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隧道围岩稳定性工程地质分析隧道围岩稳定性工程地质分析成都理工大学成都理工大学成都理工大学成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室2010201020102010年年年年10101010月月月月n隧道基本概念隧道基本概念 隧道：又称地下洞室，是为各种目的修建在地层之内的隧道：又称地下洞室，是为各种目的修建在地层之内的中空通道或中空洞室。中空通道或中空洞室。包括矿山坑道、铁路隧道、水工隧洞、地下发电站厂房、包括矿山坑道、铁路隧道、水工隧洞、地下发电站厂房、地下铁道及地下停车场、地下弹道导弹发射井等。地下铁道及地下停车场、地下弹道导弹发射井等。共同的特点，就是都要在岩体内开挖出具有一定横断面共同的特点，就是都要在岩体内开挖出具有一定横断面积和尺寸、并有较大廷伸长度的洞子。积和尺寸、并有较大廷伸长度的洞子。所以周围岩层的稳所以周围岩层的稳定性就决定着地下建筑的安全和正常使用条件。定性就决定着地下建筑的安全和正常使用条件。1 基本概念基本概念n地下洞室的分类地下洞室的分类按按用用途途：矿矿山山巷巷道道（井井）、交交通通隧隧道道、水水工工隧隧道道、地地下下厂房（仓库）、地下军事工程厂房（仓库）、地下军事工程按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室按断面形状：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形按断面形状：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形按与水平面关系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井）按与水平面关系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井）按介质类型：岩石洞室、土洞按介质类型：岩石洞室、土洞按应力情况：单式洞室、群洞按应力情况：单式洞室、群洞1 1 基本概念基本概念广州地铁东（山口）杨（箕）区间隧道广州地铁东（山口）杨（箕）区间隧道公路隧道公路隧道n围岩及围岩应力围岩及围岩应力围岩（围岩（surrounding rock）开挖空间周围应力状态发生改变的那部分岩体。开挖空间周围应力状态发生改变的那部分岩体。二次应力（二次应力（secondary stress）岩体开挖引起的重新分布的应力，也称次生应力。岩体开挖引起的重新分布的应力，也称次生应力。1 基本概念基本概念 开挖洞室引起的应力状态的重大变化局限在洞周一定范围之内。通常此范围等于地下洞室横剖面中最大尺寸的3-5倍。习惯上将此范围内的岩体称为“围岩”。2008年年5月月17日，大盈江四级电站是盈江县在建的日，大盈江四级电站是盈江县在建的重要水电站之一，它位于盈江县东南距离县城约重要水电站之一，它位于盈江县东南距离县城约70公里的崇山之中公里的崇山之中 2006年年01月月16日，贵昆铁路辅助隧道发生塌方日，贵昆铁路辅助隧道发生塌方 12名施工人员被困名施工人员被困2007年年1月月12日，巴西圣保罗市西部地铁日，巴西圣保罗市西部地铁4号线一号线一处工地发生塌方事故。当天下午发生的这次塌方处工地发生塌方事故。当天下午发生的这次塌方事故造成至少事故造成至少3人受伤，人受伤，1人失踪人失踪，天汕高速广福隧道塌方天汕高速广福隧道塌方12人被困，人被困，该隧道是双该隧道是双洞分离式高速公路隧道，出事点离出口约洞分离式高速公路隧道，出事点离出口约463米、米、离工作面约离工作面约80米；原设计该段岩层为较坚固的米；原设计该段岩层为较坚固的V类围岩，开挖后发现实际变更为较差的类围岩，开挖后发现实际变更为较差的III类围岩类围岩2 2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式地下洞室开挖常能使围岩的性状发生地下洞室开挖常能使围岩的性状发生很大变化，促使围岩性状发生变化的很大变化，促使围岩性状发生变化的因素，除了卸荷回弹和应力重分布之因素，除了卸荷回弹和应力重分布之外，还有水分的重分布。外，还有水分的重分布。一般说来一般说来,洞室开挖后洞室开挖后,如果围岩如果围岩岩体承受不了回弹应力或重分布的应岩体承受不了回弹应力或重分布的应力的作用力的作用,围岩即将发生塑性变形成破围岩即将发生塑性变形成破坏坏.