學(xué)習(xí)資料3-認(rèn)識圍巖的穩(wěn)定性-課件

認(rèn)識圍巖的穩(wěn)定性認(rèn)識圍巖的穩(wěn)定性1一、圍巖穩(wěn)定的影響因素分析（一）成洞的三種情形有時不需要任何支撐就可以獲得穩(wěn)定的洞室有時則需要加以支撐才能獲得穩(wěn)定的洞室有時由于支撐不及時或不足而導(dǎo)致圍巖坍塌是最希望的經(jīng)常要做的要盡量避免一、圍巖穩(wěn)定的影響因素分析（一）有時不需要任何支撐有時則需要2精品資料精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”學(xué)習(xí)資料3-認(rèn)識圍巖的穩(wěn)定性-ppt課件4圍巖穩(wěn)不穩(wěn)坑道穩(wěn)不穩(wěn)決定著認(rèn)識研究分析掌握圍巖所處的地質(zhì)環(huán)境圍巖的工程性質(zhì)影響圍巖穩(wěn)定的因素這些因素是如何影響的判斷圍巖的穩(wěn)定能力圍巖穩(wěn)不穩(wěn)坑道穩(wěn)不穩(wěn)決定著認(rèn)識研究分析掌握圍巖所處的地質(zhì)環(huán)境5（二）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)特征圍巖的強(qiáng)度特性和變形特性地下水的作用等條件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速度（圍巖的暴露時間）支護(hù)的施作時間、時機(jī)支護(hù)的力學(xué)性能施工方法（擾動程度）支護(hù)與圍巖的協(xié)調(diào)狀態(tài)（二）1、圍巖工程2、隧道工程3、隧道工程圍巖所處的原始應(yīng)力6區(qū)分最終獲得必要又充分經(jīng)濟(jì)又合理的工程措施不同的地質(zhì)環(huán)境條件不同工程性質(zhì)的圍巖不同的影響因素不同的影響機(jī)理不同的影響程度隧道的穩(wěn)定與安全區(qū)分最終獲得必要又充分不同的地質(zhì)環(huán)境條件隧道的穩(wěn)定與安全7（三）圍巖與巖體的區(qū)別及研究內(nèi)容名稱定義范圍或組成主要研究內(nèi)容圍巖指坑道周圍一定范圍內(nèi)，對坑道穩(wěn)定有影響的那部分巖體。內(nèi)邊界——在坑道的周圍外邊界——有無相互影響穩(wěn)定能力影響因素支護(hù)措施巖體在漫長的地質(zhì)歷史中，經(jīng)過造巖、構(gòu)造變形和次生蛻變而形成的地質(zhì)體。結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)體（巖塊）填充物好不好挖開挖方法掘進(jìn)方式（三）圍巖與巖體的區(qū)別及研究內(nèi)容名稱定義范圍或組成主要研究內(nèi)8學(xué)習(xí)資料3-認(rèn)識圍巖的穩(wěn)定性-ppt課件9學(xué)習(xí)資料3-認(rèn)識圍巖的穩(wěn)定性-ppt課件10二、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

巖體受拉后立即沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生斷裂或脫離，表現(xiàn)為抗拉能力很低或者根本沒有抗拉能力。這種特性顯然不能為工程所應(yīng)用，故不必過多研究，但它對工程是有害的，因此應(yīng)極力避免應(yīng)用。二、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112、巖體的受壓變形特性①壓密階段（OA）②彈性階段（AB）③塑性階段（BC）④破壞階段（CD）典型應(yīng)力——應(yīng)變曲線2、巖體的受壓變形特性①壓密階段（OA）典型應(yīng)力——應(yīng)變曲線123、巖體的受剪變形特性

