《隧道工程》课件第2讲 隧道工程地质环境及围岩分级.ppt

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1、 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测 施工地质超前预报施工地质超前预报 岩体的基本工程性质岩体的基本工程性质 围岩分级围岩分级第二章第二章 隧道工程地质环境及隧道工程地质环境及围岩分级围岩分级第一节第一节 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级一、工程地质调查测绘一、工程地质调查测绘1 1 1 1、铁路工程地质技术规范的总要求、铁路工程地质技术规范的总要求、铁路工程地质技术规范的总要求、铁路工程地质技术规范的总要求(1)(1)(1)(1)查明隧道通过地段的地形、地貌、地层、岩性、构造。查明隧道通过地段的地形、地貌

2、、地层、岩性、构造。查明隧道通过地段的地形、地貌、地层、岩性、构造。查明隧道通过地段的地形、地貌、地层、岩性、构造。(2)(2)(2)(2)查明隧道明否通过煤层、膨胀性地层及有害气体等。查明隧道明否通过煤层、膨胀性地层及有害气体等。查明隧道明否通过煤层、膨胀性地层及有害气体等。查明隧道明否通过煤层、膨胀性地层及有害气体等。(3)(3)(3)(3)查明不良地质、特殊地质对隧道的影响，特别是对洞口位查明不良地质、特殊地质对隧道的影响，特别是对洞口位查明不良地质、特殊地质对隧道的影响，特别是对洞口位查明不良地质、特殊地质对隧道的影响，特别是对洞口位置及边、仰坡的影响，提出工程措施意见。置及边、仰坡的

3、影响，提出工程措施意见。置及边、仰坡的影响，提出工程措施意见。置及边、仰坡的影响，提出工程措施意见。(4)(4)(4)(4)查明隧道附近井、泉分布情况，分析隧道地区的水文地质查明隧道附近井、泉分布情况，分析隧道地区的水文地质查明隧道附近井、泉分布情况，分析隧道地区的水文地质查明隧道附近井、泉分布情况，分析隧道地区的水文地质条件，判明地下水类型、水质及补给来源，预测地下水的侵蚀条件，判明地下水类型、水质及补给来源，预测地下水的侵蚀条件，判明地下水类型、水质及补给来源，预测地下水的侵蚀条件，判明地下水类型、水质及补给来源，预测地下水的侵蚀性和洞身分段涌水量。性和洞身分段涌水量。性和洞身分段涌水量。

4、性和洞身分段涌水量。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级1 1 1 1、铁路工程地质技术规范的总要求、铁路工程地质技术规范的总要求、铁路工程地质技术规范的总要求、铁路工程地质技术规范的总要求(5)(5)(5)(5)对于深埋隧道，应作隧道地温升温预测，考虑对于深埋隧道，应作隧道地温升温预测，考虑对于深埋隧道，应作隧道地温升温预测，考虑对于深埋隧道，应作隧道地温升温预测，考虑岩爆可能。岩爆可能。岩爆可能。岩爆可能。(6)(6)(6)(6)综合分析，确定隧道围岩分级。综合分析，确定隧道围岩分级。综合分析，确定隧道围岩分级。综合分析，确定隧道围岩分级。(7)(7)(7)(

5、7)对洞口需接长明洞地段，应查明明洞基底情况。对洞口需接长明洞地段，应查明明洞基底情况。对洞口需接长明洞地段，应查明明洞基底情况。对洞口需接长明洞地段，应查明明洞基底情况。(8)(8)(8)(8)查明辅助坑道的工程地质条件。查明辅助坑道的工程地质条件。查明辅助坑道的工程地质条件。查明辅助坑道的工程地质条件。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级2 2 2 2、地形地貌调查、地形地貌调查、地形地貌调查、地形地貌调查查明山体形态和坡度、垭口及分水岭分布，以及其查明山体形态和坡度、垭口及分水岭分布，以及其查明山体形态和坡度、垭口及分水岭分布，以及其查明山体形态和坡度、垭口

6、及分水岭分布，以及其自然形态与地质构造、河流切割的关系。自然形态与地质构造、河流切割的关系。自然形态与地质构造、河流切割的关系。自然形态与地质构造、河流切割的关系。3 3 3 3、地层、岩性调查、地层、岩性调查、地层、岩性调查、地层、岩性调查查明地层时代、岩性及变化，特别注意岩层顺序和查明地层时代、岩性及变化，特别注意岩层顺序和查明地层时代、岩性及变化，特别注意岩层顺序和查明地层时代、岩性及变化，特别注意岩层顺序和厚度、岩性特征和物理力学性质以及岩石风化程度。厚度、岩性特征和物理力学性质以及岩石风化程度。厚度、岩性特征和物理力学性质以及岩石风化程度。厚度、岩性特征和物理力学性质以及岩石风化程度

