《隧道工程》課件第2講 隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級

隧道工程地質調查與勘測施工地質超前預報巖體的基本工程性質圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級隧道工程地質調查與勘測第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級1第一節(jié)隧道工程地質調查與勘測第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一、工程地質調查測繪1、鐵路工程地質技術規(guī)范的總要求(1)查明隧道通過地段的地形、地貌、地層、巖性、構造。(2)查明隧道明否通過煤層、膨脹性地層及有害氣體等。(3)查明不良地質、特殊地質對隧道的影響，特別是對洞口位置及邊、仰坡的影響，提出工程措施意見。(4)查明隧道附近井、泉分布情況，分析隧道地區(qū)的水文地質條件，判明地下水類型、水質及補給來源，預測地下水的侵蝕性和洞身分段涌水量。第一節(jié)隧道工程地質調查與勘測第二章隧道工程地質環(huán)境及2第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級1、鐵路工程地質技術規(guī)范的總要求(5)對于深埋隧道，應作隧道地溫升溫預測，考慮巖爆可能。(6)綜合分析，確定隧道圍巖分級。(7)對洞口需接長明洞地段，應查明明洞基底情況。(8)查明輔助坑道的工程地質條件。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級1、鐵路工程地質技術規(guī)范3第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2、地形地貌調查查明山體形態(tài)和坡度、埡口及分水嶺分布，以及其自然形態(tài)與地質構造、河流切割的關系。3、地層、巖性調查查明地層時代、巖性及變化，特別注意巖層順序和厚度、巖性特征和物理力學性質以及巖石風化程度。4、地質構造調查是地質調查的核心，重點包括褶皺、斷層、節(jié)理、侵入體或巖脈等。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2、地形地貌調查4第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級5、水文地質調查主要包括井泉分布、泉水類型、主要含水層和隔水層巖性及分布、河流及水庫的分布，巖溶區(qū)巖溶漏斗、暗河位置。6、滑坡、落石、巖堆、泥石流和巖溶地質調查主要查明這些不良地質是否存在及性質、位置、范圍，對隧道的危害程度。7、地溫測定深埋隧道，深度每增加100m，溫度增加3度，會對施工人員造成危害。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級5、水文地質調查5第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、勘探、測試工作要求1、鐵路工程地質技術規(guī)范對勘探測試工作的總要求(1)鉆孔布置(2)鉆探深度(3)遇地下水時，應探明含水層位置及厚度，并作相應分析。(4)室內及現(xiàn)場試驗，掌握巖土體的物理力學性質。(5)對有害礦體和氣體，進行定性、定量分析。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、勘探、測試工作要求16第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2、勘探階段及工作要求階段分為初測階段和定測階段。(1)初測要求：工程地質縱斷面圖、分段圍巖分級。(2)定測要求：單獨工點的圖表資料。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2、勘探階段及工作要求7第二節(jié)施工地質超前預報第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一、地質超前預報的內容1.地區(qū)地質分析與宏觀地質預報2.不良地質及災害地質超前預報3.重大施工地質災害臨警預報第二節(jié)施工地質超前預報第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分8第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、地質超前預報的方法1.地質分析法2.超前平行導坑預報法3.超前水平鉆孔法4.物理探測法利用物體物性差異進行地質判斷的間接方法。(1)TGP12隧道地質預報系統(tǒng)(2)TSP超前預報系統(tǒng)

第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、地質超前預報的方法19第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級10第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)負視速度法第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)負視速度法11第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(4)水平聲波反射法(5)地質雷達法第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(4)水平聲波反射法12第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(6)紅外探水法4.特殊災害地質的預測方法三、地質超前預報方法的應用原則第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(6)紅外探水法4.特殊13第三節(jié)巖體的基本工程性質第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一、巖體處于一定的天然應力作用之下巖體在天然狀態(tài)下所具有的內在應力，稱之為巖體的初始應力，也有人叫它為地應力。巖體的初始應力，主要是由于巖體的自重和地質構造作用和地質地溫作用引起的。第三節(jié)巖體的基本工程性質第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖14第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級假定巖體是均一連續(xù)介質1.重力應力場zyyxσxσzσyλ為側壓力系數第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級假定巖體是均一連續(xù)介質15第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級由于地質構造運動的作用，使得巖體內積存了一定的應力，稱它為構造應力。2.構造應力場

