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學(xué)習(xí)資料三認(rèn)識(shí)圍巖的穩(wěn)定性上節(jié)課回顧1.看下面的幾組洞門(mén)圖片,請(qǐng)說(shuō)出洞門(mén)的類(lèi)型。2.明洞是用明挖法修建的隧道,那么明洞根據(jù)地形地質(zhì)情況和危害情況的不同,通常采用哪兩種明洞形式?拱式明洞和棚式明洞為什么要研究圍巖的穩(wěn)定性?一、研究圍巖穩(wěn)定性的意義圍巖的穩(wěn)定性:隧道開(kāi)挖后,在不支護(hù)條件下圍巖的穩(wěn)定程度。二、什么事隧道工程的頭等大事?研究圍巖的穩(wěn)定性,如何促使圍巖的穩(wěn)定??拥篱_(kāi)挖后,圍巖會(huì)有那些情形?成洞的三種情形有時(shí)不需要任何支撐就可獲得穩(wěn)定的洞室有時(shí)則需要加以支撐才能獲得穩(wěn)定的洞室由于支撐不及時(shí)或不足而導(dǎo)致圍巖坍塌堵塞洞室是最希望的經(jīng)常要做的要盡量避免第一部分概念1.巖體:在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中,經(jīng)過(guò)巖石建造、構(gòu)造形變和次生蛻變而形成的地質(zhì)體。它被許許多多不同方向、不同規(guī)模的斷層面、層理面、節(jié)理面和裂隙面等各種地質(zhì)界面切割成大小不等、形狀各異的各種塊體。工程地質(zhì)學(xué)中將這些地質(zhì)界面稱(chēng)之為結(jié)構(gòu)面或不連續(xù)面,將這些塊體稱(chēng)之為結(jié)構(gòu)體,并將巖體看作是由結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體以及結(jié)構(gòu)面之間的填充物組合而成的具有各種結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)體。
(1)層理:層理是指巖層中物質(zhì)的成分、顆粒大小、形狀和顏色在垂直方向發(fā)生改變時(shí)產(chǎn)生的紋理。巖石層之間的分割面稱(chēng)為層理面。
(2)片理:又稱(chēng)“片狀構(gòu)造”。指巖石形成薄片狀的構(gòu)造。
(3)節(jié)理:巖層受構(gòu)造應(yīng)力作用發(fā)生斷裂,沿?cái)嗔衙鎯蓚?cè)的巖層未發(fā)生移動(dòng)或僅發(fā)生了微小的錯(cuò)動(dòng)的斷裂構(gòu)造稱(chēng)構(gòu)造裂隙或構(gòu)造節(jié)理,有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)節(jié)理。
(4)斷層:巖層受構(gòu)造應(yīng)力作用發(fā)生斷裂,沿?cái)嗔衙鎯蓚?cè)巖層發(fā)生了移動(dòng)或明顯錯(cuò)位的斷裂構(gòu)造被稱(chēng)為斷層。2.圍巖:隧道周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi),受隧道工程施工和車(chē)輛荷載影響的那部分巖體。圍巖和巖體的關(guān)系一、組成:
巖體=被挖除的巖體+圍巖+圍巖以外的原狀巖體巖體=結(jié)構(gòu)體+結(jié)構(gòu)面+填充物。二、關(guān)系:①?lài)鷰r是巖體,但巖體不一定是圍巖。②圍巖是主要承載結(jié)構(gòu),其穩(wěn)定性的重要性遠(yuǎn)大于被挖除巖體的挖除難易程度。③圍巖以外的原狀巖體與隧道施工關(guān)系不大。