这种变形或破坏通常是这种变形或破坏通常是从洞室周从洞室周边边,特别是那些最大压或拉应力集中的特别是那些最大压或拉应力集中的部位开始部位开始,而后逐步向围岩而后逐步向围岩,内部发展内部发展的的.n脆性围岩变形破坏脆性围岩变形破坏 脆性围岩包括各种脆性围岩包括各种块体状结构或层状结构块体状结构或层状结构的坚硬或的坚硬或半坚硬的脆性岩体。半坚硬的脆性岩体。这类围岩的变形和破坏，主要是在这类围岩的变形和破坏，主要是在回弹应力和重分回弹应力和重分布的应力作用下布的应力作用下发生的，水分的重分布对其变形和破坏的发生的，水分的重分布对其变形和破坏的影响较为微弱。影响较为微弱。脆性围岩变形破坏的形式和特点一般有脆性围岩变形破坏的形式和特点一般有弯折内鼓弯折内鼓、张裂塌落张裂塌落、劈裂剥落劈裂剥落、剪切滑移剪切滑移以及以及岩爆岩爆等不同类型等不同类型.2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式(1)(1)弯折内鼓弯折内鼓 层状、特别是薄层状围岩变形破坏的主要形式。层状、特别是薄层状围岩变形破坏的主要形式。从力学机制来看，它的产生可能有两种情况：一是从力学机制来看，它的产生可能有两种情况：一是卸卸荷回弹荷回弹的结果；二是应力集中使洞壁处的的结果；二是应力集中使洞壁处的切向压应力超过切向压应力超过薄层状岩层的抗弯折强度薄层状岩层的抗弯折强度所造成的所造成的.2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式(2)(2)张裂塌落张裂塌落 张裂塌落通常发生于厚层状或块体状岩体内的洞室张裂塌落通常发生于厚层状或块体状岩体内的洞室顶拱顶拱。当那里产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗拉强当那里产生拉应力集中，且其值超过围岩的抗拉强度时，顶拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那里发育有度时，顶拱围岩就将发生张裂破坏，尤其是当那里发育有近垂直的构造裂隙时、近垂直的构造裂隙时、特别是当有近水平方向的软弱结构特别是当有近水平方向的软弱结构面发育，面发育，岩体在垂直方向的抗拉强度较低时，往往造成顶岩体在垂直方向的抗拉强度较低时，往往造成顶供的塌落供的塌落。2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式(3)(3)劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动劈裂剥落、剪切滑移及碎裂松动 a a）劈裂剥落劈裂剥落 围岩表部发生平行于洞室周边的破裂。一些平行的破裂围岩表部发生平行于洞室周边的破裂。一些平行的破裂将围岩切割成厚度由几厘米到几十厘米的薄板，它们往往将围岩切割成厚度由几厘米到几十厘米的薄板，它们往往沿壁面剥落。沿壁面剥落。劈裂剥落多发生于厚层状或块体状结构的岩体内，视围劈裂剥落多发生于厚层状或块体状结构的岩体内，视围岩应力条件的不同，可发生于顶拱，也可发生于边墙之上，岩应力条件的不同，可发生于顶拱，也可发生于边墙之上，前者造成顶拱的片状冒落，后者则造成通常所谓的片帮。前者造成顶拱的片状冒落，后者则造成通常所谓的片帮。2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式 b b）剪切滑移剪切滑移 这种形式的破坏多发生于厚层状或块体状结构的岩这种形式的破坏多发生于厚层状或块体状结构的岩体内。随围岩应力条件的不同，可发生在边墙上，也可发体内。随围岩应力条件的不同，可发生在边墙上，也可发生于顶拱。生于顶拱。2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式 c c）碎裂松动）碎裂松动 碎裂松动是碎裂结构岩体变形、破坏的主要形式。碎裂松动是碎裂结构岩体变形、破坏的主要形式。这类松动带本身是不稳定的，特别是当有地下水的这类松动带本身是不稳定的，特别是当有地下水的活动参与时，极易导致顶拱的坍塌和边墙的失稳。由于松活动参与时，极易导致顶拱的坍塌和边墙的失稳。由于松动带的厚度会随时间的推移而逐步增大，因此为了防止这动带的厚度会随时间的推移而逐步增大，因此为了防止这类围岩变形、破坏的过度发展，必须及时采取加固措施。类围岩变形、破坏的过度发展，必须及时采取加固措施。2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式(4)(4)岩爆岩爆 在地下开挖或开采过程中突然地以爆炸的形式表现在地下开挖或开采过程中突然地以爆炸的形式表现出来，这就是所谓的岩爆。出来，这就是所谓的岩爆。岩爆发生时，岩石或煤等突然从围岩中被抛出或弹出，岩爆发生时，岩石或煤等突然从围岩中被抛出或弹出，抛出的岩体大小不等，大者可达几十吨，小者长仅几厘米。