現(xiàn)場實測指出，巖體的構造應力往往與埋深密切相關，它隨著深度的增加而增加。構造應力一般來講，其水平應力大于垂直應力。構造應力一般采取現(xiàn)場應力量測的方法來得到。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級由于地質構造運動的作用，16第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級相同的天然巖體其物理力學性質隨在巖體中所測點的空間位置不同而有差異，呈現(xiàn)出巖體的不均勻性。二、巖體的物理力學性質的不均勻性第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級相同的天然巖體其物理力學17第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級所謂結構面是指巖體中具有一定方向、力學強度相對較低的地質界面(或帶)。三、巖體是由結構面分割的多裂隙體(1)原生結構面：指巖體形成過程中形成的結構面和構造面。(2)構造結構面：巖體形成后，由于地殼構造運動在巖體中產生的各種斷裂面。(3)次生結構面：指在外營力作用下產生的風化裂隙面及卸荷裂隙面等。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級所謂結構面是指巖體中具有18第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體中由于巖石的結構、構造具有方向性，使巖體強度、變形，甚至滲透等性質在不同方向上顯示出差異，稱為巖體的各向異性。四、巖體具有各向異性第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體中由于巖石的結構、構19第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級風化巖石按風化劇烈的程度分成若干級(或帶)：風化極嚴重、風化嚴重、風化頗重、風化輕微和未經風化五級。風化系統(tǒng)分為全風化帶、強風化帶、半風化帶、弱風化帶和微風化帶(新鮮)五帶。五、巖體具有可變性用軟化系數來表示巖石的軟化性。一般規(guī)定軟化系數小于0.75的巖石，叫軟化巖石。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級風化巖石按風化劇烈的程度20第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級六、單向應力狀態(tài)下巖石的變形特征1.單軸壓縮時應力－應變曲線εADCBσOOA段為裂隙壓密階段AB為直線段，表示線彈性的特征BC段為曲線段，表示彈塑性的特征CD為軟化曲線段，表示巖石峰值后的特征第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級六、單向應力狀態(tài)下巖石的21第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.彈性模量OB是曲線在原點O的切線，它的斜率表示初始切線模量；CD是A點的切線，它的斜率表示A點的切線模量Ee；割線OA的斜率表示割線模量或者平均割線模量Es。σσ1ε1ACBODεA點所對應的應力σ1等于抗壓強度σc的一半。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.彈性模量OB是曲線在22第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度及變形特性可分為兩種試驗方式：主應力σ1>σ2=σ3的情況，稱為常規(guī)三軸試驗或稱為三軸試驗；σ1>σ2>σ3的情況稱為真三軸試驗。巖石的三軸壓縮強度，通常是軸壓與圍壓按同一比例連續(xù)施加，當到達預定的圍壓值后，維持圍壓不變，軸向繼續(xù)按同一比例加載至破壞。破壞時的巖石三軸壓縮強度為：第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度23第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度及變形特性用不同的σ3，可得到不同的σ1，而用多組σ1和σ3，則可繪制出莫爾圓和莫爾包絡線。式中，σ1、σ2、σ3為巖石三軸壓縮強度；Pm為試件在圍壓σm作用下的極限軸向壓力；A為試件初始橫截面積。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度24第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級σ(MPa)τ(MPa)010050100200第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級σ(MPa)τ(MPa)25第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度及變形特性804.99.819.639.278.458.5σ(MPa)2.45ε×10-3圍壓P(MPa)60402004080120160200240隨著圍壓值的增高，峰值強度及其所對應的位移量均增大。殘余強度及其所對應的位移量也提高，且使峰值強度后區(qū)曲線變得平緩。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度26第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度及變形特性巖石在一定側限壓力下，呈現(xiàn)出后區(qū)下降曲線和殘余強度，其破壞為脆性破壞。當超過某側限壓力時，巖石強度隨變形增大而增大，呈現(xiàn)明顯的塑性強化變形和塑性變形破壞。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度27第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石試件在高圍壓下表現(xiàn)出塑性(或延性)變形的原因是：①附加壓力往往使應力狀態(tài)發(fā)生改變；②在高圍壓下，使得早就存在的微裂隙密合；③在高圍壓下會改變發(fā)生在變形過程中的物理性質，而這些性質的改變，都是發(fā)生塑性變形的基礎。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石試件在高圍壓下表現(xiàn)出28第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級八、裂隙巖體的強度性質試驗研究結果表明，裂隙巖體的強度隨著裂隙組數的增加明顯減小，但當裂隙組數增加到一定程度之后，強度不再繼續(xù)降低，而接近巖石的殘余強度。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級八、裂隙巖體的強度性質29第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體的強度：式中——巖石試件強度；表裂隙組數對巖體強度影響的試驗結果——巖體構造削弱系數。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體的強度：表裂隙組30第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石的質量指標：以巖芯未破壞巖塊(大于10cm)的總長與所取巖芯總長L的比值第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石的質量指標：以巖芯未31第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體完整性指數：現(xiàn)場測定的巖體彈性波速度v的平方與同種巖石試件彈性波速度v0的平方的比值。巖體抗壓強度與彈性波速度之間的關系第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體完整性指數：現(xiàn)場測定32第四節(jié)圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一、概述圍巖的概念圍巖是指隧道開挖后其周圍產生應力重分布范圍內的巖體，或指隧道開挖后對其穩(wěn)定性產生影響的那部分巖體(這里所指的巖體是土體與巖體的總稱)。在不同的巖體中開挖隧道后巖體所表現(xiàn)出的性態(tài)是不同的，可歸納為充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時穩(wěn)定和不穩(wěn)定四種。第四節(jié)圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一33第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖分級的概念各種圍巖的物理性質之間存在一定的內在聯(lián)系和規(guī)律，依照這些聯(lián)系和規(guī)律，可將圍巖劃分為若干級，這就是圍巖分級。目前，隧道圍巖分級是設計、施工的基礎（工程類比法就是建立在圍巖分級的基礎上的）。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖分級的概念34第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖分級的目的是：①作為選擇施工方法的依據；②進行科學管理及正確評價經濟效益；③確定結構上的荷載(松散荷載)；④給出襯砌結構的類型及其尺寸；⑤制定勞動定額、材料消耗標準的基礎等等。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖分級的目的是：35第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級比較理想的分級方法是：①準確客觀，有定量指標，盡量減少因人而異的隨機性；②便于操作使用，適于一般勘測單位所具備的技術裝備水平；③最好在挖開地層前得到結論。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級比較理想的分級方法是：36第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級人們對圍巖的認識是不斷深入的從國外的情況看：土石方工程分類法(開挖難易程度)巖石的堅固性來分類:如堅固性系數fRQD從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分類來代替多年沿用的堅固性為基礎的分類第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級人們對圍巖的認識是不斷深37第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級從分級指標方面：大多數從定性描述經驗判斷定量描述以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎進行分級是隧道圍巖分級的總趨勢。另外的發(fā)展趨勢：以巖體為對象、與地質勘探結合、與設計施工結合、定量化。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級從分級指標方面：大多數從38第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素(1)巖體結構特征巖體的結構特征可以簡單地用巖體的破碎程度或完整性來表示，在某種程度上它反映了巖體受地質構造作用的嚴重程度。巖體的破碎程度或完整狀態(tài)是指構成巖體的巖塊大小及這些巖塊的組合排列形態(tài)。1.地質因素