巖體受剪時的變形特征主要是

受結(jié)構(gòu)面的控制。首先沿結(jié)構(gòu)面滑動變形。然后結(jié)構(gòu)體受剪變形，進(jìn)而被剪斷。流變特性：巖體變形不是瞬間完成的，而是隨著時間的增長逐漸達(dá)到終值。蠕變：應(yīng)力不變，應(yīng)變隨時間增長。松弛：應(yīng)變不變，應(yīng)力隨時間降低。3、巖體的受剪變形特性巖體受剪時的變形特征主要是13（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。（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142、巖體的抗剪強(qiáng)度巖體抗剪強(qiáng)度主要受巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)和形態(tài)所控制。即結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、分布、規(guī)模、密集程度、空間組合形式和表面形態(tài)、填充物的性質(zhì)和充填狀況、含水情況等，均直接而顯著地影響著巖體的抗剪強(qiáng)度。巖體的巖性、構(gòu)造、風(fēng)化程度、含水性等因素對巖體的抗剪強(qiáng)度也有一定的影響。2、巖體的抗剪強(qiáng)度巖體抗剪強(qiáng)度主要受巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)和形態(tài)15（三）巖體的結(jié)構(gòu)特征及其分類1、巖體的結(jié)構(gòu)特征巖體的結(jié)構(gòu)特征是指結(jié)構(gòu)體、結(jié)構(gòu)面及其填充物的特征總和。巖體的結(jié)構(gòu)特征對巖體的工程力學(xué)性能有著重要影響，繼而影響巖體的破壞形態(tài)。（三）巖體的結(jié)構(gòu)特征及其分類1、巖體的結(jié)構(gòu)特征巖體的結(jié)構(gòu)特征162、巖體的結(jié)構(gòu)分類（見課本表3-2-5）巖體的結(jié)構(gòu)類型整體塊狀散體碎裂層狀2、巖體的結(jié)構(gòu)分類（見課本表3-2-5）巖體的結(jié)構(gòu)類型整體塊17整體塊狀結(jié)構(gòu)碎裂結(jié)構(gòu)整體塊狀結(jié)構(gòu)碎裂結(jié)構(gòu)18層狀結(jié)構(gòu)散體結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)散體結(jié)構(gòu)19（四）巖體的破壞失穩(wěn)形態(tài)1、脆性破壞整體狀和巨塊狀巖體，其結(jié)構(gòu)完整、巖質(zhì)堅硬，在一般工程開挖條件下，大多表現(xiàn)出很強(qiáng)的穩(wěn)定能力，僅偶爾產(chǎn)生局部掉塊。當(dāng)?shù)貞?yīng)力很高時，則可能發(fā)生坑道周邊巖石成大小不等的碎片狀射出，并伴有響聲。工程中將這種現(xiàn)象稱為“巖爆”。巖爆屬于脆性破壞。（四）巖體的破壞失穩(wěn)形態(tài)1、脆性破壞整體狀和巨塊狀巖體，其結(jié)202、塊狀運(yùn)動塊狀或?qū)訝顜r體，受少數(shù)結(jié)構(gòu)面切割，其塊間或?qū)娱g結(jié)合力較弱，在應(yīng)力作用下，向坑道方向運(yùn)動?？赡苤饾u形成塊體滑動、轉(zhuǎn)動，以及塊體擠出、塌落、傾倒等失穩(wěn)現(xiàn)象。塌落的往往只是局部，其規(guī)模一般不會太大。2、塊狀運(yùn)動塊狀或?qū)訝顜r體，受少數(shù)結(jié)構(gòu)面切割，其塊間或?qū)娱g結(jié)213、塑性變形碎裂結(jié)構(gòu)或散體結(jié)構(gòu)的巖體隨挖隨塌，或不挖自塌，基本不能自穩(wěn)。即使利用初期支護(hù)使其勉強(qiáng)不坍塌，但其塑性變形也長時間不能停止，具有很強(qiáng)的流變性。3、塑性變形碎裂結(jié)構(gòu)或散體結(jié)構(gòu)的巖體隨挖隨塌，或不挖自塌，基22塑性變形的表現(xiàn)塑性變形的表現(xiàn)23（五）巖體工程性質(zhì)的結(jié)論1、結(jié)論分析變形特性強(qiáng)度特性結(jié)構(gòu)特征巖體既不是簡單的彈性體也不是簡單的塑性體而是較復(fù)雜的彈塑性體（五）巖體工程性質(zhì)的結(jié)論1、結(jié)論分析變形特性巖體既不是簡單的242、具體特征巖體的變形特性不同于結(jié)構(gòu)體或結(jié)構(gòu)面，而是呈現(xiàn)為“四個階段”。整體性較好的巖體接近彈性體，破碎及松散巖體偏向于塑性體。巖體的變形不是瞬間完成的，而是隨著時間逐漸達(dá)到終值，具有流變特征。巖體的強(qiáng)度具有明顯的“各向異性”。巖體的結(jié)構(gòu)特征對其力學(xué)性質(zhì)有著重要影響，繼而影響著巖體的破壞形態(tài)。2、具體特征巖體的變形特性不同于結(jié)構(gòu)體或結(jié)構(gòu)面，而是呈現(xiàn)為“25三、巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)工程實踐和研究表明，巖體在開挖前總是處在相對平衡和穩(wěn)定狀態(tài)之中，稱為“原始應(yīng)力狀態(tài)”。在開挖坑道后，圍巖出現(xiàn)“松弛”和向著坑道方向的“位移”，甚至坍塌破壞等現(xiàn)象，與巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)有著密切的關(guān)系。三、巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)工程實踐和研究表明，巖體在開挖前總是處26四、圍巖的應(yīng)力歷程洞室形成前：巖體中任意一點(diǎn)處的應(yīng)力是平衡的洞室形成后：開挖穩(wěn)定后：