7、。4 4 4 4、地质构造调查、地质构造调查、地质构造调查、地质构造调查是地质调查的核心，重点包括褶皱、断层、节理、是地质调查的核心，重点包括褶皱、断层、节理、是地质调查的核心，重点包括褶皱、断层、节理、是地质调查的核心，重点包括褶皱、断层、节理、侵入体或岩脉等。侵入体或岩脉等。侵入体或岩脉等。侵入体或岩脉等。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级5 5 5 5、水文地质调查、水文地质调查、水文地质调查、水文地质调查主要包括井泉分布、泉水类型、主要含水层和隔水主要包括井泉分布、泉水类型、主要含水层和隔水主要包括井泉分布、泉水类型、主要含水层和隔水主要包括井泉分布、泉

8、水类型、主要含水层和隔水层岩性及分布、河流及水库的分布，岩溶区岩溶漏层岩性及分布、河流及水库的分布，岩溶区岩溶漏层岩性及分布、河流及水库的分布，岩溶区岩溶漏层岩性及分布、河流及水库的分布，岩溶区岩溶漏斗、暗河位置。斗、暗河位置。斗、暗河位置。斗、暗河位置。6 6 6 6、滑坡、落石、岩堆、泥石流和岩溶地质调查、滑坡、落石、岩堆、泥石流和岩溶地质调查、滑坡、落石、岩堆、泥石流和岩溶地质调查、滑坡、落石、岩堆、泥石流和岩溶地质调查主要查明这些不良地质是否存在及性质、位置、范主要查明这些不良地质是否存在及性质、位置、范主要查明这些不良地质是否存在及性质、位置、范主要查明这些不良地质是否存在及性质、位

9、置、范围，对隧道的危害程度。围，对隧道的危害程度。围，对隧道的危害程度。围，对隧道的危害程度。7 7 7 7、地温测定、地温测定、地温测定、地温测定深埋隧道，深度每增加深埋隧道，深度每增加深埋隧道，深度每增加深埋隧道，深度每增加100m100m100m100m，温度增加，温度增加，温度增加，温度增加3 3 3 3度，会对度，会对度，会对度，会对施工人员造成危害。施工人员造成危害。施工人员造成危害。施工人员造成危害。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级二、勘探、测试工作要求二、勘探、测试工作要求1 1 1 1、铁路工程地质技术规范对勘探测试工作的总要求、铁路工程地质

10、技术规范对勘探测试工作的总要求、铁路工程地质技术规范对勘探测试工作的总要求、铁路工程地质技术规范对勘探测试工作的总要求 (1)(1)(1)(1)钻孔布置钻孔布置钻孔布置钻孔布置(2)(2)(2)(2)钻探深度钻探深度钻探深度钻探深度(3)(3)(3)(3)遇地下水时，应探明含水层位置及厚度，并作遇地下水时，应探明含水层位置及厚度，并作遇地下水时，应探明含水层位置及厚度，并作遇地下水时，应探明含水层位置及厚度，并作相应分析。相应分析。相应分析。相应分析。(4)(4)(4)(4)室内及现场试验，掌握岩土体的物理力学性质。室内及现场试验，掌握岩土体的物理力学性质。室内及现场试验，掌握岩土体的物理力学

11、性质。室内及现场试验，掌握岩土体的物理力学性质。(5)(5)(5)(5)对有害矿体和气体，进行定性、定量分析。对有害矿体和气体，进行定性、定量分析。对有害矿体和气体，进行定性、定量分析。对有害矿体和气体，进行定性、定量分析。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级2 2 2 2、勘探阶段及工作要求、勘探阶段及工作要求、勘探阶段及工作要求、勘探阶段及工作要求 阶段分为初测阶段和定测阶段。阶段分为初测阶段和定测阶段。阶段分为初测阶段和定测阶段。阶段分为初测阶段和定测阶段。(1)(1)(1)(1)初测要求：工程地质纵断面图、分段围岩分级。初测要求：工程地质纵断面图、分段围岩