抛出的岩体大小不等，大者可达几十吨，小者长仅几厘米。大型岩爆通常伴有剧烈的气浪和巨响甚至还伴有周围岩大型岩爆通常伴有剧烈的气浪和巨响甚至还伴有周围岩体的振动。岩爆对于地下采掘或地下工程建筑常能造成很体的振动。岩爆对于地下采掘或地下工程建筑常能造成很大的危害大者能破坏支护、堵塞坑道，造成重大的伤亡大的危害大者能破坏支护、堵塞坑道，造成重大的伤亡事故。小者也能威胁工人的安全。事故。小者也能威胁工人的安全。2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式n塑性围岩的变形与破坏塑性围岩的变形与破坏 塑性围岩包括各种软弱的层状结构岩体塑性围岩包括各种软弱的层状结构岩体(如页岩、泥如页岩、泥岩和粘土岩等岩和粘土岩等)和散体结构岩体。和散体结构岩体。这类围岩的变形与破坏，主要是在应力重分布和水分这类围岩的变形与破坏，主要是在应力重分布和水分重分布的作用下发生的主要有重分布的作用下发生的主要有塑性挤出、膨胀内鼓、塑塑性挤出、膨胀内鼓、塑流涌出和重力坍塌流涌出和重力坍塌等不同类型，现分述如下：等不同类型，现分述如下：2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式(1)(1)塑性挤出塑性挤出 结构条件结构条件:层状及类似层状结构的岩体层状及类似层状结构的岩体(通过具有软硬相间的特征通过具有软硬相间的特征)岩性条件：岩性条件：(a)(a)固结程度较差的泥岩、粘土岩；固结程度较差的泥岩、粘土岩；(b)(b)各种富含泥质的沉积或变质岩层各种富含泥质的沉积或变质岩层(如泥岩、页岩、板岩和千枚岩等如泥岩、页岩、板岩和千枚岩等)中中的挤压剪切破碎带的挤压剪切破碎带;(c)(c)火成岩中的富含泥质的风化破碎夹层等，特别是当这些岩体富含水火成岩中的富含泥质的风化破碎夹层等，特别是当这些岩体富含水分而处于塑性状态时，就更易于被挤出。分而处于塑性状态时，就更易于被挤出。力学机制：力学机制：压应力集中使洞壁处的切向应力超过围岩的屈服强度。压应力集中使洞壁处的切向应力超过围岩的屈服强度。产生部位：产生部位：软弱岩体出露部位。软弱岩体出露部位。表现形式：表现形式：局部鼓出或突起局部鼓出或突起2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式几种发生塑性挤出的地质条件几种发生塑性挤出的地质条件2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式(2)(2)膨胀内鼓膨胀内鼓 洞室开挖后围岩表部减压区的形成往往促使水分由内洞室开挖后围岩表部减压区的形成往往促使水分由内部高应力区向图岩表部转移部高应力区向图岩表部转移,结果常使某些易于吸水膨胀结果常使某些易于吸水膨胀的岩层发生强烈的膨胀内鼓变形，这类膨胀变形显然是由的岩层发生强烈的膨胀内鼓变形，这类膨胀变形显然是由围岩内部的水分重分布引起的。围岩内部的水分重分布引起的。退水后易于膨胀的岩石主要有两类退水后易于膨胀的岩石主要有两类:一类是一类是富含粘土富含粘土矿物矿物(特别是蒙脱石特别是蒙脱石)的塑性岩石的塑性岩石,如泥质岩、钻土岩、膨胀如泥质岩、钻土岩、膨胀性粘土等性粘土等;另一类是含硬石膏的地层另一类是含硬石膏的地层,如硬石膏退水后就会如硬石膏退水后就会发水化而转化为石膏，体积随之而增大。从而可以产生的发水化而转化为石膏，体积随之而增大。从而可以产生的强大山压，给隧道的施工和运行带来很大困难。强大山压，给隧道的施工和运行带来很大困难。2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式(3)(3)塑流涌出塑流涌出 当开挖揭穿了饱水的断裂带内的松散破碎物质时，当开挖揭穿了饱水的断裂带内的松散破碎物质时，这些物质就会和水一起在压力下呈央有大量碎屑物的泥浆这些物质就会和水一起在压力下呈央有大量碎屑物的泥浆状突然地涌人洞中有时甚至可以堵塞坑道，给施工造成状突然地涌人洞中有时甚至可以堵塞坑道，给施工造成很大的困难。很大的困难。(4)(4)重力坍塌重力坍塌 破碎松散岩体在重力作用下发生的塌方。破碎松散岩体在重力作用下发生的塌方。