初始應(yīng)力狀態(tài)（一次應(yīng)力狀態(tài)）形成自由變形空間圍巖向洞內(nèi)松脹變形引發(fā)圍巖應(yīng)力重新調(diào)整

應(yīng)力重分布（二次應(yīng)力狀態(tài)）圍巖自己穩(wěn)定，或是人工支護(hù)結(jié)構(gòu)的幫助下獲得穩(wěn)定達(dá)到新的應(yīng)力平衡和穩(wěn)定狀態(tài)（三次應(yīng)力狀態(tài)）四、圍巖的應(yīng)力歷程洞室形成前：巖體中任意一點(diǎn)處洞室形成后：開27五、圍巖穩(wěn)定性的力學(xué)解釋1、圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)與其強(qiáng)度能力的關(guān)系。巖體的“強(qiáng)度破壞和有限的變形”，只是圍巖坍塌失穩(wěn)的“必要條件”。2、圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)與其變形能力的關(guān)系。“變形過度”才是圍巖坍塌失穩(wěn)的“充分條件”。3、圍巖局部穩(wěn)定性與整體穩(wěn)定性的關(guān)系。在一定的工程結(jié)構(gòu)條件下和一定的施工條件下，巖體的“強(qiáng)度破壞和整體變形過度”才是圍巖整體坍塌失穩(wěn)的“充要條件”。五、圍巖穩(wěn)定性的力學(xué)解釋1、圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)與其強(qiáng)度能力的關(guān)284、隧道結(jié)構(gòu)條件與圍巖穩(wěn)定性的關(guān)系。（1）坑道橫斷面形狀與圍巖穩(wěn)定性的關(guān)系

自然界地層中的天然洞室，其頂部形狀都趨向于形成拱形。—“自然成拱作用”。（2）坑道橫斷面大小與圍巖穩(wěn)定性的關(guān)系

坑道斷面越大，圍巖的相對穩(wěn)定性更低，反之則相對穩(wěn)定。5、隧道施工條件與圍巖穩(wěn)定性的關(guān)系。（1）開挖方法的影響

施工應(yīng)盡可能地采用大斷面開挖，以簡化圍巖應(yīng)力重分布的過程，減少對圍巖穩(wěn)定性的不利影響。4、隧道結(jié)構(gòu)條件與圍巖穩(wěn)定性的關(guān)系。29（2）開挖面的支承作用的影響