第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、影響圍巖穩(wěn)定性的主要39第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)結構面性質和空間的組合在塊狀或層狀結構的巖體中，控制巖體破壞的主要因素是軟弱結構面的性質及它們在空間的組合狀態(tài)。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)結構面性質和空間的40第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級從下述的5個方面來研究結構面對地下工程圍巖穩(wěn)定性影響的大?。孩俳Y構面的成因及其發(fā)展史；②結構面的平整、光滑程度；③結構面的物質組成及其充填物質情況；④結構面的規(guī)模與方向性；⑤結構面的密度與組數。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級從下述的5個方面來研究結41第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)巖石的力學性質在整體結構的巖體中，控制圍巖穩(wěn)定性的主要因素是巖石的力學性質，尤其是巖石的強度。一般來說，巖石強度越高，洞室越穩(wěn)定。(4)圍巖的初始應力場圍巖的初始應力場是地下工程圍巖變形、破壞的根本作用力，它直接影響圍巖的穩(wěn)定性。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)巖石的力學性質(42第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(5)地下水狀況地下水對圍巖的影響主要表現(xiàn)在：①軟化圍巖；②軟化結構面；③承壓水作用。2.工程活動所造成的人為因素(1)地下洞室尺寸和形狀在同一級(類)圍巖中，洞室跨度愈大，圍巖的穩(wěn)定性就愈差；第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(5)地下水狀況2.43第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下洞室的形狀主要影響開挖后圍巖的應力狀態(tài)。(2)施工中采用的開挖方法開挖方法對地下工程圍巖穩(wěn)定性的影響較為明顯，在分級(類)中必須予以考慮。三、分級(類)的因素指標及其選擇1.單一的巖性指標包括巖石的抗壓和抗拉強度、巖石堅固性系數f、彈性模量等物理力學參數，以及如抗鉆性、抗爆性等工程指標。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下洞室的形狀主要影響44第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.單一的綜合巖性指標它表明指標是單一的，但反映的因素卻是綜合的?！皫r石質量指標”(RQD—RockQualityDesignation)也是反映巖體破碎程度和巖石強度的綜合指標。所謂巖石質量指標是指鉆探時巖芯復原率，或稱巖芯采取率。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.單一的綜合巖性指標45第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級洞室圍巖自穩(wěn)的時間ts

式中，L——坑道未支護地段的長度；

α——視圍巖情況在0~1之間變化，好的巖體可取α＝0，極差的α＝1.0；C——視圍巖條件而定的系數。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級洞室圍巖自穩(wěn)的時間ts46第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級3.復合指標(1)巴頓(N.Barton)等人所提出的“巖體質量Q”，Q與6個表明巖體質量的地質參數有關，表示為式中，RQD為巖石質量指標；Jn為節(jié)理組數目；Jr為節(jié)理粗糙度；Ja為節(jié)理蝕變值；Jw為節(jié)理含水折減系數；SRF為初始應力折減系數。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級3.復合指標(1)巴頓(47第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)我國總參工程兵坑道工程圍巖分類中所采用的巖體質量指標Rm和應力比S。式中，Rc——巖石單軸飽和極限抗壓強度；

Kv——巖體完整性系數，巖體愈完整，取值愈大，變化范圍為1.0~0.08，由實測確定；

Kw——地下水影響減折系數，變化范圍為1.0~0.4，無水時取1.0，視具體情況由經驗確定；第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)我國總參工程兵坑道48第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級

KJ——巖層面產狀要素影響折減系數，變化范圍為1.0~0.5。式中，σm——最大的垂直地應力。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級KJ49第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)《水工隧洞設計規(guī)范)(SL279-2002)圍巖工程地質分類和國標《錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范》(GB50086－2001)所采用的圍巖/巖體強度應力比S，S綜合考慮了巖石強度、巖體完整性和地應力的因素。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)《水工隧洞設計規(guī)范50第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級式中，Rc——巖石飽和單軸抗壓強度；

