【正文】 ?????????????????????????????????????????????????20s i ns i n1000201s i n1s i n20112121210210s i n1s i n20120s i n1s i n201)(]c o t)si n1)(c o t()[c o s())(c o t(c o tc o t))(c o tc o t)()c o t(rRcpcppcprBpRBRRcpRcRRpBRBpcRRcprBpcRrcpRrirririr?（ 6）求解彈性區(qū)應力 1)深埋隧道圍巖松動壓力的確定方法 (1) 統(tǒng)計法 — 我國 《 隧規(guī) 》 所推薦的方法 ????????? whhqsqq?式中 γ — 圍巖容重； hq— 坍落拱高度； s — 圍巖級別； w — 寬度影響系數(shù)，由 w=1+i（ B5）計算： B — 坑道寬度，當 B＜ 5m時，取 i =，當 B＞ 5m時，取 i =。 4．沖擊壓力～明洞，落石； 暗洞，坍方、巖爆。 自重應力 構造應力 地下水壓力 溫度應力 原巖 毛洞 穩(wěn)定洞室 開挖 支護 圍巖壓力 一、圍巖壓力及其分類 (一 )圍巖壓力 圍巖壓力 地層對洞室的作用力 廣義：包括有、無支護時的壓力 狹義：僅指對支護的壓力 （二）圍巖壓力分類 1．松動壓力～圍巖變形過大，發(fā)生松動而形成的壓力。 地下水狀態(tài)的分級表 級別 狀態(tài) 滲水量 [L/(min巖體被切割成大塊狀 節(jié)理發(fā)育 節(jié)理（裂隙） 3組以上，不規(guī)則，呈 x型或米字型，以構造型或風化型為主，多數(shù)間距小于 ，大部分微張開，部分張開，大部分為粘性土填充。 屬于 “ 以巖體構造和巖性特征為代表 ” 的分級方法。 ●隧道圍巖分級～ 99年版，采用國標分級排序，改稱 “ 圍巖分級 ” ，六級。 表達如下： S R FJJJJR Q DQ warh???組合了 6個參數(shù)： 巖石質量指標 、 節(jié)理組數(shù)目 、 節(jié)理粗糙度 、 節(jié)理蝕變值 、 節(jié)理含水折減系數(shù) 、 應力折減系數(shù) 。 （三）與地質勘探手段相聯(lián)系的分級方法 代表： ●彈性波速分級法～波速是反映巖性與巖體結構的一項綜合指標，波速越高，圍巖越好。 代表：巖石堅固性系數(shù) (f值 )分級法～普氏法 f值：一個綜合的物性指標值，如巖石的抗鉆性、抗爆性、強度等。 ②地質構造：巖體完整性或結構狀態(tài)。 ⑸ 地下水的影響 ● 軟化圍巖； ● 減少層間摩阻力促使巖塊滑動； ● 具膨脹性的圍巖，遇水后產生膨脹等。 巖石強度越高，隧道越穩(wěn)定。 ●完整狀態(tài)：整塊狀、大塊狀等。 ②判斷施工難易程度，投資依據(jù)。巖體工程與巖體力學 ? 工程地質與巖體力學的關系 工程地質：現(xiàn)象、原因、面 巖體力學：力學、工程效應、點 巖體工程：運用巖體力學，解決巖體工程問題 ? 巖體結構 ※ 不同的巖體結構類型與其對應的破壞模式 整體狀結構 塊狀結構 層狀結構 碎裂狀結構 散體狀結構 ? 巖塊力學特征 ※ 吸水性 —— 抗凍性 ※ 滲透系數(shù) —— 不等于巖體的滲透性 ※ 巖石熱學性質 —— 深埋巖體工程 ※ 變形模量 —— 彈性模量 ※ 單軸飽和抗壓強度 ※ 如何看待抗拉強度 ※ 剪切強度與抗剪斷強度 ? 巖體結構面 ※ 結構面的規(guī)模 ※ 結構面產狀（走向、傾向、傾角） ※ 結構面的連通率 ※ 結構面密度 現(xiàn)場量測方法 ※ 結構面的隙寬（張開度） ※ Kn， Ks ※ 結構面強度 JRC JRS 巴頓公式 ? 巖體質量的確定 ※ 現(xiàn)場試驗獲取巖體變形模量與剪切強度方法 ※ HeokBrown強度準則 ※ 現(xiàn)場滲透系數(shù)量測 ※ RQD、 Q、 RMR巖體質量分類（國外） ※ 工程巖體分級標準 ? 