開挖中應(yīng)盡可能地對“開挖面的支承作用”加以充分利用。（3）掘進(jìn)方式的影響

應(yīng)視圍巖條件盡可能地選用對圍巖擾動小的破巖方式。（4）施工速度的影響

施工中應(yīng)及時做初期支護(hù)，控制圍巖變形。（5）風(fēng)化作用的影響

施工中應(yīng)盡可能早地封閉圍巖表面，縮短圍巖暴露時間，避免圍巖急速風(fēng)化，保持圍巖的穩(wěn)定能力。（2）開挖面的支承作用的影響301、分級的目的和原則（一）分級的目的為了工程應(yīng)用的便利，有必要將圍巖按其穩(wěn)定性的好壞（能力的強(qiáng)弱）劃分為有限個級別，以便于進(jìn)行工程類比。（二）分級的原則（1）分級目的明確、形式簡單、級數(shù)適中；（2）分級指標(biāo)清晰、便于識別、易于區(qū)分；（3）分級數(shù)據(jù)易得、便于定量、易于劃分。五、圍巖的穩(wěn)定性分級1、分級的目的和原則（一）分級的目的為了工程應(yīng)用的便利，有必312、隧道圍巖穩(wěn)定性分級（一）公路、鐵路隧道圍巖穩(wěn)定性分級方法及分級表《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》推薦的圍巖穩(wěn)定性分級方法是：以圍巖的結(jié)構(gòu)特征、完整狀態(tài)、巖體強(qiáng)度和圍巖的彈性波速度（VP）作為基本分級指標(biāo)，將圍巖劃分為Ⅰ~Ⅵ共六個基本級別；然后適當(dāng)考慮地下水和地應(yīng)力對圍巖穩(wěn)定性的影響程度，對基本級別予以適當(dāng)修正，確定出圍巖穩(wěn)定性的最后級別。2、隧道圍巖穩(wěn)定性分級（一）公路、鐵路隧道圍巖穩(wěn)定性分級方法32學(xué)習(xí)資料3-認(rèn)識圍巖的穩(wěn)定性-ppt課件33學(xué)習(xí)資料3-認(rèn)識圍巖的穩(wěn)定性-ppt課件34（二）各級圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)各級圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按試驗資料確定，無試驗資料時可按表選用。（二）各級圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)各級圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按35（三）圍巖分級的主要因素圍巖基本分級應(yīng)由巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個因素確定；巖石堅硬程度定量指標(biāo)用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度（Rc）表達(dá)；巖體完整程度的定量指標(biāo)用巖體完整性系數(shù)(Kv)表達(dá)。Kv一般用彈性波探測值。巖石堅硬程度和巖體完整程度，應(yīng)采用定性劃分和定量指標(biāo)兩種方法綜合確定。（三）圍巖分級的主要因素圍巖基本分級應(yīng)由巖石堅硬程度和巖體完36（三）圍巖分級的主要因素（三）圍巖分級的主要因素37（四）隧道圍巖分級修正隧道圍巖級別應(yīng)在圍巖基本分級的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道工程的特點(diǎn)，考慮地下水狀態(tài)、初始地應(yīng)力狀態(tài)等必要的因素進(jìn)行修正。（四）隧道圍巖分級修正隧道圍巖級別應(yīng)在圍巖基本分級的基礎(chǔ)上，38（四）隧道圍巖分級修正圍巖初始地應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)無實測資料的，可根據(jù)隧道工程埋深、地貌、地形、地質(zhì)、構(gòu)造運(yùn)動史、主要構(gòu)造線與開挖過程中出現(xiàn)的巖爆、巖芯餅化等特殊地質(zhì)現(xiàn)象，按下表評估。