Kv——巖體完整性系數；

σm——圍巖的最大主應力；

σ1——垂直洞軸線的較大主應力。(4)國標《工程巖體分級標準》(GB50218－94)也采用了兩個復合指標——巖體基本質量指標BQ和修正的巖體基本質量指標[BQ]．第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級式中，Rc——巖石飽和單51第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級根據以上對分級(類)指標的分析，可以得到如下的結論：①應選擇對圍巖穩(wěn)定性(主要表現(xiàn)在變形破壞特性上)有重大影響的主要因素；②選擇測試設備比較簡單、人為性小、科學性較強的定量指標；③主要分級(類)指標要有一定的綜合性，最好采用復合指標，以便全面、充分地反映圍巖的工程性質，并應有足夠的實測資料為基礎。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級根據以上對分級(類)指標52第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級目前鐵路隧道圍巖分級采用兩種方法，即以圍巖穩(wěn)定為基礎的分級方法和按彈性波(縱波)速度的分級方法。四、國內主要地下工程圍巖分級(類)標準(一)《鐵路隧道設計規(guī)范》的圍巖分級1.圍巖分級的基本因素(1)巖石堅硬程度根據單軸飽和極限抗壓強度Rc分為5級，即極硬巖、硬質巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級目前鐵路隧道圍巖分級采用53第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石堅硬程度的劃分第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石堅硬程度的劃分54第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)巖體的完整程度主要是指圍巖被各種結構面切割成單元體的特征及其被切割后的塊度大小。它是評價圍巖穩(wěn)定程度最直接、最重要的指標。為了衡量圍巖的完整程度要考慮的因素：按照軟弱面的產狀、貫通性以及充填物的情況，可將圍巖分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。按照圍巖受地質構造影響的程度，可將圍巖分為：構造變動輕微、較重、嚴重、很嚴重。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)巖體的完整程度為55第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級按照節(jié)理(裂隙)發(fā)育程度的不同又分為：節(jié)理不發(fā)育、節(jié)理較發(fā)育、節(jié)理發(fā)育及節(jié)理很發(fā)育。按照巖體風化程度的不同將圍巖分為：風化輕微、較重、嚴重、極嚴重四級。巖體完整程度劃分第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級按照節(jié)理(裂隙)發(fā)育程度56第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.圍巖基本分級及其修正(1)基本分級《鐵路隧道設計規(guī)范》將單、雙線鐵路隧道的圍巖劃分為六級。(2)隧道級別的修正地下水影響的修正根據單位時間的滲水量可將地下水狀態(tài)分為3級。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.圍巖基本分級及其修正57第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級鐵路隧道圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級鐵路隧道圍巖分級58第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下水狀態(tài)的分級根據地下水狀態(tài)對圍巖級別進行修正。地下水影響的修正第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下水狀態(tài)的分級根據地下59第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖初始地應力狀態(tài)修正初始地應力狀態(tài)評估第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖初始地應力狀態(tài)修正初60第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級初始地應力影響的修正風化作用的影響隧道洞深埋深較淺，應根據圍巖受地表的影響情況進行圍巖級別修正。當圍巖為風化層時應按風化層的圍巖基本分級考慮。圍巖僅受地表影響時，應較相應圍巖降低1~2級。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級初始地應力影響的修正61第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級采取兩步走的方法：先確定巖體基本質量；再結合具體工程的特點確定巖體級別。(二)國標《工程巖體分級標準》(GB50218-94)1.分級因素及其確定方法本分級標準認為巖體基本質量應由巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個因素確定。巖體完整程度可分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。巖體完整程度劃分的定量指標采用巖體完整性指數Kv。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級采取兩步走的方法：先確定62第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級Kv與定性劃分的巖體完整程度的對應關系2.巖體基本質量分級巖體基本質量分級可根據上述的分級因素結合巖體基本質量指標BQ進行。巖體基本質量指標BQ應根據Rc的兆帕數值和Kv值計算而得。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級Kv與定性劃分的巖體完整63第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級BQ=90+3Rc+250Kv

當Rc＞90Kv+30時，應以Rc=90Kv+30和Kv代入式計算BQ值；當Kv＞0.04Rc+0.4時，應以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入式計算BQ值。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級BQ=90+3Rc+2564第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體基本質量分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體基本質量分級65第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級3.工程巖體級別的確定修正的巖體基本質量指標[BQ]

[BQ]=BQ－100(K1十K2十K3)

式中，[BQ]——巖體基本質量指標修正值；

BQ——巖體基本質量指標；

K1——地下水影響修正系數；

K2——軟弱結構面產狀影響修正系數；

K3——初始應力狀態(tài)影響修正系數。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級3.工程巖體級別的確定66第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下水影響修正系數K1第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下水影響修正系數K167第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級主要軟弱結構面產狀影響系數K2

初始應力狀態(tài)影響修正系數K3第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級主要軟弱結構面產狀影響系68第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級4.地下工程巖體自穩(wěn)能力根據[BQ]值可重新確定工程巖體的質量級別。

