎn)，影響通用性）單的特點(diǎn)，影響通用性）賓尼奧夫斯基賓尼奧夫斯基節(jié)理巖

15、體地質(zhì)力學(xué)分類（節(jié)理巖體地質(zhì)力學(xué)分類（ RMR分級(jí)系統(tǒng)分級(jí)系統(tǒng)） 賓尼奧夫斯基（賓尼奧夫斯基（ Bieniawski Bieniawski，1976)1976)提出的分類指提出的分類指標(biāo)標(biāo)RMR(Rock Mass Rating)，由下列由下列6 6種指標(biāo)組成：種指標(biāo)組成： （1 1）巖塊強(qiáng)度）巖塊強(qiáng)度( (R R1 1) ) （2 2）RQDRQD值值( (R R2 2) ) （3 3）節(jié)理間距）節(jié)理間距( (R R3 3) ) （4 4）節(jié)理?xiàng)l件）節(jié)理?xiàng)l件( (R R4 4) ) （5 5）地下水）地下水( (R R5 5) ) （6 6）節(jié)理方向?qū)こ痰挠绊懙男拚齾?shù)（）節(jié)理方向?qū)こ痰?/p>

16、影響的修正參數(shù)（R R6 6） 即：即：654321RRRRRRRMR （1 1）對(duì)應(yīng)巖石強(qiáng)度的巖體評(píng)分值）對(duì)應(yīng)巖石強(qiáng)度的巖體評(píng)分值R R1 1 點(diǎn)點(diǎn)荷載指標(biāo)荷載指標(biāo)（Mpa） 巖石單軸抗壓強(qiáng)度巖石單軸抗壓強(qiáng)度Rc(Mpa)評(píng)分值評(píng)分值 1025015 4810025012 245010071225 504不采用不采用5 252不采用不采用1 51不采用不采用 10（2 2）對(duì)應(yīng)于巖芯質(zhì)量指標(biāo)的巖體評(píng)分值）對(duì)應(yīng)于巖芯質(zhì)量指標(biāo)的巖體評(píng)分值R R2 2RQD（）（）91100 769051752650 3 130.310.050.30.05評(píng)分值評(píng)分值302520105（4 4）對(duì)于節(jié)理狀態(tài)的巖體

17、評(píng)分值）對(duì)于節(jié)理狀態(tài)的巖體評(píng)分值R R4 4 說明說明評(píng)分值評(píng)分值尺寸有限的粗糙的表面、硬巖壁尺寸有限的粗糙的表面、硬巖壁25略粗糙的表面、張開度略粗糙的表面、張開度1mm，硬巖壁硬巖壁20略粗糙的表面、張開度略粗糙的表面、張開度5mm的斷層泥充填的張開節(jié)理的斷層泥充填的張開節(jié)理;張開度張開度5mm的的節(jié)理，延伸超過數(shù)米節(jié)理，延伸超過數(shù)米0（5 5）取決于地下水狀態(tài)的巖體評(píng)分值）取決于地下水狀態(tài)的巖體評(píng)分值R R5 5每米每米隧道的涌水隧道的涌水量量（L/min）節(jié)理水壓力與最大節(jié)理水壓力與最大主應(yīng)力的比值主應(yīng)力的比值總的狀態(tài)總的狀態(tài)評(píng)分值評(píng)分值無無0完全干燥完全干燥15101250.5有有嚴(yán)

18、重地下水問嚴(yán)重地下水問題題，流水流水0（6 6）節(jié)理方位對(duì)）節(jié)理方位對(duì)RMR的修正值的修正值R R6 6方位對(duì)工程的影響方位對(duì)工程的影響評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)隧道隧道地基地基邊坡邊坡很很有利有利000有利有利225一般一般5725不利不利101550很不利很不利1225（7 7）節(jié)理走向與傾角對(duì)隧道掘進(jìn)的影響）節(jié)理走向與傾角對(duì)隧道掘進(jìn)的影響節(jié)理走向垂直于隧道軸線節(jié)理走向垂直于隧道軸線節(jié)理走向平行于隧節(jié)理走向平行于隧道軸線道軸線傾角傾角00200順順傾向掘進(jìn)傾向掘進(jìn)逆傾向掘進(jìn)逆傾向掘進(jìn)傾角傾角450900200450450900200450450900200450不不考慮走考慮走向向很有利很有利有利有利一般一