2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式围岩岩性围岩岩性岩体结构岩体结构变形破坏形式变形破坏形式产生机制产生机制脆性围岩脆性围岩块体状结构及块体状结构及厚层状结构厚层状结构张裂塌落张裂塌落拉应力集中造成的张裂破坏拉应力集中造成的张裂破坏劈裂剥落劈裂剥落压应力集中造成的压致拉裂压应力集中造成的压致拉裂剪切滑移及剪切剪切滑移及剪切碎裂碎裂压应力集中造成的剪切碎裂及滑移拉压应力集中造成的剪切碎裂及滑移拉裂裂岩爆岩爆压应力高度集中造成的突然而猛烈的压应力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破坏脆性破坏中薄层状结构中薄层状结构弯折内鼓弯折内鼓卸荷回弹或压应力集中造成的弯曲拉卸荷回弹或压应力集中造成的弯曲拉裂裂碎裂结构碎裂结构碎裂松动碎裂松动压应力集中造成的剪切松动压应力集中造成的剪切松动塑性围岩塑性围岩层状结构层状结构塑性挤出塑性挤出压应力集中作用下的塑性流动压应力集中作用下的塑性流动膨胀内鼓膨胀内鼓水分重分布造成的吸水膨胀水分重分布造成的吸水膨胀散体结构散体结构塑性挤出塑性挤出压应力作用下的塑流压应力作用下的塑流塑流涌出塑流涌出松散饱水岩体的悬浮塑流松散饱水岩体的悬浮塑流重力坍塌重力坍塌重力作用下的坍塌重力作用下的坍塌围岩的变形破坏形式及其与围岩岩性及结构的关系围岩的变形破坏形式及其与围岩岩性及结构的关系2 隧道围岩变形破坏方式隧道围岩变形破坏方式3 3 隧道围岩稳定性影响因素隧道围岩稳定性影响因素 地下洞室围岩的稳定与岩性、岩体结构与构造等自地下洞室围岩的稳定与岩性、岩体结构与构造等自然因素有关，与开挖方式、支护形式及时间等人为因素也然因素有关，与开挖方式、支护形式及时间等人为因素也有关。有关。p（1 1）岩性）岩性 坚硬完整的岩石一般对围岩稳定性影响较小，而软弱坚硬完整的岩石一般对围岩稳定性影响较小，而软弱岩石则由于岩石强度低、抗水性差、受力容易变形和破坏，岩石则由于岩石强度低、抗水性差、受力容易变形和破坏，对围岩稳定性影响较大。对围岩稳定性影响较大。如果地下洞室围岩强度较低、裂隙发育、遇水软化，如果地下洞室围岩强度较低、裂隙发育、遇水软化，特别是具有较强膨胀性围岩，则二次应力使围岩产生较大特别是具有较强膨胀性围岩，则二次应力使围岩产生较大的塑性变形，或较大的破坏区域。同时裂隙间的错动，滑的塑性变形，或较大的破坏区域。同时裂隙间的错动，滑移变形也将增大，势必给围岩的稳定带来重大影响。移变形也将增大，势必给围岩的稳定带来重大影响。p（2 2）岩体结构）岩体结构 块状结构的岩体作为地下洞室块状结构的岩体作为地下洞室的围岩，其稳定性主要受结构面的的围岩，其稳定性主要受结构面的发育和分布特点所控制，这时的围发育和分布特点所控制，这时的围岩压力主要来自最不利的结构面组岩压力主要来自最不利的结构面组合，同时与结构面和临空面的切割合，同时与结构面和临空面的切割关系有密切关系；碎裂结构围岩的关系有密切关系；碎裂结构围岩的破坏往往是由于变形过大，导致块破坏往往是由于变形过大，导致块体间相互脱落，连续性被破坏而发体间相互脱落，连续性被破坏而发生坍塌，或某些主要连通结构面切生坍塌，或某些主要连通结构面切割而成的不稳定部分整体冒落，其割而成的不稳定部分整体冒落，其稳定性最差。稳定性最差。3 隧道围岩稳定性影响因素隧道围岩稳定性影响因素p（3 3）天然应力状态）天然应力状态 地应力随地下洞室的埋深增加而增大，因此一般地地应力随地下洞室的埋深增加而增大，因此一般地下洞室埋藏越深，稳定性越差。根据经验，沿构造应力最下洞室埋藏越深，稳定性越差。根据经验，沿构造应力最大主应力方向延伸的地下洞室比垂直最大主应力方向延伸大主应力方向延伸的地下洞室比垂直最大主应力方向延伸的地下洞室稳定；地下洞室的最大断面尺寸沿构造应力最的地下洞室稳定；地下洞室的最大断面尺寸沿构造应力最大主应力的方向延伸时较为稳定，这是由围岩应力分布决大主应力的方向延伸时较为稳定，这是由围岩应力分布决定的。一般地质构造复杂的岩层中构造应力十分明显，尽定的。一般地质构造复杂的岩层中构造应力十分明显，尽量避开这些岩层，对地下洞室的稳定非常重要量避开这些岩层，对地下洞室的稳定非常重要3 隧道围岩稳定性影响因素隧道围岩稳定性影响因素p（4 4）地下水）地下水 静水压力作用于衬砌上，等于给衬砌增加了一定的静水压力作用于衬砌上，等于给衬砌增加了一定的荷载，因此，衬砌强度和厚度设计时，应充分考虑静水压荷载，因此，衬砌强度和厚度设计时，应充分考虑静水压力的影响。另一方面，静水压力使结构面张开，减小了滑力的影响。另一方面，静水压力使结构面张开，减小了滑动摩擦力，从而增加了围岩坍塌、滑落的可能性；动水压动摩擦力，从而增加了围岩坍塌、滑落的可能性；动水压力的作用促使岩块沿水流方向移动，也冲刷和带走裂隙内力的作用促使岩块沿水流方向移动，也冲刷和带走裂隙内的细小矿物颗粒，从而增加裂隙的张开程度，增加围岩破的细小矿物颗粒，从而增加裂隙的张开程度，增加围岩破坏的程度。地下水对岩石的溶解作用和软化作用，也降低坏的程度。地下水对岩石的溶解作用和软化作用，也降低了岩体的强度，影响围岩的稳定性。了岩体的强度，影响围岩的稳定性。