12巖石和巖體的關(guān)系二、關(guān)系:①巖石是由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而形成的自然體,也就是我們通常所說(shuō)的石頭。而巖體是指一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體。它除本身是由巖石構(gòu)成外,還包含了地應(yīng)力及各種地質(zhì)作用于長(zhǎng)期地質(zhì)歷史時(shí)期中在巖石中所形成的各種構(gòu)造痕跡(整合、不整合接觸面,褶皺,斷層,層理、節(jié)理、劈理、片理以及其它隱微裂隙)。②巖體結(jié)構(gòu)的基本要素是構(gòu)成巖體的結(jié)構(gòu)體(巖石)和將結(jié)構(gòu)體分割開(kāi)來(lái)的結(jié)構(gòu)面。其中結(jié)構(gòu)體是被各種構(gòu)造形跡和裂隙分割而成的巖石塊體;結(jié)構(gòu)面就是各種構(gòu)造形跡或裂隙。結(jié)構(gòu)面的存在是巖體不同于巖石概念的根本原因,結(jié)構(gòu)面是巖體的重要組成單元。巖體力學(xué)性質(zhì)的好壞在大多數(shù)情況下都取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì),而非巖石本身的性質(zhì)。
概念疑點(diǎn)各向同性:亦稱(chēng)“均質(zhì)性”。指物體的物理、化學(xué)等方面的性質(zhì)不會(huì)因方向的不同而有所變化的特性,即某一物體在不同的方向所測(cè)得的性能數(shù)值完全相同。
各向異性:亦稱(chēng)“非均質(zhì)性”。物體的全部或部分物理、化學(xué)等性質(zhì)隨方向的不同而各自表現(xiàn)出一定的差異的特性。即在不同的方向所測(cè)得的性能數(shù)值不同。質(zhì)地不均勻,各方面強(qiáng)度不一致。
彈性體:在外力作用下,內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)變和應(yīng)力一一對(duì)應(yīng),當(dāng)外力除去后能恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的物體。
塑性體:受力能變形,外力消失后不再恢復(fù)原來(lái)形狀的材料。
彈塑性體:物體在外力施加的同時(shí)立即產(chǎn)生全部變形,而在外力解除的同時(shí),只有一部分變形立即消失,其余部分變形在外力解除后卻永遠(yuǎn)不會(huì)自行消失的性能。第二部分巖體的工程性質(zhì)一、巖體的變形特性1、巖體的受拉變形特性
巖體在拉力作用下,結(jié)構(gòu)面很容易發(fā)生斷裂或脫離,其抗拉性能很低或沒(méi)有抗拉性能。2、巖體的受壓變形特性壓密階段(OA):主要是由巖體中結(jié)構(gòu)面的閉合和充填物的壓縮而產(chǎn)生的,形成了非線性凹狀曲線,變形模量小,總的壓縮量取決于結(jié)構(gòu)面的性態(tài),且這部分變形本質(zhì)上是不能恢復(fù)的,屬于不可恢復(fù)的塑性變形。彈性階段(AB):巖體充分壓密后便進(jìn)入彈性階段。所表現(xiàn)出的彈性變形是巖體的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體共同產(chǎn)生的,應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈直線。同時(shí),巖體的彈性模量也趨近于整體巖石的數(shù)值。塑性階段(BC):巖體繼續(xù)受力,變形發(fā)展到彈性極限后便進(jìn)入到塑性階段,此時(shí)巖體的變形特征受結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的變形特性共同制約。整體性好的巖體延性小,塑性變形不明顯,達(dá)到強(qiáng)度極限后變迅速破壞。破裂巖體塑性變形大,有甚至的從壓密階段直接發(fā)展到塑性階段,而不經(jīng)過(guò)彈性階段。破裂和破壞階段(CD):應(yīng)力達(dá)到峰值后,巖體即開(kāi)始破裂和破壞。破壞開(kāi)始時(shí),應(yīng)力下降比較緩慢,說(shuō)明破裂面上仍具有一定的摩擦力,巖體還能承受一定的荷載。而后,應(yīng)力急劇下降,巖體全面崩潰。通過(guò)單軸受壓圖,比較巖石、巖體和軟弱結(jié)構(gòu)面的受壓變形特性:
①巖石在大部分時(shí)間應(yīng)力-應(yīng)變呈線性關(guān)系,故以彈性變形為主。②軟弱結(jié)構(gòu)面應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)遠(yuǎn)大于應(yīng)力增長(zhǎng),呈非線性關(guān)系,故以塑性變形為主。