地應力 ※ 高地應力集中存在的常見地形特征 ※ 地應力的量測方法 ※ 地應力在數(shù)值分析中表達與估算 研究圍巖穩(wěn)定性的意義 圍巖的穩(wěn)定性：隧道開挖后 ， 在不支護條件下圍巖的穩(wěn)定性 。 ③結構分析計算的依據(jù) ⑴地質因素～客觀因素 ⑵人為因素～主觀因素、工程因素 影響圍巖穩(wěn)定性的因素 地質因素 從 5個方面來分析： ⑴ 巖體結構特征 ⑵ 結構面性質和空間的組合 ⑶ 巖石的力學性質 ⑷ 地下水的影響 ⑸ 圍巖的初始應力狀態(tài) ⑴巖體結構特征 指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)。 按這 2個指標有下圖： 圍巖巖體整體塊d 大塊體 d= m 塊石狀d= m碎石塊 d 土石塊 松散狀 松軟狀土體歸入土類d為裂 縫間距⑵ 結構面性質和空間組合 ● 性質 1) 結構面的成因； 2) 結構面的光滑程度； 3) 結構面的物質組成； 4) 結構面的規(guī)模； 5) 結構面的密集度。 (4) 圍巖的初應力狀態(tài) ●初始應力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力。 超挖 概 述 圍巖分級：根據(jù)巖體的若干指標，按照穩(wěn)定性將圍巖分成不同的級別。 ③地下水：地下水發(fā)育時，圍巖級別應降低。 但核心還是巖石強度。 波速 Kv ～ ～ ～ 完整性 完整 較完整 破碎 較破碎 極破碎 ●巖石質量指標～ RQD指標也是反映巖性與巖體結構的一項綜合指標。 (五 )我國鐵路與公路隧道的圍巖分級方法 ⑴沿革 ●巖體綜合分類～ 60年代，成昆線，五類。 ●隧道圍巖分級～ 2022年版，不變。 ●主要考慮 4種因素： ①巖石堅硬程度 ②圍巖完整狀態(tài) ③地下水 ④圍巖初始地應力 基本分級 修正基本分級 基本分級 修正基本分級 最終分級 ⑶ 基本分級 依據(jù)：圍巖主要工程地質條件，由兩條組成： ①巖石堅硬程度 軟硬巖分界指標： 30Mpa Rb30 硬巖 5 Rb≤30 軟巖 Rb 5 極軟巖 ②圍巖完整程度 指標 1：結構面發(fā)育程度 指標 2：地質構造影響程度 由此兩指標，將巖體完整程度分為 5個級別，見下表： 完整程度 結構面發(fā)育程度 地質構造影響程度 完整 不發(fā)育 輕微 較完整 較發(fā)育、不發(fā)育 較重、輕微 較破碎 發(fā)育、較發(fā)育 嚴重 破碎 極發(fā)育、發(fā)育 極嚴重、嚴重 極破碎 極發(fā)育 極嚴重 等級 地質構造作用特征 輕微 圍巖地質構造變動小，無斷裂（層）；層狀巖體一般呈單斜構造；節(jié)理不發(fā)育 較重 圍巖地質構造變動較大；位于斷裂（層）或褶曲軸的鄰近地段；可有小斷層，節(jié)理較發(fā)育 嚴重 圍巖地質構造變動較強烈，位于褶曲軸部或斷裂影響帶內；軟巖多見扭曲及拖拉現(xiàn)象；節(jié)理發(fā)育 很嚴重 位于斷裂（層）破碎帶內；節(jié)理很發(fā)育；巖體呈碎石、角礫狀，有的呈粉末泥土狀 等級 地質構造作用特征 節(jié)理不發(fā)育 節(jié)理（裂隙） 12組，規(guī)則，為原生型或構造型，多數(shù)的間距在 ，為密閉型。巖體被切割成塊、碎石狀 節(jié)理很發(fā)育 節(jié)理（裂隙） 3組以上，雜亂，以構造型或風化型為主，多數(shù)間距小于 ，微張開或張開，部分為粘土充填。