19、般不利不利很很不利不利一般一般 根據(jù)總分確定巖體分級(jí)根據(jù)總分確定巖體分級(jí)654321RRRRRRRMR 類別類別 巖體描述巖體描述巖體評(píng)分值巖體評(píng)分值RMR 很好很好81100 好好6180 較好較好4160較差較差2140 很差很差020巖體分級(jí)的意義巖體分級(jí)的意義 考慮不支護(hù)隧道的自穩(wěn)時(shí)間考慮不支護(hù)隧道的自穩(wěn)時(shí)間分類號(hào)分類號(hào)平均自穩(wěn)平均自穩(wěn)時(shí)間時(shí)間15m跨，跨，20年年10m跨，跨，1年年5m跨，跨，1星期星期2.5m跨，跨，10h1m跨，跨，30min巖體的內(nèi)巖體的內(nèi)聚力聚力(kPa)400 300400200300100200 450350450250350150250 150 該分類

20、法已得到比較廣泛的應(yīng)用。該分類法已得到比較廣泛的應(yīng)用。地質(zhì)力學(xué)分類法（RMR）適用：堅(jiān)硬、節(jié)理巖體，淺埋隧道適用：堅(jiān)硬、節(jié)理巖體，淺埋隧道不適用：擠壓、膨脹、涌水的及軟巖體。不適用：擠壓、膨脹、涌水的及軟巖體。分類表中給出了圍巖的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。巖體變形模量經(jīng)驗(yàn)公式)(104010GpaERMRm第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)影響穩(wěn)定因素影響穩(wěn)定因素影響圍巖穩(wěn)定性的因素影響圍巖穩(wěn)定性的因素地形地貌條件地形地貌條件沖溝、進(jìn)出口段、破碎地形等。巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)是影響圍巖穩(wěn)定性的重要因素之一，包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等。 巖體應(yīng)力巖體應(yīng)力巖體應(yīng)力的大小和方向是地下建筑物穩(wěn)定的重要因素。地

21、下水地下水地下水的存在及其活動(dòng)，常常使圍巖的穩(wěn)定性惡化工程因素工程因素洞室形狀、大小，洞群間距，施工方法，開挖順序。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)圍巖失穩(wěn)型式圍巖失穩(wěn)型式圍巖失穩(wěn)的常見型式圍巖失穩(wěn)的常見型式滑動(dòng)與塌落滑動(dòng)與塌落 塊狀或中厚層狀巖體、構(gòu)造控制。彎曲與折斷彎曲與折斷 層狀巖體，特別是薄層狀的軟硬互層巖體。 松動(dòng)脫落松動(dòng)脫落 碎裂巖體、斷層帶等。變形與膨脹變形與膨脹 深埋隧洞的軟巖、破碎帶，膨脹巖洞段。巖爆巖爆 硬脆巖體，高地應(yīng)力。 如有地下水，將加劇上述前四種破壞。巖爆與地下水不同時(shí)發(fā)生。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力地應(yīng)力及其種類地應(yīng)力