彈性體:在外力作用下,內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)變和應(yīng)力一一對(duì)應(yīng),當(dāng)外力除去后能恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的物體。
塑性體:受力能變形,外力消失后不再恢復(fù)原來(lái)形狀的材料。
彈塑性體:物體在外力施加的同時(shí)立即產(chǎn)生全部變形,而在外力解除的同時(shí),只有一部分變形立即消失,其余部分變形在外力解除后卻永遠(yuǎn)不會(huì)自行消失的性能。3、巖體的受剪變形特性
①結(jié)構(gòu)體不參與作用,沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)。
②結(jié)構(gòu)面不參與作用,沿結(jié)構(gòu)體斷裂。
③結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體同時(shí)參與作用,結(jié)構(gòu)體被剪斷。4.巖體的流變特性:巖體在受壓或受剪的情況下,巖體的變形隨著時(shí)間的增長(zhǎng)達(dá)到終值,并不是瞬間完成的。圖a):應(yīng)力不變,應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)?!叭渥儭眻Db):應(yīng)變不變,應(yīng)力隨時(shí)間降低。“松弛”具有流變特性的巖體:①極度軟弱破碎的巖層②含有大量泥質(zhì)軟弱填充物的一般破碎巖體。二、巖體的強(qiáng)度特性1、巖體的抗壓強(qiáng)度
①巖體的抗壓強(qiáng)度比巖石的抗壓強(qiáng)度低得多。②巖體的抗壓強(qiáng)度具有明顯的各向異性。巖體的抗壓強(qiáng)度隨層面傾角的增大而減小。大于50°為層間剪切破壞,小于32°為層內(nèi)軸向劈裂破壞。2、巖體的抗剪強(qiáng)度
①剪切力使得巖體主要沿結(jié)構(gòu)面滑移時(shí),巖體表現(xiàn)為塑性破壞,抗剪強(qiáng)度低。②剪切力使得巖體主要沿結(jié)構(gòu)體滑移時(shí),巖體表現(xiàn)為脆性破壞,抗剪強(qiáng)度高。③剪切力使得巖體沿結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面滑移,其抗剪強(qiáng)度介于上述兩者之間。塑性破壞:巖體、土體在外力作用下出現(xiàn)明顯的塑性變形后發(fā)生的破壞。事先有明顯的變形和裂縫預(yù)兆,可以及時(shí)采取措施予以補(bǔ)救,危險(xiǎn)性相對(duì)于脆性破壞稍小。脆性破壞:加載后,無(wú)明顯變形,因此破壞前無(wú)預(yù)兆,斷裂時(shí)斷口平齊,呈有光澤的晶粒狀。脆性破壞危險(xiǎn)性大。三、巖體的結(jié)構(gòu)特性巖體=結(jié)構(gòu)體+結(jié)構(gòu)面+填充物。
巖體工程性質(zhì)的特點(diǎn)?①巖體的變形特性不同于結(jié)構(gòu)體,也不同于結(jié)構(gòu)面。②巖體的變形表現(xiàn)出或強(qiáng)或弱的流變特性。③巖體的抗壓強(qiáng)度低于巖石的抗壓強(qiáng)度,具有明顯的“各向異性”。④巖體的抗剪強(qiáng)度主要受巖體結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)和形態(tài)控制。⑤巖體的結(jié)構(gòu)特征對(duì)其力學(xué)性質(zhì)影響很大,繼而影響巖體的破壞形態(tài)。
上節(jié)課回顧1.巖體是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中,經(jīng)過(guò)巖石建造、構(gòu)造形變和次生蛻變而形成的地質(zhì)體。巖體是由
、結(jié)構(gòu)面以及結(jié)構(gòu)面之間的
組合而成的具有各種結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)體。結(jié)構(gòu)體、填充物。2.