10m)] Ⅰ 干燥或濕潤 10 Ⅱ 偶有滲水 10~25 Ⅲ 經(jīng)常滲水 25~125 圍巖基本分類 地下水狀態(tài)分級 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ — Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅴ Ⅵ — Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ — 初始地 應力狀態(tài) 主 要 現(xiàn) 象 評估基準 （ Rc/σ max） 極高應力 ：開挖過程中時有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差 4 ：巖芯常有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時間長，不易成洞 高應力 1 .硬質巖 : 開挖過程中可能出現(xiàn)巖爆，洞壁巖體有剝離和掉塊現(xiàn)象，新生裂紋較多，成洞性較差 47 ：巖芯時有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體位移極顯著，持續(xù)時間長，成洞性差 圍巖基本分級 修正級別 初始地應力狀態(tài) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 極高應力 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 或Ⅳ Ⅴ Ⅵ 高應力 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 或Ⅴ Ⅵ (六 )問題及研究方向 指標定性的多、定量的少。 2．形變壓力～圍巖變形在有限范圍內而形成的壓力。 影響圍巖壓力的因素 ㈠地質因素 ㈡工程因素 自然拱的概念：圍巖的變形不能得到有效的控制，當變形超過一定限度后，圍巖發(fā)生松動、坍落，最終在洞室上方形成拱形。 水平壓力見表 47： 表 47圍巖水平均布壓力 圍巖級別 Ⅰ 、 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 水平均布壓力 0 ＜ ( ～)q (～)q (～)q 統(tǒng)計法公式的適用條件： ? H/B＜ ， H為坑道的高度； ? 深埋隧道； ? 不產生顯著偏壓力及膨脹力的一般圍巖； ? 采用礦山法施工 。 普氏系數(shù) f(巖體堅固性系數(shù) ): 0t a nt a n ?????? ????? cf巖體堅固性系數(shù) f 的概念： f— 是一個以巖體強度為主的指標，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質。 ◆ 假定： 破裂面為折線 — OAB ◆ 方法： 研究微分條帶 dh的平衡 。 分析下圖： 圖 4 11N T 2W 2NT 2PT 1W 2B FW 1E AhB tT 1θD CH Gφ0 φ0HHt?s in2 11 TWP ?????c o s21 211 hT ? 圍巖應力的現(xiàn)場量測 直接量測 間接量測 思考題： ？在進行圍巖分類時主要考慮什么因素？我國交通隧道圍巖分類對這些因素是如何處理的？ 30m，圍巖為 Ⅴ 級，凈寬為 12m，凈高為10m，圍巖天然容重 20KN/m3，試計算該隧道圍巖壓力？ 隧道支護結構設計 隧道洞門計算 巖體力學方法 隧道結構體系的計算模型 結構力學方法 隧 道抗震計算 ◆ 圍巖不僅是荷載，同時又是承載體； ◆ 地層壓力由圍巖和支護結構共同承受； ◆ 充分發(fā)揮圍巖自身承載力的重要性。 適用于： 錨噴支護 述 ◆ 將支護和圍巖分開考慮，支護結構是承載的主體，圍巖作為荷載的來源和支護結構的彈性支承，與其對應的計算模型稱為荷載 — 結構模型。 ◆ 墻基礎的處理：假設邊墻底端是彈性固定，即能產生轉動和垂直下沉，不能產生水平位移。 (3) 墻腳彈性支座單元剛度矩陣 圖 57 彈性鏈稈單元示