22、及其種類地應(yīng)力一般是指地殼巖體天然狀態(tài)下所具有的內(nèi)應(yīng)力，或稱初始應(yīng)力，主要是在重力和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)綜合作用下形成的應(yīng)力，有時(shí)也包括在巖體的物理、化學(xué)變化及巖漿侵入等作用下形成的應(yīng)力。按不同的起源可分為自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、剩余應(yīng)力和變異應(yīng)力。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力自重應(yīng)力 1、由巖體自重產(chǎn)生的應(yīng)力，其垂直應(yīng)力Z與水平應(yīng)力x與y分別為： 式中：為巖石的密度；g為重力加速度；h為上覆巖體的厚度；為泊松比；為側(cè)壓力系數(shù)。zzyxghz1第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力自重應(yīng)力 2、一般來說，堅(jiān)硬巖石的泊松比0.20.3，側(cè)壓力系數(shù)0.250.43

23、，因而地殼巖體的自重應(yīng)力其垂直應(yīng)力總是大于水平應(yīng)力，但地殼深部，巖體在上覆巖層的較大荷載長期作用下，或者當(dāng)淺部巖石比較軟弱的情況下，側(cè)壓力系數(shù)接近0.5，這時(shí)水平應(yīng)力接近于垂直應(yīng)力。大量實(shí)測資料表明，不少地區(qū)的地應(yīng)力往往是水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，這說明地應(yīng)力的來源還有其他方面的因素。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力指由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的地應(yīng)力。它們分為兩類：活動(dòng)活動(dòng)的構(gòu)造應(yīng)力的構(gòu)造應(yīng)力是近期和現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)正在積累的應(yīng)力，也是地應(yīng)力中最活躍最重要的一種，常導(dǎo)致巖體的變形與破壞；殘余的構(gòu)造應(yīng)力殘余的構(gòu)造應(yīng)力是由古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)殘留下來的應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力明顯地存在于挽近構(gòu)

24、造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的地帶，如強(qiáng)烈褶皺地帶、深大斷裂帶常積累很大的地應(yīng)力。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力剩余應(yīng)力與變異應(yīng)力剩余應(yīng)力與變異應(yīng)力剩余應(yīng)力剩余應(yīng)力：指地殼受風(fēng)化剝蝕，承載巖體由于卸荷作用殘留在巖體中的自相平衡的應(yīng)力，致使垂直應(yīng)力相應(yīng)降低，水平應(yīng)力則保持不變。變異應(yīng)力變異應(yīng)力：指由巖體的物理狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)或賦存條件方面的變化而引起的應(yīng)力，通常只有局部意義。例如巖漿的侵入，沿接觸帶產(chǎn)生很大壓力。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力地應(yīng)力場的分布和變化規(guī)律地應(yīng)力場的分布和變化規(guī)律 1、垂直應(yīng)力（V ）隨深度線性增加 2、水平應(yīng)力（H）隨深度的變化關(guān)系

25、比較復(fù)雜，一般在地殼淺部，特別是構(gòu)造活動(dòng)區(qū)，大多數(shù)情況水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，當(dāng)達(dá)到臨界深度后則相反。 3、在深切河谷區(qū)的河床底部往往有很大的水平應(yīng)力，分為應(yīng)力釋放區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和應(yīng)力平衡區(qū)第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力地應(yīng)力對(duì)地下工程的影響地應(yīng)力對(duì)地下工程的影響 1、地下洞室設(shè)計(jì)中，一般認(rèn)為地下洞室的長軸方向應(yīng)盡量與最大主應(yīng)力方向平行或小角度相交，這樣不致因應(yīng)力釋放而影響邊墻的穩(wěn)定。 2、高地應(yīng)力條件下，硬脆的完整巖體易產(chǎn)生巖爆，軟巖易產(chǎn)生圍巖變形。 第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力洞室圍巖的應(yīng)力特征洞室圍巖的應(yīng)力特征 1、鄰近洞壁的巖體受