3 隧道围岩稳定性影响因素隧道围岩稳定性影响因素p（5 5）工程因素）工程因素 地下洞室围岩的稳定性，除了受到上述天然因素的地下洞室围岩的稳定性，除了受到上述天然因素的影响外，人为因素也是不可忽视的，比如开挖方法、开挖影响外，人为因素也是不可忽视的，比如开挖方法、开挖强度、支护方法和时间等因素。强度、支护方法和时间等因素。3 隧道围岩稳定性影响因素隧道围岩稳定性影响因素4 4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价n（1 1）地质判断地质判断 对于一般的工程隧洞，由于规模和埋深不大，破坏对于一般的工程隧洞，由于规模和埋深不大，破坏失稳总是发生在围岩强度显著降低的部位，不稳定的地质失稳总是发生在围岩强度显著降低的部位，不稳定的地质标志较为明显，主要有：标志较为明显，主要有：破碎松散岩石或软弱的塑性岩类分布区破碎松散岩石或软弱的塑性岩类分布区：包括岩体：包括岩体中的风化、构造破碎带以及风化速度快、力学强度低、遇中的风化、构造破碎带以及风化速度快、力学强度低、遇水易于软化、膨胀或崩解的钻土质岩类的分布地带；水易于软化、膨胀或崩解的钻土质岩类的分布地带；碎裂结构岩体及半坚硬的薄层状结构岩体分布区碎裂结构岩体及半坚硬的薄层状结构岩体分布区;坚硬块体状及厚层状岩体中坚硬块体状及厚层状岩体中：为几组软弱结构面切：为几组软弱结构面切割、能于洞顶或边墙上构成不稳定结构体的部位。割、能于洞顶或边墙上构成不稳定结构体的部位。破碎松散岩体，稳定性最差破碎松散岩体，稳定性最差 碎裂或半坚硬薄层结构岩体碎裂或半坚硬薄层结构岩体,稳定性较差稳定性较差 坚硬层状岩体结构紧密，稳定性较好坚硬层状岩体结构紧密，稳定性较好新鲜、坚硬块层状岩体新鲜、坚硬块层状岩体,稳定性最好稳定性最好 n（2 2）围岩分级）围岩分级 根据岩体完整程度和坚硬程度等主要指标，按稳定性根据岩体完整程度和坚硬程度等主要指标，按稳定性对围岩级别进行划分。对围岩级别进行划分。围岩分级方法围岩分级方法 2020世纪世纪6060年代前，围岩分类主要以岩石强度这一单年代前，围岩分类主要以岩石强度这一单指标为基础，可靠度较低；指标为基础，可靠度较低；6060年代以后，地下洞室围岩年代以后，地下洞室围岩分类有了新的发展，人们逐步引入了岩体完整性的概念等，分类有了新的发展，人们逐步引入了岩体完整性的概念等，并于并于2020世纪末得到飞速发展。世纪末得到飞速发展。迄今，国内外提出的洞室迄今，国内外提出的洞室围岩分类方法多达百种，围岩分类方法多达百种，见下表。见下表。4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价单一 因素普氏系数分类（1907）；.萨瓦连斯基分类（1937）；太沙基的荷载分类（1946）；.波波夫分类（1948）；劳费尔分类（1958）；迪尔的RQD分类（1964）；日本的围岩准抗拉强度分类；法国隧道围岩分类少数因素并列我国水工隧道设计规范（SD134-84）中的围岩分类；铁路隧道设计规范（TBJ3-85）的围岩分类；新奥法分类（Rabcewicz，1964）多个因素并列国标锚杆喷射混凝土支护技术规范中的围岩分类；军用物资洞室锚喷支护中的围岩分类；国际岩石力学学会（ISRM，1981）水电工程岩体分类（1991）4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价多 个 因 素 综 合确定性模型积商模型挪威巴顿（1974）岩体质量Q系统总参工程兵第四设计研究所（1985）的坑道工程围岩分类；挪威Palmstrom(1995)RMI系统分类和差模型美国（Wickhamet，al，1972）的岩石构造评价法；比尼威斯基（1973）RMR分类；水利水电工程地质勘察规范（GB50287-99）（HC分类）不确定性模型随机模型高谦等（1994）采场巷道围岩分类的概率统计分析方法及其应用灰色模型刘康和1993提出的灰色聚类在围岩稳定性分类中的应用刘玉国（1995提出的地下工程围岩稳定性灰色评价模型与应用模糊模型魏琅（1991）模糊综合评判在地下工程围岩稳定性评价中的应用专家系统张清、田盛丰、莫元彬（1989）铁道隧道围岩分类的专家系统程士俊（1992）研制的铁路隧道围岩分类专家系统神经网络卢才金等（1999）改进BP网络在岩质边坡稳定性评判中的应用分形表述杜时贵，李军等，岩体质量的分形表述（1997）岩体结构力学介质属性国家建委，人工洞室围岩分类（1975）水电部东北院，地下洞室围岩分类（1981）特殊膨胀岩类Liviez“一种新的岩石坚固性工程地质分类”（1979年）国标国标BQBQ法（法（工程岩体分级标准工程岩体分级标准GB50218-94GB50218-94）确定确定BQBQ值需要两个指标：岩体单轴饱和（湿）抗压强度（值需要两个指标：岩体单轴饱和（湿）抗压强度（R RC C）和岩体）和岩体完整性指标（完整性指标（K KV V）。