12、分级。初测要求：工程地质纵断面图、分段围岩分级。初测要求：工程地质纵断面图、分段围岩分级。(2)(2)(2)(2)定测要求：单独工点的图表资料。定测要求：单独工点的图表资料。定测要求：单独工点的图表资料。定测要求：单独工点的图表资料。第二节第二节 施工地质超前预报施工地质超前预报 第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级一、地质超前预报的内容一、地质超前预报的内容 1.1.1.1.地区地质分析与宏观地质预报地区地质分析与宏观地质预报地区地质分析与宏观地质预报地区地质分析与宏观地质预报 2.2.2.2.不良地质及灾害地质超前预报不良地质及灾害地质超前预报不良地质及灾害地

13、质超前预报不良地质及灾害地质超前预报 3.3.3.3.重大施工地质灾害临警预报重大施工地质灾害临警预报重大施工地质灾害临警预报重大施工地质灾害临警预报 第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级二、地质超前预报的方法二、地质超前预报的方法1.1.1.1.地质分析法地质分析法地质分析法地质分析法 2.2.2.2.超前平行导坑预报法超前平行导坑预报法超前平行导坑预报法超前平行导坑预报法 3.3.3.3.超前水平钻孔法超前水平钻孔法超前水平钻孔法超前水平钻孔法 4.4.4.4.物理探测法物理探测法物理探测法物理探测法 利用物体物性差异进行地质判断的间接方法。利用物体物性差异进

14、行地质判断的间接方法。利用物体物性差异进行地质判断的间接方法。利用物体物性差异进行地质判断的间接方法。(1)TGP12(1)TGP12(1)TGP12(1)TGP12隧道地质预报系统隧道地质预报系统隧道地质预报系统隧道地质预报系统 (2)TSP(2)TSP(2)TSP(2)TSP超前预报系统超前预报系统超前预报系统超前预报系统 第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级(3)(3)(3)(3)负视速度法负视速度法负视速度法负视速度法第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级(4)(

15、4)(4)(4)水平声波反射法水平声波反射法水平声波反射法水平声波反射法 (5)(5)(5)(5)地质雷达法地质雷达法地质雷达法地质雷达法第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级(6)(6)(6)(6)红外探水法红外探水法红外探水法红外探水法4.4.4.4.特殊灾害地质的预测方法特殊灾害地质的预测方法特殊灾害地质的预测方法特殊灾害地质的预测方法 三、三、地质超前预报方法的应用原则地质超前预报方法的应用原则第三节第三节 岩体的基本工程性质岩体的基本工程性质第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级一、岩体处于一定的天然应力作用之下一、岩体处于一定

16、的天然应力作用之下岩体在天然状态下所具有的内在应力，称之为岩体岩体在天然状态下所具有的内在应力，称之为岩体岩体在天然状态下所具有的内在应力，称之为岩体岩体在天然状态下所具有的内在应力，称之为岩体的初始应力，也有人叫它为地应力。的初始应力，也有人叫它为地应力。的初始应力，也有人叫它为地应力。的初始应力，也有人叫它为地应力。岩体的初始应力，主要是由于岩体的自重和地质构岩体的初始应力，主要是由于岩体的自重和地质构岩体的初始应力，主要是由于岩体的自重和地质构岩体的初始应力，主要是由于岩体的自重和地质构造作用和地质地温作用引起的。造作用和地质地温作用引起的。造作用和地质地温作用引起的。造作用和地质地温作

17、用引起的。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级假定岩体是均一连续介质假定岩体是均一连续介质假定岩体是均一连续介质假定岩体是均一连续介质 1.1.1.1.重力应力场重力应力场重力应力场重力应力场 zyyxxzy 为侧压力系数为侧压力系数为侧压力系数为侧压力系数 第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级由于地质构造运动的作用，使得岩体内积存了一定由于地质构造运动的作用，使得岩体内积存了一定由于地质构造运动的作用，使得岩体内积存了一定由于地质构造运动的作用，使得岩体内积存了一定的应力，称它为构造应力。的应力，称它为构造应力。的应力，称它为构造应

18、力。的应力，称它为构造应力。2.2.2.2.构造应力场构造应力场构造应力场构造应力场 现场实测指出，岩体的构造应力往往与埋深密切相现场实测指出，岩体的构造应力往往与埋深密切相现场实测指出，岩体的构造应力往往与埋深密切相现场实测指出，岩体的构造应力往往与埋深密切相关，它随着深度的增加而增加。构造应力一般来讲，关，它随着深度的增加而增加。构造应力一般来讲，关，它随着深度的增加而增加。构造应力一般来讲，关，它随着深度的增加而增加。构造应力一般来讲，其水平应力大于垂直应力。其水平应力大于垂直应力。其水平应力大于垂直应力。其水平应力大于垂直应力。构造应力一般采取现场应力量测的方法来得到。构造应力一般采取