地下工程巖體自穩(wěn)能力第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級4.地下工程巖體自穩(wěn)能力69第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2003年發(fā)布的《地鐵設計規(guī)范》(GB50157-2003)規(guī)定：暗挖結構的圍巖分級按現(xiàn)行《鐵路隧道設計規(guī)范》確定。(三)《地鐵設計規(guī)范》的圍巖分級(四)《公路隧道設計規(guī)范》的圍巖分級《公路隧道設計規(guī)范)(JTGD70－2004)圍巖分級的思路、方法和采用的分級指標與國標《工程巖體分級標準》(GB50218－94)完全相同，即采用了兩步分級法，只是分級的對象范圍更廣，包括了土體。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2003年發(fā)布的《地鐵設70第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級公路隧道圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級公路隧道圍巖分級71第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級根據單一巖性指標——單軸飽和抗壓強度和復合指標——巖體質量指標Rm及應力比S，將圍巖分為3種5大類。(五)總參工程兵《坑道工程》圍巖分類總參工程兵坑道工程圍巖分類第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級根據單一巖性指標——單軸72第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級規(guī)范規(guī)定：水工隧洞的圍巖分類，巖洞按《水利水電工程地質勘察規(guī)范》(GB50287-99)的規(guī)定執(zhí)行，土洞按《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)的規(guī)定執(zhí)行。(六)《水工隧洞設計規(guī)范》的圍巖分級《水利水電工程地質勘察規(guī)范》的圍巖工程地質分類以控制圍巖穩(wěn)定的巖石強度、巖體完整程度、結構面狀態(tài)、地下水和主要結構面產狀5項因素之和的總評分為基本判據，圍巖強度應力比S為限定判據。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級規(guī)范規(guī)定：水工隧洞的圍巖73第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級水工隧洞圍巖工程地質分類圍巖總評分T是5項因素的評分之和。巖石強度、巖體完整程度、結構面狀態(tài)、地下水狀態(tài)、主要結構面產狀這5項因素的評分都有一定的評分標準。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級水工隧洞圍巖工程地質分類74第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級規(guī)范規(guī)定：圍巖級別的劃分，應根據巖石堅硬性、巖體完整性、結構面特征、地下水和地應力狀況等因素綜合確定。(七)《錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范》的圍巖分級五、國外主要圍巖分類系統(tǒng)簡介(一)挪威Q系統(tǒng)Q系統(tǒng)主要以Q值來評價巖體質量的優(yōu)劣。根據不同的Q值，將巖體質量評為9等。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級規(guī)范規(guī)定：圍巖級別的劃分75第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體質量評估(二)南非RMR系統(tǒng)RMR系統(tǒng)以RMR(RockMassRating)值來代表巖體的質量或稱穩(wěn)定性，主要針對下列6個評估因素及指標，對影響圍巖穩(wěn)定性的各主要因素進行評分，并以其合計總值作為巖體的RMR值。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體質量評估(二76第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級影響圍巖穩(wěn)定性的因素和指標及所占分值如下：(1)巖體強度，0~15；(2)巖石質量指標RQD，3~20；(3)節(jié)理間距，5~20：(4)節(jié)理狀況，0~30；(5)地下水情況，0~15；(6)節(jié)理產狀及組合關系，－12~0。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級影響圍巖穩(wěn)定性的因素和指77第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級RMR系統(tǒng)依RMR值之高低，將圍巖分為5類，并提供不同隧道跨度圍巖的無支護自穩(wěn)時間，以及各類圍巖的凝聚力(c)與內摩擦角(φ)。RMR系統(tǒng)圍巖的評分值、自穩(wěn)時間及強度參數

第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級RMR系統(tǒng)依RMR值之高78重點、難點內容1.巖體的基本力學性質有哪些？2.圍巖、圍巖分級的定義，圍巖分級的目的。3.在不同的巖體中開挖隧道后巖體所表現(xiàn)出的性態(tài)。4.影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素有哪些？5.簡述我國鐵路隧道設計規(guī)范的圍巖分級方法。重點、難點內容1.巖體的基本力學性質有哪些？79隧道工程地質調查與勘測施工地質超前預報巖體的基本工程性質圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級隧道工程地質調查與勘測第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級80第一節(jié)隧道工程地質調查與勘測第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一、工程地質調查測繪1、鐵路工程地質技術規(guī)范的總要求(1)查明隧道通過地段的地形、地貌、地層、巖性、構造。(2)查明隧道明否通過煤層、膨脹性地層及有害氣體等。(3)查明不良地質、特殊地質對隧道的影響，特別是對洞口位置及邊、仰坡的影響，提出工程措施意見。(4)查明隧道附近井、泉分布情況，分析隧道地區(qū)的水文地質條件，判明地下水類型、水質及補給來源，預測地下水的侵蝕性和洞身分段涌水量。第一節(jié)隧道工程地質調查與勘測第二章隧道工程地質環(huán)境及81第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級1、鐵路工程地質技術規(guī)范的總要求(5)對于深埋隧道，應作隧道地溫升溫預測，考慮巖爆可能。(6)綜合分析，確定隧道圍巖分級。(7)對洞口需接長明洞地段，應查明明洞基底情況。(8)查明輔助坑道的工程地質條件。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級1、鐵路工程地質技術規(guī)范82第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2、地形地貌調查查明山體形態(tài)和坡度、埡口及分水嶺分布，以及其自然形態(tài)與地質構造、河流切割的關系。3、地層、巖性調查查明地層時代、巖性及變化，特別注意巖層順序和厚度、巖性特征和物理力學性質以及巖石風化程度。4、地質構造調查是地質調查的核心，重點包括褶皺、斷層、節(jié)理、侵入體或巖脈等。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2、地形地貌調查83第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級5、水文地質調查主要包括井泉分布、泉水類型、主要含水層和隔水層巖性及分布、河流及水庫的分布，巖溶區(qū)巖溶漏斗、暗河位置。6、滑坡、落石、巖堆、泥石流和巖溶地質調查主要查明這些不良地質是否存在及性質、位置、范圍，對隧道的危害程度。7、地溫測定深埋隧道，深度每增加100m，溫度增加3度，會對施工人員造成危害。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級5、水文地質調查84第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、勘探、測試工作要求1、鐵路工程地質技術規(guī)范對勘探測試工作的總要求(1)鉆孔布置(2)鉆探深度(3)遇地下水時，應探明含水層位置及厚度，并作相應分析。(4)室內及現(xiàn)場試驗，掌握巖土體的物理力學性質。(5)對有害礦體和氣體，進行定性、定量分析。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、勘探、測試工作要求185第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2、勘探階段及工作要求階段分為初測階段和定測階段。(1)初測要求：工程地質縱斷面圖、分段圍巖分級。(2)定測要求：單獨工點的圖表資料。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2、勘探階段及工作要求86第二節(jié)施工地質超前預報第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一、地質超前預報的內容1.地區(qū)地質分析與宏觀地質預報2.不良地質及災害地質超前預報3.重大施工地質災害臨警預報第二節(jié)施工地質超前預報第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分87第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、地質超前預報的方法1.地質分析法2.超前平行導坑預報法3.超前水平鉆孔法4.物理探測法利用物體物性差異進行地質判斷的間接方法。(1)TGP12隧道地質預報系統(tǒng)(2)TSP超前預報系統(tǒng)