确定了）。确定了R RC C和和K KV V的值以后，可按下式计算岩体的基本质的值以后，可按下式计算岩体的基本质量：量：BQBQ90903R3RC C+250K+250KV V 在使用上式前，应遵守以下限制条件：在使用上式前，应遵守以下限制条件：当当R RC C90K90KV V+30+30时，应以时，应以R RC C90K90KV V+30+30代入上式计算代入上式计算BQBQ值；值；当当K KV V0.04R0.04RC C+0.4+0.4时，应以时，应以K KV V0.04R0.04RC C+0.4+0.4代入上式计算代入上式计算BQBQ值。值。K KV V岩体完整性指数岩体完整性指数(Kv)(Kv)，应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择，应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有代表性的点、段，测定岩体弹性纵波速度，并应在同一岩体取样测定岩石有代表性的点、段，测定岩体弹性纵波速度，并应在同一岩体取样测定岩石弹性纵波速度。弹性纵波速度。4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价在计算出在计算出BQBQ值以后，可以根据表值以后，可以根据表4 4进行岩体基本质量分进行岩体基本质量分类。下表类。下表 岩体基本质量分级表。岩体基本质量分级表。基本质量基本质量级别级别岩体基本质量的定性特征岩体基本质量的定性特征基本质量基本质量指标（指标（BQBQ）坚硬岩，岩体完整坚硬岩，岩体完整550550坚硬岩，岩土较完整；较坚硬岩，岩体完整坚硬岩，岩土较完整；较坚硬岩，岩体完整550550451451坚硬岩，岩体较破碎；软弱岩，岩体完整坚硬岩，岩体较破碎；软弱岩，岩体完整450450351351坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎350350251251较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎2502504 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价 无论是采用定性的或定量的分类方法，无论是采用定性的或定量的分类方法，国标法都对各种情况进行国标法都对各种情况进行了考虑。了考虑。例如在定性分类中，除给出了岩石的坚硬程度，岩体的风化程例如在定性分类中，除给出了岩石的坚硬程度，岩体的风化程度，岩体的完整程度和结构面的结合程度的详细划分外，还对高地应力度，岩体的完整程度和结构面的结合程度的详细划分外，还对高地应力以及地下水的情况做了说明。以及地下水的情况做了说明。在定量分类时，在定量分类时，该方法考虑了当地下硐室遇有下列情况之一时：该方法考虑了当地下硐室遇有下列情况之一时：有地下水；有地下水；围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用；围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用；存在高初始应力现象。对于存在高初始应力现象。对于BQBQ值进行了修正，修正的值进行了修正，修正的BQBQ值按下式值按下式计算：计算：BQ=BQ-100BQ=BQ-100（K1+K2+K3K1+K2+K3）式中：式中：BQBQ为修正的为修正的BQBQ值；值；K1K1为地下水影响修正系数；为地下水影响修正系数；K2K2为主要软弱结构面产状影响修正系数；为主要软弱结构面产状影响修正系数；K3K3为初始应力状态为初始应力状态影响修正系数。影响修正系数。4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价地下水影响修正系数地下水影响修正系数K K1 1 BQ BQ K K1 1地下水出水状态地下水出水状态450 450 450450351 351 350350251 251 250 250 潮湿或点滴状出水潮湿或点滴状出水 0 0 0.1 0.1 0.20.20.3 0.3 0.40.40.6 0.6 淋雨状或涌流状出水，水压淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa0.1MPa或单位或单位出水量出水量10L10Lminm minm 0.1 0.1 0.20.20.3 0.3 0.40.40.6 0.6 0.70.70.9 0.9 