19、现场应力量测的方法来得到。构造应力一般采取现场应力量测的方法来得到。构造应力一般采取现场应力量测的方法来得到。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级相同的天然岩体其物理力学性质随在岩体中所测点相同的天然岩体其物理力学性质随在岩体中所测点相同的天然岩体其物理力学性质随在岩体中所测点相同的天然岩体其物理力学性质随在岩体中所测点的空间位置不同而有差异，呈现出岩体的不均匀性。的空间位置不同而有差异，呈现出岩体的不均匀性。的空间位置不同而有差异，呈现出岩体的不均匀性。的空间位置不同而有差异，呈现出岩体的不均匀性。二、岩体的物理力学性质的不均匀性二、岩体的物理力学性质的不均匀性

20、 第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级所谓结构面是指岩体中具有一定方向、力学强度相所谓结构面是指岩体中具有一定方向、力学强度相所谓结构面是指岩体中具有一定方向、力学强度相所谓结构面是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低的地质界面对较低的地质界面对较低的地质界面对较低的地质界面(或带或带或带或带)。三、岩体是由结构面分割的多裂隙体三、岩体是由结构面分割的多裂隙体(1)(1)(1)(1)原生结构面：指岩体形成过程中形成的结构面原生结构面：指岩体形成过程中形成的结构面原生结构面：指岩体形成过程中形成的结构面原生结构面：指岩体形成过程中形成的结构面和构造面。和构造面。和

21、构造面。和构造面。(2)(2)(2)(2)构造结构面：岩体形成后，由于地壳构造运动构造结构面：岩体形成后，由于地壳构造运动构造结构面：岩体形成后，由于地壳构造运动构造结构面：岩体形成后，由于地壳构造运动在岩体中产生的各种断裂面。在岩体中产生的各种断裂面。在岩体中产生的各种断裂面。在岩体中产生的各种断裂面。(3)(3)(3)(3)次生结构面：指在外营力作用下产生的风化裂次生结构面：指在外营力作用下产生的风化裂次生结构面：指在外营力作用下产生的风化裂次生结构面：指在外营力作用下产生的风化裂隙面及卸荷裂隙面等。隙面及卸荷裂隙面等。隙面及卸荷裂隙面等。隙面及卸荷裂隙面等。第二章第二章 隧道工程地质环境

22、及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级岩体中由于岩石的结构、构造具有方向性，使岩体岩体中由于岩石的结构、构造具有方向性，使岩体岩体中由于岩石的结构、构造具有方向性，使岩体岩体中由于岩石的结构、构造具有方向性，使岩体强度、变形，甚至渗透等性质在不同方向上显示出强度、变形，甚至渗透等性质在不同方向上显示出强度、变形，甚至渗透等性质在不同方向上显示出强度、变形，甚至渗透等性质在不同方向上显示出差异，称为岩体的各向异性。差异，称为岩体的各向异性。差异，称为岩体的各向异性。差异，称为岩体的各向异性。四、岩体具有各向异性四、岩体具有各向异性 第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级

23、风化岩石按风化剧烈的程度分成若干级风化岩石按风化剧烈的程度分成若干级风化岩石按风化剧烈的程度分成若干级风化岩石按风化剧烈的程度分成若干级(或带或带或带或带)：风：风：风：风化极严重、风化严重、风化颇重、风化轻微和未经化极严重、风化严重、风化颇重、风化轻微和未经化极严重、风化严重、风化颇重、风化轻微和未经化极严重、风化严重、风化颇重、风化轻微和未经风化五级。风化系统分为全风化带、强风化带、半风化五级。风化系统分为全风化带、强风化带、半风化五级。风化系统分为全风化带、强风化带、半风化五级。风化系统分为全风化带、强风化带、半风化带、弱风化带和微风化带风化带、弱风化带和微风化带风化带、弱风化带和微风化