第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、地質超前預報的方法188第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級89第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)負視速度法第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)負視速度法90第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(4)水平聲波反射法(5)地質雷達法第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(4)水平聲波反射法91第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(6)紅外探水法4.特殊災害地質的預測方法三、地質超前預報方法的應用原則第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(6)紅外探水法4.特殊92第三節(jié)巖體的基本工程性質第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一、巖體處于一定的天然應力作用之下巖體在天然狀態(tài)下所具有的內在應力，稱之為巖體的初始應力，也有人叫它為地應力。巖體的初始應力，主要是由于巖體的自重和地質構造作用和地質地溫作用引起的。第三節(jié)巖體的基本工程性質第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖93第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級假定巖體是均一連續(xù)介質1.重力應力場zyyxσxσzσyλ為側壓力系數第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級假定巖體是均一連續(xù)介質94第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級由于地質構造運動的作用，使得巖體內積存了一定的應力，稱它為構造應力。2.構造應力場

現(xiàn)場實測指出，巖體的構造應力往往與埋深密切相關，它隨著深度的增加而增加。構造應力一般來講，其水平應力大于垂直應力。構造應力一般采取現(xiàn)場應力量測的方法來得到。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級由于地質構造運動的作用，95第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級相同的天然巖體其物理力學性質隨在巖體中所測點的空間位置不同而有差異，呈現(xiàn)出巖體的不均勻性。二、巖體的物理力學性質的不均勻性第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級相同的天然巖體其物理力學96第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級所謂結構面是指巖體中具有一定方向、力學強度相對較低的地質界面(或帶)。三、巖體是由結構面分割的多裂隙體(1)原生結構面：指巖體形成過程中形成的結構面和構造面。(2)構造結構面：巖體形成后，由于地殼構造運動在巖體中產生的各種斷裂面。(3)次生結構面：指在外營力作用下產生的風化裂隙面及卸荷裂隙面等。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級所謂結構面是指巖體中具有97第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體中由于巖石的結構、構造具有方向性，使巖體強度、變形，甚至滲透等性質在不同方向上顯示出差異，稱為巖體的各向異性。四、巖體具有各向異性第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體中由于巖石的結構、構98第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級風化巖石按風化劇烈的程度分成若干級(或帶)：風化極嚴重、風化嚴重、風化頗重、風化輕微和未經風化五級。風化系統(tǒng)分為全風化帶、強風化帶、半風化帶、弱風化帶和微風化帶(新鮮)五帶。五、巖體具有可變性用軟化系數來表示巖石的軟化性。一般規(guī)定軟化系數小于0.75的巖石，叫軟化巖石。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級風化巖石按風化劇烈的程度99第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級六、單向應力狀態(tài)下巖石的變形特征1.單軸壓縮時應力－應變曲線εADCBσOOA段為裂隙壓密階段AB為直線段，表示線彈性的特征BC段為曲線段，表示彈塑性的特征CD為軟化曲線段，表示巖石峰值后的特征第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級六、單向應力狀態(tài)下巖石的100第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.彈性模量OB是曲線在原點O的切線，它的斜率表示初始切線模量；CD是A點的切線，它的斜率表示A點的切線模量Ee；割線OA的斜率表示割線模量或者平均割線模量Es。σσ1ε1ACBODεA點所對應的應力σ1等于抗壓強度σc的一半。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.彈性模量OB是曲線在101第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度及變形特性可分為兩種試驗方式：主應力σ1>σ2=σ3的情況，稱為常規(guī)三軸試驗或稱為三軸試驗；σ1>σ2>σ3的情況稱為真三軸試驗。巖石的三軸壓縮強度，通常是軸壓與圍壓按同一比例連續(xù)施加，當到達預定的圍壓值后，維持圍壓不變，軸向繼續(xù)按同一比例加載至破壞。破壞時的巖石三軸壓縮強度為：第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度102第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度及變形特性用不同的σ3，可得到不同的σ1，而用多組σ1和σ3，則可繪制出莫爾圓和莫爾包絡線。式中，σ1、σ2、σ3為巖石三軸壓縮強度；Pm為試件在圍壓σm作用下的極限軸向壓力；A為試件初始橫截面積。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度103第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級σ(MPa)τ(MPa)010050100200第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級σ(MPa)τ(MPa)104第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度及變形特性804.99.819.639.278.458.5σ(MPa)2.45ε×10-3圍壓P(MPa)60402004080120160200240隨著圍壓值的增高，峰值強度及其所對應的位移量均增大。殘余強度及其所對應的位移量也提高，且使峰值強度后區(qū)曲線變得平緩。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度105第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度及變形特性巖石在一定側限壓力下，呈現(xiàn)出后區(qū)下降曲線和殘余強度，其破壞為脆性破壞。當超過某側限壓力時，巖石強度隨變形增大而增大，呈現(xiàn)明顯的塑性強化變形和塑性變形破壞。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級七、三軸壓縮下巖石的強度106第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石試件在高圍壓下表現(xiàn)出塑性(或延性)變形的原因是：①附加壓力往往使應力狀態(tài)發(fā)生改變；②在高圍壓下，使得早就存在的微裂隙密合；③在高圍壓下會改變發(fā)生在變形過程中的物理性質，而這些性質的改變，都是發(fā)生塑性變形的基礎。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石試件在高圍壓下表現(xiàn)出107第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級八、裂隙巖體的強度性質試驗研究結果表明，裂隙巖體的強度隨著裂隙組數的增加明顯減小，但當裂隙組數增加到一定程度之后，強度不再繼續(xù)降低，而接近巖石的殘余強度。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級八、裂隙巖體的強度性質108第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體的強度：式中——巖石試件強度；表裂隙組數對巖體強度影響的試驗結果——巖體構造削弱系數。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體的強度：表裂隙組109第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石的質量指標：以巖芯未破壞巖塊(大于10cm)的總長與所取巖芯總長L的比值第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石的質量指標：以巖芯未110第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體完整性指數：現(xiàn)場測定的巖體彈性波速度v的平方與同種巖石試件彈性波速度v0的平方的比值。巖體抗壓強度與彈性波速度之間的關系第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖體完整性指數：現(xiàn)場測定111第四節(jié)圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一、概述圍巖的概念圍巖是指隧道開挖后其周圍產生應力重分布范圍內的巖體，或指隧道開挖后對其穩(wěn)定性產生影響的那部分巖體(這里所指的巖體是土體與巖體的總稱)。在不同的巖體中開挖隧道后巖體所表現(xiàn)出的性態(tài)是不同的，可歸納為充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時穩(wěn)定和不穩(wěn)定四種。第四節(jié)圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級一112第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖分級的概念各種圍巖的物理性質之間存在一定的內在聯(lián)系和規(guī)律，依照這些聯(lián)系和規(guī)律，可將圍巖劃分為若干級，這就是圍巖分級。目前，隧道圍巖分級是設計、施工的基礎（工程類比法就是建立在圍巖分級的基礎上的）。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖分級的概念113第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖分級的目的是：①作為選擇施工方法的依據；②進行科學管理及正確評價經濟效益；③確定結構上的荷載(松散荷載)；④給出襯砌結構的類型及其尺寸；⑤制定勞動定額、材料消耗標準的基礎等等。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖分級的目的是：114第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級比較理想的分級方法是：①準確客觀，有定量指標，盡量減少因人而異的隨機性；②便于操作使用，適于一般勘測單位所具備的技術裝備水平；③最好在挖開地層前得到結論。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級比較理想的分級方法是：115第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級人們對圍巖的認識是不斷深入的從國外的情況看：土石方工程分類法(開挖難易程度)巖石的堅固性來分類:如堅固性系數fRQD從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)分類來代替多年沿用的堅固性為基礎的分類第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級人們對圍巖的認識是不斷深116第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級從分級指標方面：大多數從定性描述經驗判斷定量描述以隧道圍巖的穩(wěn)定性為基礎進行分級是隧道圍巖分級的總趨勢。另外的發(fā)展趨勢：以巖體為對象、與地質勘探結合、與設計施工結合、定量化。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級從分級指標方面：大多數從117第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素(1)巖體結構特征巖體的結構特征可以簡單地用巖體的破碎程度或完整性來表示，在某種程度上它反映了巖體受地質構造作用的嚴重程度。巖體的破碎程度或完整狀態(tài)是指構成巖體的巖塊大小及這些巖塊的組合排列形態(tài)。1.地質因素