淋雨状或涌流状出水，水压淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa0.1MPa或单位出或单位出水量水量10L10Lminm minm 0.2 0.2 0.40.40.6 0.6 0.70.70.9 0.9 1.0 1.0 4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价主要软弱结构面产状影响修正系数主要软弱结构面产状影响修正系数K2 K2 结构面产状及其结构面产状及其与洞轴线的组合与洞轴线的组合关系关系 结构面走向与洞轴线夹角结构面走向与洞轴线夹角3030，结构面倾角，结构面倾角30307575结构面走向与洞轴线夹角结构面走向与洞轴线夹角6060，结构面倾角，结构面倾角75 75 其它组合其它组合 K K2 20.40.40.60.60 00.20.20.20.20.40.4K3BQ 550550450 450350 350250250天然应力状态极高应力区1.01.01.01.51.01.51.0高应力区0.50.50.50.51.00.51.0天然天然应应力影响修正系数力影响修正系数(K3)表表 4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价4 隧道围岩稳定性评价隧道围岩稳定性评价5 5 隧道围岩分级现场工作方法隧道围岩分级现场工作方法野外需要收集的资料和方法如下：野外需要收集的资料和方法如下：（1 1）岩石强度特征：）岩石强度特征：岩石强度通过点荷载或回弹仪器进行测试。岩石强度通过点荷载或回弹仪器进行测试。（2 2）围岩）围岩RQDRQD：RQD RQD一定程度上反映了围岩的完整性，在也是半定一定程度上反映了围岩的完整性，在也是半定量评分中的一个关键因素。量评分中的一个关键因素。通过测量洞轴方向上的大于通过测量洞轴方向上的大于10cm10cm完整岩块占总长完整岩块占总长的比例获得。的比例获得。如果在轴向和竖向上各向异性比较强，则可测量两如果在轴向和竖向上各向异性比较强，则可测量两个方向的个方向的RQDRQD值，选其平均值作为计算值。值，选其平均值作为计算值。5 5 隧道围岩分级现场工作方法隧道围岩分级现场工作方法5 5 隧道围岩分级现场工作方法隧道围岩分级现场工作方法（3 3）围岩结构面特征）围岩结构面特征 围岩结构面特征主要通过实测地下洞室内的大于围岩结构面特征主要通过实测地下洞室内的大于1m1m的结构面获的结构面获取。取。结构展示图有单壁展示图和三壁展示图。详细测量每条结构面的结构展示图有单壁展示图和三壁展示图。详细测量每条结构面的延伸长度、间距、张开度、充填、产状等要素。延伸长度、间距、张开度、充填、产状等要素。5 5 隧道围岩分级现场工作方法隧道围岩分级现场工作方法（4 4）围岩波速测试：）围岩波速测试：有条件的情况下可进行波速测试，其可直接换算围有条件的情况下可进行波速测试，其可直接换算围岩的完整性，较为准确。岩的完整性，较为准确。（5 5）围岩赋存环境围岩赋存环境 要特别注意围岩中地下水的分布特征及其规模；要特别注意围岩中地下水的分布特征及其规模；对于地应力较高地区，要获取地应力量值。对于地应力较高地区，要获取地应力量值。在以上围岩特征收集基础上，可进行定性分析、在以上围岩特征收集基础上，可进行定性分析、半定量分类和定量计算。半定量分类和定量计算。5 5 隧道围岩分级现场工作方法隧道围岩分级现场工作方法5 5 隧道围岩分级现场工作方法隧道围岩分级现场工作方法三大岩类三大岩类 沉积岩、岩浆岩、变质岩沉积岩、岩浆岩、变质岩岩石定名或描述岩石定名或描述 规则：颜色、岩性、结构、构造规则：颜色、岩性、结构、构造 比如：砖红色厚层岩屑砂岩比如：砖红色厚层岩屑砂岩 灰色厚层块状流纹质凝灰岩、晶屑凝灰岩、玻灰色厚层块状流纹质凝灰岩、晶屑凝灰岩、玻屑凝灰岩等屑凝灰岩等其它相关内容其它相关内容流纹凝灰岩流纹凝灰岩角砺凝灰岩角砺凝灰岩玻璃质凝灰岩玻璃质凝灰岩 其它相关内容其它相关内容n凝灰岩野外识别标志凝灰岩野外识别标志（1 1）层理上，）层理上，砂岩砂岩一般比较清晰，甚至有斜层理；凝灰一般比较清晰，甚至有斜层理；凝灰岩则比较差，且不会有斜层理；岩则比较差，且不会有斜层理；（2 2）颜色上，砂岩一般比较均一，凝灰岩则比较杂；）颜色上，砂岩一般比较均一，凝灰岩则比较杂；（3 3）碎屑上，砂岩中长石、石英碎屑磨圆度较好，大小）碎屑上，砂岩中长石、石英碎屑磨圆度较好，大小也较为均一，因为经历过水的分选；而凝灰岩则各种几何也较为均一，因为经历过水的分选；而凝灰岩则各种几何形态都有，晶体有爆碎痕迹，即晶屑，而且大小较杂；形态都有，晶体有爆碎痕迹，即晶屑，而且大小较杂；（4 