24、带风化带、弱风化带和微风化带(新鲜新鲜新鲜新鲜)五带。五带。五带。五带。五、岩体具有可变性五、岩体具有可变性 用软化系数来表示岩石的软化性。用软化系数来表示岩石的软化性。用软化系数来表示岩石的软化性。用软化系数来表示岩石的软化性。一般规定软化系数小于一般规定软化系数小于一般规定软化系数小于一般规定软化系数小于0.750.750.750.75的岩石，叫软化岩石。的岩石，叫软化岩石。的岩石，叫软化岩石。的岩石，叫软化岩石。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级六、单向应力状态下岩石的变形特征六、单向应力状态下岩石的变形特征 1.1.1.1.单轴压缩时应力应变曲线单轴压缩

25、时应力应变曲线单轴压缩时应力应变曲线单轴压缩时应力应变曲线 A AD DC CB B O OOAOAOAOA段为裂隙压密阶段段为裂隙压密阶段段为裂隙压密阶段段为裂隙压密阶段 ABABABAB为直线段，表示线弹为直线段，表示线弹为直线段，表示线弹为直线段，表示线弹性的特征性的特征性的特征性的特征 BCBCBCBC段为曲线段，表示弹段为曲线段，表示弹段为曲线段，表示弹段为曲线段，表示弹塑性的特征塑性的特征塑性的特征塑性的特征 CDCDCDCD为软化曲线段，表示为软化曲线段，表示为软化曲线段，表示为软化曲线段，表示岩石峰值后的特征岩石峰值后的特征岩石峰值后的特征岩石峰值后的特征 第二章第二章 隧道工

26、程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级2.2.2.2.弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量OBOBOBOB是曲线在原点是曲线在原点是曲线在原点是曲线在原点O O O O的切的切的切的切线，它的斜率表示初始线，它的斜率表示初始线，它的斜率表示初始线，它的斜率表示初始切线模量；切线模量；切线模量；切线模量；CDCDCDCD是是是是A A A A点的切线，它的点的切线，它的点的切线，它的点的切线，它的斜率表示斜率表示斜率表示斜率表示A A A A点的切线模点的切线模点的切线模点的切线模量量量量EeEe；割线割线割线割线OAOAOAOA的斜率表示割的斜率表示割的斜率表示割的斜率表示割线模量或者平均

27、割线线模量或者平均割线线模量或者平均割线线模量或者平均割线模量模量模量模量EsEs 。1 1 1 11 1 1 1A AC CB BO OD D A A A A点所对应的应力点所对应的应力点所对应的应力点所对应的应力1 1 1 1等于抗压强度等于抗压强度等于抗压强度等于抗压强度c c c c的一半。的一半。的一半。的一半。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性 可分为两种试验方式：主应力可分为两种试验方式：主应力可分为两种试验方式：主应力可分为两种试验方式：主应力1 1 1 1 2 2 2 2=3

28、3 3 3的情况，称为常规三轴试验或称为三轴试验；的情况，称为常规三轴试验或称为三轴试验；的情况，称为常规三轴试验或称为三轴试验；的情况，称为常规三轴试验或称为三轴试验；1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3的情况称为真三轴试验。的情况称为真三轴试验。的情况称为真三轴试验。的情况称为真三轴试验。岩石的三轴压缩强度，通常是轴压与围压按同岩石的三轴压缩强度，通常是轴压与围压按同岩石的三轴压缩强度，通常是轴压与围压按同岩石的三轴压缩强度，通常是轴压与围压按同一比例连续施加，当到达预定的围压值后，维持围一比例连续施加，当到达预定的围压值后，维持围一比例连续施加，当到达预定的围压值后，维持围一比

29、例连续施加，当到达预定的围压值后，维持围压不变，轴向继续按同一比例加载至破坏。破坏时压不变，轴向继续按同一比例加载至破坏。破坏时压不变，轴向继续按同一比例加载至破坏。破坏时压不变，轴向继续按同一比例加载至破坏。破坏时的岩石三轴压缩强度为：的岩石三轴压缩强度为：的岩石三轴压缩强度为：的岩石三轴压缩强度为：第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性 用不同的用不同的用不同的用不同的3 3 3 3，可得到不同的，可得到不同的，可得到不同的，可得到不同的1 1 1 1，而用多组，而用多组，而用多组，而用多组1

30、1 1 1和和和和3 3 3 3，则可绘制出莫尔圆和莫尔包络线。，则可绘制出莫尔圆和莫尔包络线。，则可绘制出莫尔圆和莫尔包络线。，则可绘制出莫尔圆和莫尔包络线。式中，式中，式中，式中，1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3为岩石三轴压缩强度；为岩石三轴压缩强度；为岩石三轴压缩强度；为岩石三轴压缩强度；P P P Pm m m m为为为为试件在围压试件在围压试件在围压试件在围压m m m m作用下的极限轴向压力；作用下的极限轴向压力；作用下的极限轴向压力；作用下的极限轴向压力；A A A A为试件为试件为试件为试件初始横截面积。初始横截面积。初始横截面积。初始横截面积。第二章第二章 隧道