是彈性體,
是彈塑性體,
是塑性體。A.軟弱結(jié)構(gòu)面B.巖體C.巖石CBA3.巖體在受壓情況下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線分為那四個(gè)階段?壓密階段、彈性階段、塑性階段、破壞階段。第三部分巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)開(kāi)挖坑道前:圍巖處于相對(duì)穩(wěn)定和平衡狀態(tài)。“原始應(yīng)力狀態(tài)”開(kāi)挖坑道后:圍巖內(nèi)邊界的約束解除,失去原有的平衡,圍巖表現(xiàn)為“松弛”和向著坑道方向的“位移”。一、巖體原始應(yīng)力組成1)自重應(yīng)力—某一點(diǎn)的自重應(yīng)力是上覆巖層的自重所引起,與上覆巖層的質(zhì)量和藏深度有關(guān)2)構(gòu)造應(yīng)力—地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的地下某點(diǎn)的應(yīng)力。與巖體的特性(節(jié)理分布、巖體彈塑性、粘性特性)和地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象有關(guān)
3)其它作用—地形、地震、水、地溫等均可產(chǎn)生地應(yīng)力以上三種作用中,自重應(yīng)力與地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力是主要的、普遍存在的地應(yīng)力。
(一)自重應(yīng)力場(chǎng)在自重應(yīng)力場(chǎng)中,地表以下任一深度H處的垂直應(yīng)力等與其上覆巖體的重量
以壓應(yīng)力為正,為巖體的容重當(dāng)上覆巖體為多層時(shí),則為式中—
第i層巖體的容重
—
第i層巖體的厚度
地表水平時(shí)的自重應(yīng)力場(chǎng)圍巖自重應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律:應(yīng)力是隨深度成線性增加(二)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)地質(zhì)力學(xué)認(rèn)為:地殼各處發(fā)生的一切構(gòu)造變形與破裂都是地應(yīng)力作用的結(jié)果。因而地質(zhì)力學(xué)就把構(gòu)造體系和構(gòu)造形式在形成過(guò)程中的應(yīng)力狀態(tài)稱(chēng)為構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。我國(guó)大陸初始應(yīng)力場(chǎng)(包括自重應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng))的變化規(guī)律大致可以歸納為如下幾點(diǎn):①地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)不僅改變了重力應(yīng)力場(chǎng),而且除以各種構(gòu)造形態(tài)獲得釋放外,還以各種形式積蓄在巖體內(nèi),這種殘余構(gòu)造應(yīng)力將對(duì)地下工程產(chǎn)生重大影響。②垂直應(yīng)力的量值隨深度增加而增大,而且水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力。二、圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)的影響因素
圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài),一般受到兩類(lèi)因素的影響:第一類(lèi)因素有重力、溫度、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)及構(gòu)造、地形等經(jīng)常性的因素;第二類(lèi)因素有地殼運(yùn)動(dòng)、地下水活動(dòng)、人類(lèi)的長(zhǎng)期活動(dòng)等暫時(shí)性的或局部性的因素。因此,在眾多的因素中要特別研究下面幾點(diǎn):
1、地形和地貌。
2、巖體的力學(xué)性質(zhì)。
3、地溫。
4、人類(lèi)活動(dòng)。