第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級二、影響圍巖穩(wěn)定性的主要118第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)結構面性質和空間的組合在塊狀或層狀結構的巖體中，控制巖體破壞的主要因素是軟弱結構面的性質及它們在空間的組合狀態(tài)。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)結構面性質和空間的119第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級從下述的5個方面來研究結構面對地下工程圍巖穩(wěn)定性影響的大?。孩俳Y構面的成因及其發(fā)展史；②結構面的平整、光滑程度；③結構面的物質組成及其充填物質情況；④結構面的規(guī)模與方向性；⑤結構面的密度與組數。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級從下述的5個方面來研究結120第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)巖石的力學性質在整體結構的巖體中，控制圍巖穩(wěn)定性的主要因素是巖石的力學性質，尤其是巖石的強度。一般來說，巖石強度越高，洞室越穩(wěn)定。(4)圍巖的初始應力場圍巖的初始應力場是地下工程圍巖變形、破壞的根本作用力，它直接影響圍巖的穩(wěn)定性。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)巖石的力學性質(121第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(5)地下水狀況地下水對圍巖的影響主要表現(xiàn)在：①軟化圍巖；②軟化結構面；③承壓水作用。2.工程活動所造成的人為因素(1)地下洞室尺寸和形狀在同一級(類)圍巖中，洞室跨度愈大，圍巖的穩(wěn)定性就愈差；第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(5)地下水狀況2.122第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下洞室的形狀主要影響開挖后圍巖的應力狀態(tài)。(2)施工中采用的開挖方法開挖方法對地下工程圍巖穩(wěn)定性的影響較為明顯，在分級(類)中必須予以考慮。三、分級(類)的因素指標及其選擇1.單一的巖性指標包括巖石的抗壓和抗拉強度、巖石堅固性系數f、彈性模量等物理力學參數，以及如抗鉆性、抗爆性等工程指標。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下洞室的形狀主要影響123第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.單一的綜合巖性指標它表明指標是單一的，但反映的因素卻是綜合的?！皫r石質量指標”(RQD—RockQualityDesignation)也是反映巖體破碎程度和巖石強度的綜合指標。所謂巖石質量指標是指鉆探時巖芯復原率，或稱巖芯采取率。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.單一的綜合巖性指標124第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級洞室圍巖自穩(wěn)的時間ts