26、到集中應(yīng)力的作用，當(dāng)巖體中的應(yīng)力差-r達(dá)到某一極限值時(shí)，就產(chǎn)生塑性變形；當(dāng)應(yīng)力足夠大時(shí)，形成塑性松動(dòng)圈；在塑性松動(dòng)圈外側(cè)，徑向應(yīng)力逐步增大，形成應(yīng)力升高區(qū)（彈性圈）；在應(yīng)力升高區(qū)以外，應(yīng)力狀態(tài)仍保持天然應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力條件不受洞室開挖的影響。因此，洞室開挖的結(jié)果是在圍巖中形成三個(gè)應(yīng)力分布區(qū)，即應(yīng)力降低區(qū)，應(yīng)力升高區(qū)和天然應(yīng)力區(qū)。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力洞室圍巖的應(yīng)力特征洞室圍巖的應(yīng)力特征 2、圍巖中的巖體結(jié)構(gòu)特征也對(duì)圍巖應(yīng)力起控制作用。節(jié)理面的產(chǎn)狀與洞體受力方向的不同，將產(chǎn)生三種不同的結(jié)果： （1）節(jié)理面與洞體受力方向的夾角大于60或垂直時(shí)，洞壁與節(jié)理面垂直相交

27、的部位產(chǎn)生最大切向應(yīng)力。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)地應(yīng)力地應(yīng)力洞室圍巖的應(yīng)力特征洞室圍巖的應(yīng)力特征 （2）節(jié)理面與洞體受力方向的夾角小于30或平行時(shí)，洞壁與節(jié)理面相切的部位產(chǎn)生最大切向應(yīng)力；當(dāng)節(jié)理面的走向與洞體受力方向平行時(shí)，洞頂（底）的切向應(yīng)力成為最大主應(yīng)力而徑向應(yīng)力變得彎斜。 （3）節(jié)理面與洞體受力方向斜交成45角時(shí)，洞壁與節(jié)理面相切及垂直的部位產(chǎn)生相等的最大切向應(yīng)力。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)方法圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法地質(zhì)分析地質(zhì)分析法法是通過勘測手段了解與圍巖穩(wěn)定有關(guān)的、經(jīng)常出現(xiàn)的、起控制作用的巖石特性、地質(zhì)構(gòu)造、水的作

28、用和巖體應(yīng)力四個(gè)主要因素，并通過綜合分析確定圍巖的穩(wěn)定性。工程類比工程類比法法是根據(jù)擬建工程區(qū)的地質(zhì)條件、巖體特性和動(dòng)態(tài)觀測資料，通過與具有類似條件的已建工程的綜合分析和對(duì)比，從而判斷工程區(qū)巖體的穩(wěn)定性。巖體結(jié)構(gòu)分析巖體結(jié)構(gòu)分析法法是塊狀巖體結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定分析的簡易方法。 第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法超前預(yù)報(bào)方法直接預(yù)報(bào)方法直接預(yù)報(bào)方法可根據(jù)施工開挖情況，對(duì)照前期勘察預(yù)測的成果，預(yù)報(bào)隧洞掌子面前方的地質(zhì)情況。若地質(zhì)情況復(fù)雜，且對(duì)隧洞工程危害大時(shí)，可在掌子面布置超前鉆探、超前導(dǎo)坑。間接預(yù)報(bào)方法間接預(yù)報(bào)方法主要是采用物探手段，探測前方地質(zhì)情況。 近年來，越來越重視地質(zhì)預(yù)報(bào)，特別是深埋長隧洞，地質(zhì)條件不易查清。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下洞室工程地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法超前預(yù)報(bào)方法主要間接預(yù)報(bào)方法主要間接預(yù)報(bào)方法 1、TSP是一種反射地震法儀器，瑞士Amberg公司生產(chǎn)?？商綔y深度100200m。該法對(duì)與隧道呈大角度的軟弱帶，如斷層、軟弱夾層、地層分界等效果較好，對(duì)不規(guī)則形態(tài)的地質(zhì)缺陷如溶洞、暗河及含水情況效果不理想。 2、HSP（水平聲波剖面法）水平聲波剖面法），是目前鐵路系統(tǒng)應(yīng)用得比較廣泛的一種物探方法。第七章第七章 地下洞室工程地質(zhì)地下