第四部分巖體的應(yīng)力歷程及穩(wěn)定性分析一、圍巖的應(yīng)力歷程:“一次應(yīng)力場(chǎng)”:開(kāi)挖坑道前,圍巖處于相對(duì)應(yīng)力平衡和穩(wěn)定狀態(tài),也稱(chēng)“原始應(yīng)力狀態(tài)”?!岸螒?yīng)力場(chǎng)”:開(kāi)挖坑道后,圍巖自穩(wěn)或支護(hù)前,圍巖失去原有的應(yīng)力平衡和穩(wěn)定狀態(tài),應(yīng)力狀態(tài)改變,形成新的應(yīng)力狀態(tài)?!皯?yīng)力重分布”“三次應(yīng)力場(chǎng)”:圍巖自穩(wěn)或人工支護(hù)后,圍巖獲得新的應(yīng)力平衡和穩(wěn)定狀態(tài)。由此我們看出:一次應(yīng)力場(chǎng)和三次應(yīng)力場(chǎng)是穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài),二次應(yīng)力場(chǎng)是從一次應(yīng)力場(chǎng)到三次應(yīng)力場(chǎng)的變化狀態(tài)。地下開(kāi)挖后由于應(yīng)力重新分布,引起洞周產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。①當(dāng)圍巖應(yīng)力小于巖體強(qiáng)度極限(脆性巖石)或屈服極限(塑性巖石)時(shí),洞室圍巖穩(wěn)定;②當(dāng)圍巖應(yīng)力超過(guò)了巖體屈服極限時(shí),圍巖就由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為塑性狀態(tài),形成一個(gè)塑性松動(dòng)圈。在此過(guò)程中,原來(lái)洞室周邊高應(yīng)力逐漸向外轉(zhuǎn)移,形成新的應(yīng)力升高區(qū)。該區(qū)巖體擠壓得緊密,尤如一圈天然加固體,故稱(chēng)為承載圈。二、圍巖的破壞失穩(wěn)狀態(tài):脆性破壞整體狀和巨塊狀巖體,在很高地應(yīng)力作用下,巖體會(huì)發(fā)生“巖爆”。穩(wěn)定性很高。塊狀運(yùn)動(dòng)塊狀和層狀巖體,塊間和層間結(jié)合力弱,在二次應(yīng)力和自重應(yīng)力作用下,發(fā)生滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、塌落。彎曲折斷層狀巖體,層間結(jié)合力差,易于錯(cuò)動(dòng),抗彎能力差,洞頂巖體在自重作用下下沉彎曲,進(jìn)而張裂折斷,形成坍塌。邊墻巖體在水平力作用下易變形擠入洞室,甚至滑塌。松動(dòng)解脫破裂結(jié)構(gòu)或散體結(jié)構(gòu)的巖體,結(jié)構(gòu)松散,開(kāi)挖時(shí)隨挖隨塌,怕擾動(dòng),具有很強(qiáng)的流變性。塑性變形嚴(yán)重風(fēng)化巖體,強(qiáng)度極低,開(kāi)挖后,塑性變形不能停止。巖爆漸進(jìn)破壞過(guò)程示意圖A、劈裂;B、剪斷;C、彈射
巖爆的漸進(jìn)性破壞過(guò)程很短促.各階段在演化的時(shí)序和發(fā)展的空間部位,都是由洞壁向圍巖深部依次重復(fù)更迭發(fā)生的.因此,巖爆引起的圍巖破壞區(qū)可以分彈射帶、劈裂-剪切帶和劈裂帶等三帶.脆性破壞—巖爆層狀巖體圍巖常呈軟硬巖層相間的互層形式。結(jié)構(gòu)面以層理面為主,并有層間錯(cuò)動(dòng)及泥化夾層等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。變形破壞主要受巖層產(chǎn)狀及巖層組合等控制,破壞形式主要有:沿層面張裂、折斷塌落、彎曲內(nèi)鼓等。變形破壞??捎脧椥粤?、彈性板或材料力學(xué)中的壓桿平衡理論來(lái)分析。