式中，L——坑道未支護地段的長度；

α——視圍巖情況在0~1之間變化，好的巖體可取α＝0，極差的α＝1.0；C——視圍巖條件而定的系數。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級洞室圍巖自穩(wěn)的時間ts125第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級3.復合指標(1)巴頓(N.Barton)等人所提出的“巖體質量Q”，Q與6個表明巖體質量的地質參數有關，表示為式中，RQD為巖石質量指標；Jn為節(jié)理組數目；Jr為節(jié)理粗糙度；Ja為節(jié)理蝕變值；Jw為節(jié)理含水折減系數；SRF為初始應力折減系數。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級3.復合指標(1)巴頓(126第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)我國總參工程兵坑道工程圍巖分類中所采用的巖體質量指標Rm和應力比S。式中，Rc——巖石單軸飽和極限抗壓強度；

Kv——巖體完整性系數，巖體愈完整，取值愈大，變化范圍為1.0~0.08，由實測確定；

Kw——地下水影響減折系數，變化范圍為1.0~0.4，無水時取1.0，視具體情況由經驗確定；第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)我國總參工程兵坑道127第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級

KJ——巖層面產狀要素影響折減系數，變化范圍為1.0~0.5。式中，σm——最大的垂直地應力。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級KJ128第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)《水工隧洞設計規(guī)范)(SL279-2002)圍巖工程地質分類和國標《錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范》(GB50086－2001)所采用的圍巖/巖體強度應力比S，S綜合考慮了巖石強度、巖體完整性和地應力的因素。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(3)《水工隧洞設計規(guī)范129第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級式中，Rc——巖石飽和單軸抗壓強度；

Kv——巖體完整性系數；

σm——圍巖的最大主應力；

σ1——垂直洞軸線的較大主應力。(4)國標《工程巖體分級標準》(GB50218－94)也采用了兩個復合指標——巖體基本質量指標BQ和修正的巖體基本質量指標[BQ]．第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級式中，Rc——巖石飽和單130第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級根據以上對分級(類)指標的分析，可以得到如下的結論：①應選擇對圍巖穩(wěn)定性(主要表現(xiàn)在變形破壞特性上)有重大影響的主要因素；②選擇測試設備比較簡單、人為性小、科學性較強的定量指標；③主要分級(類)指標要有一定的綜合性，最好采用復合指標，以便全面、充分地反映圍巖的工程性質，并應有足夠的實測資料為基礎。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級根據以上對分級(類)指標131第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級目前鐵路隧道圍巖分級采用兩種方法，即以圍巖穩(wěn)定為基礎的分級方法和按彈性波(縱波)速度的分級方法。四、國內主要地下工程圍巖分級(類)標準(一)《鐵路隧道設計規(guī)范》的圍巖分級1.圍巖分級的基本因素(1)巖石堅硬程度根據單軸飽和極限抗壓強度Rc分為5級，即極硬巖、硬質巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級目前鐵路隧道圍巖分級采用132第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石堅硬程度的劃分第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級巖石堅硬程度的劃分133第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)巖體的完整程度主要是指圍巖被各種結構面切割成單元體的特征及其被切割后的塊度大小。它是評價圍巖穩(wěn)定程度最直接、最重要的指標。為了衡量圍巖的完整程度要考慮的因素：按照軟弱面的產狀、貫通性以及充填物的情況，可將圍巖分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。按照圍巖受地質構造影響的程度，可將圍巖分為：構造變動輕微、較重、嚴重、很嚴重。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級(2)巖體的完整程度為134第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級按照節(jié)理(裂隙)發(fā)育程度的不同又分為：節(jié)理不發(fā)育、節(jié)理較發(fā)育、節(jié)理發(fā)育及節(jié)理很發(fā)育。按照巖體風化程度的不同將圍巖分為：風化輕微、較重、嚴重、極嚴重四級。巖體完整程度劃分第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級按照節(jié)理(裂隙)發(fā)育程度135第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.圍巖基本分級及其修正(1)基本分級《鐵路隧道設計規(guī)范》將單、雙線鐵路隧道的圍巖劃分為六級。(2)隧道級別的修正地下水影響的修正根據單位時間的滲水量可將地下水狀態(tài)分為3級。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級2.圍巖基本分級及其修正136第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級鐵路隧道圍巖分級第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級鐵路隧道圍巖分級137第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下水狀態(tài)的分級根據地下水狀態(tài)對圍巖級別進行修正。地下水影響的修正第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級地下水狀態(tài)的分級根據地下138第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖初始地應力狀態(tài)修正初始地應力狀態(tài)評估第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級圍巖初始地應力狀態(tài)修正初139第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級初始地應力影響的修正風化作用的影響隧道洞深埋深較淺，應根據圍巖受地表的影響情況進行圍巖級別修正。當圍巖為風化層時應按風化層的圍巖基本分級考慮。圍巖僅受地表影響時，應較相應圍巖降低1~2級。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級初始地應力影響的修正140第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級采取兩步走的方法：先確定巖體基本質量；再結合具體工程的特點確定巖體級別。(二)國標《工程巖體分級標準》(GB50218-94)1.分級因素及其確定方法本分級標準認為巖體基本質量應由巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個因素確定。巖體完整程度可分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。巖體完整程度劃分的定量指標采用巖體完整性指數Kv。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級采取兩步走的方法：先確定141第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級Kv與定性劃分的巖體完整程度的對應關系2.巖體基本質量分級巖體基本質量分級可根據上述的分級因素結合巖體基本質量指標BQ進行。巖體基本質量指標BQ應根據Rc的兆帕數值和Kv值計算而得。第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級Kv與定性劃分的巖體完整142第二章隧道工程地質環(huán)境及圍巖分級BQ=90+3Rc+250Kv

當Rc＞90Kv+30時，應以Rc=90Kv+30