31、工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)0 01001005050100100200200第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性 80804.94.99.89.819.619.639.239.278.478.458.558.5(MPa)(MPa)2.452.451010-3-3围压围压围压围压P(MPa)P(MPa)6060404020200 040408080120120160160200200240240随着围压值的增随着围压值的增随着围压值的增随

32、着围压值的增高，峰值强度及高，峰值强度及高，峰值强度及高，峰值强度及其所对应的位移其所对应的位移其所对应的位移其所对应的位移量均增大。残余量均增大。残余量均增大。残余量均增大。残余强度及其所对应强度及其所对应强度及其所对应强度及其所对应的位移量也提高，的位移量也提高，的位移量也提高，的位移量也提高，且使峰值强度后且使峰值强度后且使峰值强度后且使峰值强度后区曲线变得平缓。区曲线变得平缓。区曲线变得平缓。区曲线变得平缓。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性七、三轴压缩下岩石的强度及变形特性 岩石在一定侧限压力下，呈现出后区下降曲线和岩

33、石在一定侧限压力下，呈现出后区下降曲线和岩石在一定侧限压力下，呈现出后区下降曲线和岩石在一定侧限压力下，呈现出后区下降曲线和残余强度，其破坏为脆性破坏。当超过某侧限压残余强度，其破坏为脆性破坏。当超过某侧限压残余强度，其破坏为脆性破坏。当超过某侧限压残余强度，其破坏为脆性破坏。当超过某侧限压力时，岩石强度随变形增大而增大，呈现明显的力时，岩石强度随变形增大而增大，呈现明显的力时，岩石强度随变形增大而增大，呈现明显的力时，岩石强度随变形增大而增大，呈现明显的塑性强化变形和塑性变形破坏。塑性强化变形和塑性变形破坏。塑性强化变形和塑性变形破坏。塑性强化变形和塑性变形破坏。第二章第二章 隧道工程地质环

34、境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级岩石试件在高围压下表现出塑性岩石试件在高围压下表现出塑性岩石试件在高围压下表现出塑性岩石试件在高围压下表现出塑性(或延性或延性或延性或延性)变形的变形的变形的变形的原因是：原因是：原因是：原因是：附加压力往往使应力状态发生改变；附加压力往往使应力状态发生改变；附加压力往往使应力状态发生改变；附加压力往往使应力状态发生改变；在高围压下，使得早就存在的微裂隙密合；在高围压下，使得早就存在的微裂隙密合；在高围压下，使得早就存在的微裂隙密合；在高围压下，使得早就存在的微裂隙密合；在高围压下会改变发生在变形过程中的物理性在高围压下会改变发生在变形过程中的物理性在高围

35、压下会改变发生在变形过程中的物理性在高围压下会改变发生在变形过程中的物理性质，而这些性质的改变，都是发生塑性变形的基质，而这些性质的改变，都是发生塑性变形的基质，而这些性质的改变，都是发生塑性变形的基质，而这些性质的改变，都是发生塑性变形的基础。础。础。础。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级八、裂隙岩体的强度性质八、裂隙岩体的强度性质 试验研究结果表明，裂隙岩体的强度随着裂隙组试验研究结果表明，裂隙岩体的强度随着裂隙组试验研究结果表明，裂隙岩体的强度随着裂隙组试验研究结果表明，裂隙岩体的强度随着裂隙组数的增加明显减小，但当裂隙组数增加到一定程数的增加明显减小，但

36、当裂隙组数增加到一定程数的增加明显减小，但当裂隙组数增加到一定程数的增加明显减小，但当裂隙组数增加到一定程度之后，强度不再继续降低，而接近岩石的残余度之后，强度不再继续降低，而接近岩石的残余度之后，强度不再继续降低，而接近岩石的残余度之后，强度不再继续降低，而接近岩石的残余强度。强度。强度。强度。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级岩体的强度：岩体的强度：岩体的强度：岩体的强度：式中式中式中式中 岩石试件强度；岩石试件强度；岩石试件强度；岩石试件强度；表表表表 裂隙组数对岩体强度影响的试验结果裂隙组数对岩体强度影响的试验结果裂隙组数对岩体强度影响的试验结果裂隙组数