在水平層狀圍巖中,洞頂巖層可視為兩端固定的板梁,在頂板壓力下,將產(chǎn)生下沉彎曲、開(kāi)裂。在傾斜層狀圍巖中,常表現(xiàn)為現(xiàn)為沿傾斜方向一側(cè)巖層彎曲塌落。另一側(cè)邊墻巖塊滑移等破壞形式,形成不對(duì)稱(chēng)的塌落拱。將出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象。在直立層狀圍巖中,當(dāng)天然應(yīng)力比值系數(shù)λ<1/3時(shí),洞頂發(fā)生沿層面縱向拉裂,被拉斷塌落。側(cè)墻則因壓力平行于層面,常發(fā)生縱向彎折內(nèi)鼓,進(jìn)而危及洞頂安全。碎裂狀巖體圍巖碎裂巖體是指斷層、褶曲、巖脈穿插擠壓和風(fēng)化破碎加次生夾泥的巖體。變形破壞形式常表現(xiàn)為塌方和滑動(dòng)。用松散介質(zhì)極限平衡理論來(lái)分析。在夾泥少、以巖塊剛性接觸為主的碎裂圍巖中,不易大規(guī)模塌方。圍巖中含泥量很高時(shí),由于巖塊間不是剛性接觸,易產(chǎn)生大規(guī)模塌方或塑性擠入散體狀巖體圍巖散體狀巖體是指強(qiáng)烈構(gòu)造破碎、強(qiáng)烈風(fēng)化的巖體。常表現(xiàn)為彈塑性、塑性或流變性。圍巖結(jié)構(gòu)均勻時(shí),以拱頂冒落為主。當(dāng)圍巖結(jié)構(gòu)不均勻或松動(dòng)巖體僅構(gòu)成局部圍巖時(shí),常表現(xiàn)為局部塌方、塑性擠入及滑動(dòng)等變形破壞形式??捎盟缮⒔橘|(zhì)極限平衡理論配合流變理論來(lái)分析。三、圍巖的穩(wěn)定的影響因素:1.二次應(yīng)力和二次應(yīng)變
二次應(yīng)力大于巖體強(qiáng)度,引起巖體的變形和位移,但是不一定能夠引起圍巖的坍塌。除非變形積累超過(guò)圍巖的變形承載能力,才會(huì)引起圍巖的坍塌。2.局部破壞①整體性較好的圍巖不會(huì)導(dǎo)致圍巖坍塌失穩(wěn)②鑲嵌結(jié)構(gòu)的塊狀圍巖,常因關(guān)鍵巖塊的塌落引起整體失穩(wěn)③一定空間效應(yīng)的散體結(jié)構(gòu)圍巖,可以保持較長(zhǎng)時(shí)間不坍塌,完全沒(méi)有空間效應(yīng)的散體結(jié)構(gòu)圍巖,會(huì)隨挖隨塌。3.結(jié)構(gòu)條件
①隧道坑道形狀用圍巖“自然成拱作用”常將橫斷面設(shè)計(jì)成馬蹄型。(水平應(yīng)力不大,兩側(cè)邊墻可以設(shè)計(jì)成直邊墻,坑道底部無(wú)上鼓力時(shí),坑道斷面可設(shè)計(jì)成直底板。)
②隧道坑道的斷面越大,圍巖的相對(duì)穩(wěn)定性越小,反之,隧道的相對(duì)穩(wěn)定性越大。4.施工條件
①開(kāi)挖方法(開(kāi)挖次數(shù)越多,應(yīng)力重分布次數(shù)越多,不利于圍巖的穩(wěn)定性)②開(kāi)挖面的支撐作用。(后一次開(kāi)挖對(duì)已開(kāi)挖區(qū)段圍巖的二次應(yīng)力場(chǎng)有影響,掌子面前方未被挖除的巖體對(duì)已開(kāi)挖區(qū)段的圍巖有約束作用。③掘進(jìn)方式。掘進(jìn)方式破巖時(shí)造成的沖擊和振動(dòng)強(qiáng)度越大,對(duì)圍巖的擾動(dòng)越大,圍巖的穩(wěn)定越不利。④施工速度。若開(kāi)挖快,支護(hù)慢,那么圍巖自由變形積累對(duì)圍巖不利。必須做到,開(kāi)挖后立即支護(hù)。⑤風(fēng)化作用。圍巖開(kāi)挖后,暴露時(shí)間越長(zhǎng),對(duì)圍巖越不利。
圍巖穩(wěn)定的影響因素1、圍巖工程地質(zhì)條件2、隧道工程結(jié)構(gòu)條件3、隧道工程施工條件圍巖所處的原始應(yīng)力狀態(tài)圍巖的破碎程度和結(jié)構(gòu)特征圍巖所處的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境地下水的作用等條件指隧道所處的位置坑道形狀(尤其是頂部形狀)坑道的斷面大小等條件施工方法(擾動(dòng)程度)施工速度(圍巖的暴露時(shí)間)支護(hù)的施作時(shí)間、時(shí)機(jī)支護(hù)的力學(xué)性能支護(hù)與圍巖的協(xié)調(diào)狀態(tài)1.圍巖的結(jié)構(gòu)特征是指什么?①巖體結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)出情況,如層理、板理、片理等。②圍巖的完整程度。③軟硬巖性的含量比。2.圍巖的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境是指什么?地殼或巖石圈各個(gè)組成部分的形態(tài)及其相互結(jié)合方式和面貌特征的總稱(chēng)。構(gòu)造是巖石或巖層在地球內(nèi)動(dòng)力的作用下產(chǎn)生的原始面貌。3.隧道所處的位置是指什么?隧道從一側(cè)洞門(mén)到另一側(cè)洞門(mén)所經(jīng)歷的路線。第五部分巖體的穩(wěn)定性分級(jí)
1、為什么要分級(jí)?