4）上下层位上，砂岩一般与）上下层位上，砂岩一般与砾岩砾岩、泥岩、灰岩组合成、泥岩、灰岩组合成一个大的沉积韵律；而凝灰岩则与火山角砾岩、火山集块一个大的沉积韵律；而凝灰岩则与火山角砾岩、火山集块岩、沉凝灰岩、凝灰质灰岩等构成火山喷发韵律，甚至有岩、沉凝灰岩、凝灰质灰岩等构成火山喷发韵律，甚至有次火山脉岩等次火山脉岩等 其它相关内容其它相关内容n岩体及结构面岩体及结构面 （1）岩体（Rock Mass）“地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的应力地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的应力状态、被各种结构面所分割，具有一定的结构特征。状态、被各种结构面所分割，具有一定的结构特征。”岩体具有三方面特征：岩体具有三方面特征：一定的岩性；一定的岩性；一定的结构类型；一定的结构类型；一定的应力状态。一定的应力状态。这些特征处于长期不这些特征处于长期不断地变化过程中。断地变化过程中。其它相关内容其它相关内容 （2）结构面（Structural Plane）：“岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。有一定厚度）的地质界面（或带）。”如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续不连续（discontinuities）。）。其它相关内容其它相关内容 （3）结构体（Structural Body）：结构面在空间的分布和组合将岩体切割成形状、大小不同的结构面在空间的分布和组合将岩体切割成形状、大小不同的块体，称结构体。块体，称结构体。其它相关内容其它相关内容n结构面的主要类型及特征结构面的主要类型及特征 （1）结构面的成因分类）结构面的成因分类（最基本的分类方法）：（最基本的分类方法）：原生结构面：原生结构面：沉积结构面：沉积结构面：层理，层面，软弱夹层，不整合面等；层理，层面，软弱夹层，不整合面等；火成结构面：火成结构面：侵入体与围岩接触面，岩脉、岩墙接触面，侵入体与围岩接触面，岩脉、岩墙接触面，喷出岩的流线、流面，冷凝节理面等喷出岩的流线、流面，冷凝节理面等。变质结构面：变质结构面：片理，片麻理，板劈理，片岩软弱夹层等。片理，片麻理，板劈理，片岩软弱夹层等。（层面）（石英脉）（片理）其它相关内容其它相关内容构造结构面：构造结构面：节理（节理（X X型节理，张节理）；型节理，张节理）；断层（正断层，逆断层，走滑断层）；断层（正断层，逆断层，走滑断层）；层间错动带，羽状裂隙，破劈理。层间错动带，羽状裂隙，破劈理。（节理）（断层）（层间错动带）其它相关内容其它相关内容 浅浅、表生结构面：表生结构面：浅层结构面浅层结构面表部结构面表部结构面卸荷断裂卸荷断裂重力扩展变形破裂重力扩展变形破裂卸荷裂隙卸荷裂隙风化裂隙风化裂隙风化夹层风化夹层泥化夹层泥化夹层次生夹泥次生夹泥（泥化夹层）（次生夹泥）（卸荷裂隙）其它相关内容其它相关内容（2 2）结构面规模等级划分：）结构面规模等级划分：按其对岩体力学行为所起控制作用，可划分为三个等级。按其对岩体力学行为所起控制作用，可划分为三个等级。其它相关内容其它相关内容n岩体分类岩体分类 岩体分类：岩体分类：岩体结构分类；岩体结构分类；岩体工程应用分类。岩体工程应用分类。（1）岩体结构分类：）岩体结构分类：岩体结构是岩体结构是建造建造和和改造改造这两方面的综合产物，岩体结构类型划分也这两方面的综合产物，岩体结构类型划分也必须从这两方面综合考虑。必须从这两方面综合考虑。首先按首先按建造特征建造特征将岩体划分为将岩体划分为块体状（或整体状）结构、块体状（或整体状）结构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。等类型。块体状结构块体状结构：岩性均一、无软弱面的岩体，含有的原生结构面具岩性均一、无软弱面的岩体，含有的原生结构面具有较强的结合力，间距大于有较强的结合力，间距大于1m。如：厚层碳酸盐岩、碎屑岩；花岗岩、如：厚层碳酸盐岩、碎屑岩；花岗岩、闪长岩；原生节理不太发育的流纹岩、安山岩、玄武岩、凝灰角砾岩。闪长岩；原生节理不太发育的流纹岩、安山岩、玄武岩、凝灰角砾岩。其它相关内容其它相关内容 块块状状结结构构：岩岩性性较较均均一一、含含有有2 23 3组组较较发发育育的的软软弱弱结结构构面面的的岩岩体体，结结构构面面间间距距1 10.5m0.5m。如如：成成岩岩裂裂隙隙较较发发育育的的厚厚层层砂砂岩岩或或泥泥岩岩，槽槽状状冲冲刷面发育的河流相砂岩体等沉积岩，原生节理较发育的火山岩体等。刷面发育的河流相砂岩体等沉积岩，原生节理较发育的火山岩体等。层层状状结结构构：含含有有一一组组连连续续性性好