37、对岩体强度影响的试验结果岩体构造削弱系数。岩体构造削弱系数。岩体构造削弱系数。岩体构造削弱系数。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级岩石的质量指标：以岩芯未破坏岩块岩石的质量指标：以岩芯未破坏岩块岩石的质量指标：以岩芯未破坏岩块岩石的质量指标：以岩芯未破坏岩块(大于大于大于大于10cm)10cm)10cm)10cm)的总长的总长的总长的总长 与所取岩芯总长与所取岩芯总长与所取岩芯总长与所取岩芯总长L L的比值的比值的比值的比值第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级岩体完整性指数：现场测定的岩体弹性波速度岩体完整性指数：现场测定的岩体弹性

38、波速度岩体完整性指数：现场测定的岩体弹性波速度岩体完整性指数：现场测定的岩体弹性波速度v v的的的的平方与同种岩石试件弹性波速度平方与同种岩石试件弹性波速度平方与同种岩石试件弹性波速度平方与同种岩石试件弹性波速度v v0 0 0 0的平方的比值。的平方的比值。的平方的比值。的平方的比值。岩体抗压强度与弹性波速度之间的关系岩体抗压强度与弹性波速度之间的关系岩体抗压强度与弹性波速度之间的关系岩体抗压强度与弹性波速度之间的关系第四节第四节 围岩分级围岩分级 第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级一、概述一、概述 围岩的概念围岩的概念围岩的概念围岩的概念 围围岩岩是是指指隧

39、隧道道开开挖挖后后其其周周围围产产生生应应力力重重分分布布范范围围内内的的岩岩体体，或或指指隧隧道道开开挖挖后后对对其其稳稳定定性性产产生生影影响响的的那部分岩体那部分岩体(这里所指的岩体是土体与岩体的总称这里所指的岩体是土体与岩体的总称)。在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳是不同的，可归纳为充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不稳定四种。定和不稳定四种。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级围岩分级的概念围岩分级的概念围岩分级的概念围岩分级的概念 各种围岩的物理性质之间存在一定

40、的内在联系和各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若干级，这就是围岩分级。级，这就是围岩分级。级，这就是围岩分级。级，这就是围岩分级。目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础（工程目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础（工程目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础（工程目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础（工程类比法就是建立在围岩分级的基础上的）。

41、类比法就是建立在围岩分级的基础上的）。类比法就是建立在围岩分级的基础上的）。类比法就是建立在围岩分级的基础上的）。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级围岩分级的目的是：围岩分级的目的是：围岩分级的目的是：围岩分级的目的是：作为选择施工方法的依据；作为选择施工方法的依据；作为选择施工方法的依据；作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确评价经济效益；进行科学管理及正确评价经济效益；进行科学管理及正确评价经济效益；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上的荷载确定结构上的荷载确定结构上的荷载确定结构上的荷载(松散荷载松散荷载松散荷载松散荷载)；给出衬砌结构的类型及其

42、尺寸；给出衬砌结构的类型及其尺寸；给出衬砌结构的类型及其尺寸；给出衬砌结构的类型及其尺寸；制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级比较理想的分级方法是：比较理想的分级方法是：比较理想的分级方法是：比较理想的分级方法是：准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随准确客观，有定量指标，尽量减少因人而异的随机性；机性；机性；机性；便于操作使用

43、，适于一般勘测单位所具备的技术便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技术便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技术便于操作使用，适于一般勘测单位所具备的技术装备水平；装备水平；装备水平；装备水平；最好在挖开地层前得到结论。最好在挖开地层前得到结论。最好在挖开地层前得到结论。最好在挖开地层前得到结论。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级人们对围岩的认识是不断深入的人们对围岩的认识是不断深入的人们对围岩的认识是不断深入的人们对围岩的认识是不断深入的从国外的情况看：从国外的情况看：从国外的情况看：从国外的情况看：土石方工程分类土石方工程分类土石方工程分类土石方工程分类法

44、法法法(开挖难易程开挖难易程开挖难易程开挖难易程度度度度)岩石的坚固性来岩石的坚固性来岩石的坚固性来岩石的坚固性来分类分类分类分类:如坚固性如坚固性如坚固性如坚固性系数系数系数系数f fRQDRQDRQDRQD从围岩稳定性出发分类来代从围岩稳定性出发分类来代从围岩稳定性出发分类来代从围岩稳定性出发分类来代替多年沿用的坚固性为基础替多年沿用的坚固性为基础替多年沿用的坚固性为基础替多年沿用的坚固性为基础的分类的分类的分类的分类第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级从分级指标方面：从分级指标方面：从分级指标方面：从分级指标方面：大多数从定性描述大多数从定性描述大多数从定性