①確定初期支護(hù)的類(lèi)型
②確定采用的開(kāi)挖方式和施工方法。規(guī)范規(guī)定在詳測(cè)階段和施工設(shè)計(jì)階段,特別是施工期間必須進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分級(jí),并應(yīng)根據(jù)勘測(cè)測(cè)試資料和開(kāi)挖揭露的巖體,觀察量測(cè)資料,對(duì)初步分級(jí)進(jìn)行檢驗(yàn)和修正,確定圍巖詳細(xì)分級(jí)。2、新規(guī)范(JTGD70-2004)公路隧道圍巖分級(jí)方法3、新老規(guī)范關(guān)于圍巖級(jí)別劃分的區(qū)別
1)稱(chēng)謂不同
新設(shè)計(jì)規(guī)范――圍巖級(jí)別巖體的完整性:即巖體在遭受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和淺表生改造后的完整程度。包括兩個(gè)方面一個(gè)就是幾何完整性,另外一個(gè)就是力學(xué)完整性。原設(shè)計(jì)規(guī)范――圍巖類(lèi)別定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)巖體的幾何宏觀形態(tài),從結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度出發(fā)來(lái)衡量巖體的完整性。
2)表示符號(hào)雖然相同,但表示穩(wěn)定性的意義相反。
3)堅(jiān)硬性
4)完整性系數(shù)的定性不同
巖體的完整性:即巖體在遭受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和淺表生改造后的完整程度。巖體的完整性有兩層含義:第1層含義是幾何(宏觀形態(tài))完整性,即從結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度出發(fā)來(lái)衡量的、肉眼可以看到的巖體完整程度,表征的指標(biāo)有裂隙間距D、巖體體積節(jié)理數(shù)Jv、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD;第2層含義是力學(xué)(工程)完整性(似完整性),即撇開(kāi)肉眼的完整性判斷,從巖體滿足工程荷載的力學(xué)需求的角度來(lái)評(píng)價(jià)的巖體完整性,表征的指標(biāo)主要有巖體體積節(jié)理數(shù)Jv
、巖體完整性系數(shù)Kv等。巖體完整程度采用定性劃分和定量指標(biāo)兩種方法確定。圍巖級(jí)別圍巖或土體主要定性特征圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ或修正的圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)[BQ]Ⅰ堅(jiān)硬巖,巖體完整,巨整體狀或巨厚層狀結(jié)構(gòu)>550Ⅱ堅(jiān)硬巖,巖體較完整,塊狀或厚層狀結(jié)構(gòu);較堅(jiān)硬巖,巖體完整,塊狀整體結(jié)構(gòu)550~451Ⅲ堅(jiān)硬巖,巖體較破碎,巨塊(石)碎(石)狀鑲嵌結(jié)構(gòu);較堅(jiān)硬巖或較軟硬巖層,巖體較完整,塊狀體或中厚層結(jié)構(gòu)450~351Ⅳ堅(jiān)硬巖,巖體破碎,碎裂結(jié)構(gòu);較堅(jiān)硬巖,巖體較破碎.