（四）隧道圍巖分級修正圍巖初始地應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)無實測資料的，可39（四）隧道圍巖分級修正隧道洞身埋藏較淺，應(yīng)根據(jù)圍巖受地表的影響情況進(jìn)行圍巖級別修正。當(dāng)圍巖為風(fēng)化層時，應(yīng)按風(fēng)化層的圍巖基本分級考慮；圍巖僅受地表影響時，應(yīng)較相應(yīng)圍巖降低1～2級。（四）隧道圍巖分級修正隧道洞身埋藏較淺，應(yīng)根據(jù)圍巖受地表的影40（五）公路隧道圍巖分級的主要因素公路隧道圍巖分級的綜合評判方法采用兩步分級，并按以下順序進(jìn)行：(1)根據(jù)巖石的堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素的定性特征和定量的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ），綜合進(jìn)行初步分級。(2)對圍巖進(jìn)行詳細(xì)定級時，應(yīng)在巖體基本質(zhì)量分級基礎(chǔ)上，考慮修正因素的影響修正巖體基本質(zhì)量指標(biāo)值。(3)按修正后的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)[BQ]，結(jié)合巖體的定性特征綜合評判，確定圍巖的詳細(xì)分級。（五）公路隧道圍巖分級的主要因素公路隧道圍巖分級的綜合評判方41（六）對分級中不便考慮的影響因素的處理1、坑道橫斷面大小對圍巖穩(wěn)定性級別的影響；2、坑道橫斷面形狀對圍巖穩(wěn)定性級別的影響；3、施工方法對圍巖穩(wěn)定性級別的影響。（六）對分級中不便考慮的影響因素的處理1、坑道橫斷面大小對圍423、國家標(biāo)準(zhǔn)GB50086-2001《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》圍巖分類法（1）本分類適用于礦山、鐵路、水電、建工和軍工等部門的地下工程錨噴支護(hù)設(shè)計。(國標(biāo)P1)（2）本分類采用多因素定性與定量指標(biāo)相結(jié)合的分類方法。雖然分類表中沒有給出巖體質(zhì)量系數(shù)，但由于分類表中給出了巖石單軸抗壓強(qiáng)度和巖體完整性指標(biāo)，所以實際上也等于給出了巖體質(zhì)量系數(shù)。（國標(biāo)P5-9）3、國家標(biāo)準(zhǔn)GB50086-2001《錨桿噴射混凝土支護(hù)技43（3）巖體結(jié)構(gòu)類型的劃分，主要考慮了巖體結(jié)構(gòu)體的塊度尺寸，見下表。巖體結(jié)構(gòu)類型整體狀結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)碎裂鑲嵌與碎裂狀結(jié)構(gòu)散體狀結(jié)構(gòu)塊度尺寸（以結(jié)構(gòu)面平均間距表示）＞0.8m0.4~0.8m0.2~0.4m＜0.2m（3）巖體結(jié)構(gòu)類型的劃分，主要考慮了巖體結(jié)構(gòu)體的塊度尺寸，見44（4）地質(zhì)構(gòu)造影響程度和結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況參見有關(guān)表格。（5）對Ⅲ、IV級圍巖，當(dāng)?shù)叵滤^發(fā)育時，應(yīng)根據(jù)地下水類型、水量大小、軟弱結(jié)構(gòu)面多少及其危害程度，適當(dāng)降級。（6）對Ⅱ、Ⅲ、IV級圍巖，當(dāng)洞軸線與主要斷層或軟弱夾層夾角小于30°時，應(yīng)適當(dāng)降級。（7）劃分圍巖類別通常分為兩個階段：勘察階段初步劃分圍巖類別與施工階段詳細(xì)劃分圍巖類別。（4）地質(zhì)構(gòu)造影響程度和結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況參見有關(guān)表格。454、其他分類方法（1）巖石堅固性系數(shù)（f）分類法和巖體堅固性系數(shù)（fm）分類法。——不能