45、描述大多数从定性描述经验判断经验判断经验判断经验判断定量描述定量描述定量描述定量描述以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩分级的总趋势。分级的总趋势。分级的总趋势。分级的总趋势。另外的发展趋势：以岩体为对象、与地质勘探结合、另外的发展趋势：以岩体为对象、与地质勘探结合、另外的发展趋势：以岩体为对象、与地质勘探结合、另外的发展趋势：以岩体为对象、与地质勘探结合、与设计施工结合、定量化。与设计施工结合、定量化。与设计施工结合、定量化。与设计施工结合、定量化。第二章第二章

46、 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级二、影响围岩稳定性的主要因素二、影响围岩稳定性的主要因素(1)(1)岩体结构特征岩体结构特征岩体结构特征岩体结构特征 岩岩岩岩体体体体的的的的结结结结构构构构特特特特征征征征可可可可以以以以简简简简单单单单地地地地用用用用岩岩岩岩体体体体的的的的破破破破碎碎碎碎程程程程度度度度或或或或完完完完整整整整性性性性来来来来表表表表示示示示，在在在在某某某某种种种种程程程程度度度度上上上上它它它它反反反反映映映映了了了了岩岩岩岩体体体体受受受受地地地地质质质质构造作用的严重程度。构造作用的严重程度。构造作用的严重程度。构造作用的严重程度。岩岩岩岩体

47、体体体的的的的破破破破碎碎碎碎程程程程度度度度或或或或完完完完整整整整状状状状态态态态是是是是指指指指构构构构成成成成岩岩岩岩体体体体的的的的岩岩岩岩块块块块大小及这些岩块的组合排列形态。大小及这些岩块的组合排列形态。大小及这些岩块的组合排列形态。大小及这些岩块的组合排列形态。1.1.1.1.地质因素地质因素地质因素地质因素 第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级(2)(2)结构面性质和空间的组合结构面性质和空间的组合结构面性质和空间的组合结构面性质和空间的组合 在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因在块状或层状

48、结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是软弱结构面的性质及它们在空间的组合状态。素是软弱结构面的性质及它们在空间的组合状态。素是软弱结构面的性质及它们在空间的组合状态。素是软弱结构面的性质及它们在空间的组合状态。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级从下述的从下述的从下述的从下述的5 5个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定性影响的大小：性影响的大小：性影响的大小：性影响的大小：结构面的成因及其发展史；结构面的成因及其

49、发展史；结构面的成因及其发展史；结构面的成因及其发展史；结构面的平整、光滑程度；结构面的平整、光滑程度；结构面的平整、光滑程度；结构面的平整、光滑程度；结构面的物质组成及其充填物质情况；结构面的物质组成及其充填物质情况；结构面的物质组成及其充填物质情况；结构面的物质组成及其充填物质情况；结构面的规模与方向性；结构面的规模与方向性；结构面的规模与方向性；结构面的规模与方向性；结构面的密度与组数。结构面的密度与组数。结构面的密度与组数。结构面的密度与组数。第二章第二章 隧道工程地质环境及围岩分级隧道工程地质环境及围岩分级(3)(3)岩石的力学性质岩石的力学性质岩石的力学性质岩石的力学性质 在整体结

50、构的岩体中，控制围岩稳定性的主要因素是在整体结构的岩体中，控制围岩稳定性的主要因素是在整体结构的岩体中，控制围岩稳定性的主要因素是在整体结构的岩体中，控制围岩稳定性的主要因素是岩石的力学性质，尤其是岩石的强度。一般来说，岩岩石的力学性质，尤其是岩石的强度。一般来说，岩岩石的力学性质，尤其是岩石的强度。一般来说，岩岩石的力学性质，尤其是岩石的强度。一般来说，岩石强度越高，洞室越稳定。石强度越高，洞室越稳定。石强度越高，洞室越稳定。石强度越高，洞室越稳定。(4)(4)(4)(4)围岩的初始应力场围岩的初始应力场围岩的初始应力场围岩的初始应力场 围岩的初始应力场是地下工程围岩变形、破坏的根本围岩的初