破碎,鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu);較軟巖或軟硬巖互層,且以軟巖為主,巖體較完整~較破碎,中薄層狀結(jié)構(gòu)350~251土體:1壓密或成巖作用的粘性土及砂性土;2黃土(Ql、Q2);3一般鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的碎石土、卵石土、大塊右土Ⅴ較軟巖,巖體破碎;軟巖,巖體較破碎~破碎;極破碎各類(lèi)巖體,碎、裂狀,松散結(jié)構(gòu)≤250一般第四系的半干硬至硬塑的粘性土及稍濕至潮濕的碎石上,卵石土、圓礫、角礫土及黃土(Q3、Q4)。非粘性土呈松散結(jié)構(gòu),粘性土及黃土呈松軟結(jié)構(gòu)Ⅵ軟塑狀粘性土及潮濕、飽和粉細(xì)砂層、軟土等注:本表不適用于特殊條件的圍巖分級(jí),如膨脹性圍巖、多年凍土等。
巖體質(zhì)量分類(lèi):巖體=巖石+不連續(xù)結(jié)構(gòu)面(節(jié)理、裂隙等),同時(shí)考慮圍巖所處的巖土環(huán)境,如地下水、地應(yīng)力、洞室線路方向等。總之,巖體質(zhì)量分類(lèi)不是單一因素決定的,也就是說(shuō)巖石強(qiáng)度很大,巖體質(zhì)量分類(lèi)不一定就高,還要看其它東西!巖體質(zhì)量分類(lèi)是通過(guò)巖石的UCS(單軸抗壓)+GSI(地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo),與結(jié)構(gòu)面有關(guān))+巖石類(lèi)別來(lái)確定巖體的一系列參數(shù),一定要建立起這個(gè)概念!圍巖級(jí)別與圍巖類(lèi)別的關(guān)系圍巖級(jí)別(新規(guī)范)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ圍巖類(lèi)別(原設(shè)計(jì)規(guī)范)ⅥⅤⅣⅢⅡⅠ穩(wěn)定性最好最差圍巖級(jí)別:差異性、量的界定、等級(jí)圍巖類(lèi)別:統(tǒng)一性、質(zhì)的定性評(píng)價(jià)、屬性圍巖級(jí)別與圍巖類(lèi)別的關(guān)系:級(jí)別和類(lèi)別不能直接換算,簡(jiǎn)單的說(shuō)其基本上是相反的關(guān)系,類(lèi)別越大巖層越好,級(jí)別越大巖層越差,即Ⅰ類(lèi)圍巖對(duì)應(yīng)Ⅵ級(jí)圍巖,Ⅱ類(lèi)圍巖對(duì)應(yīng)Ⅴ級(jí)圍巖,Ⅲ類(lèi)圍巖對(duì)應(yīng)Ⅳ級(jí)圍巖,以此類(lèi)推。巖石等級(jí)劃分Rc(MPa)>6060~3030~1515~5<5新規(guī)范堅(jiān)硬巖較堅(jiān)硬巖較軟巖軟巖極軟巖原規(guī)范極硬巖硬質(zhì)巖軟質(zhì)巖極軟巖單軸抗壓強(qiáng)度:是在單向受壓條件下,巖石試件破壞時(shí)的極限壓應(yīng)力值。將巖石試驗(yàn)放在壓力機(jī)的上下壓板之間進(jìn)行加壓,直至試樣被壓壞時(shí)測(cè)得的壓力強(qiáng)度值。
新規(guī)范Kv與定性劃分的巖體完整程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系Kv>0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15<0.15完整程度完整較完整較破碎破碎極破碎Jv與Kv對(duì)照表Jv<33~1010~2020~35>35Kv>0.750.75~0.550.55~0.350.
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