【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(yīng)力 1)深埋隧道圍巖松動(dòng)壓力的確定方法 (1) 統(tǒng)計(jì)法 — 我國(guó) 《 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(jí)別； w — 寬度影響系數(shù)，由 w=1+i（ B5）計(jì)算： B — 坑道寬度，當(dāng) B＜ 5m時(shí)，取 i =，當(dāng) B＞ 5m時(shí)，取 i =。 4．沖擊壓力～明洞，落石； 暗洞，坍方、巖爆。 自重應(yīng)力 構(gòu)造應(yīng)力 地下水壓力 溫度應(yīng)力 原巖 毛洞 穩(wěn)定洞室 開(kāi)挖 支護(hù) 圍巖壓力 一、圍巖壓力及其分類(lèi) (一 )圍巖壓力 圍巖壓力 地層對(duì)洞室的作用力 廣義：包括有、無(wú)支護(hù)時(shí)的壓力 狹義：僅指對(duì)支護(hù)的壓力 （二）圍巖壓力分類(lèi) 1．松動(dòng)壓力～圍巖變形過(guò)大，發(fā)生松動(dòng)而形成的壓力。 地下水狀態(tài)的分級(jí)表 級(jí)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(gòu)造型或風(fēng)化型為主，多數(shù)間距小于 ，大部分微張開(kāi)，部分張開(kāi)，大部分為粘性土填充。 屬于 “ 以巖體構(gòu)造和巖性特征為代表 ” 的分級(jí)方法。 ●隧道圍巖分級(jí)～ 99年版，采用國(guó)標(biāo)分級(jí)排序，改稱(chēng) “ 圍巖分級(jí) ” ，六級(jí)。 表達(dá)如下： S R FJJJJR Q DQ warh???組合了 6個(gè)參數(shù)： 巖石質(zhì)量指標(biāo) 、 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(yīng)力折減系數(shù) 。 （三）與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級(jí)方法 代表： ●彈性波速分級(jí)法～波速是反映巖性與巖體結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)綜合指標(biāo)，波速越高，圍巖越好。 代表：巖石堅(jiān)固性系數(shù) (f值 )分級(jí)法～普氏法 f值：一個(gè)綜合的物性指標(biāo)值，如巖石的抗鉆性、抗爆性、強(qiáng)度等。 ②地質(zhì)構(gòu)造：巖體完整性或結(jié)構(gòu)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(dòng)； ● 具膨脹性的圍巖，遇水后產(chǎn)生膨脹等。 巖石強(qiáng)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(xué) ? 工程地質(zhì)與巖體力學(xué)的關(guān)系 工程地質(zhì)：現(xiàn)象、原因、面 巖體力學(xué)：力學(xué)、工程效應(yīng)、點(diǎn) 巖體工程：運(yùn)用巖體力學(xué)，解決巖體工程問(wèn)題 ? 巖體結(jié)構(gòu) ※ 不同的巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型與其對(duì)應(yīng)的破壞模式 整體狀結(jié)構(gòu) 塊狀結(jié)構(gòu) 層狀結(jié)構(gòu) 碎裂狀結(jié)構(gòu) 散體狀結(jié)構(gòu) ? 巖塊力學(xué)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(xué)性質(zhì) —— 深埋巖體工程 ※ 變形模量 —— 彈性模量 ※ 單軸飽和抗壓強(qiáng)度 ※ 如何看待抗拉強(qiáng)度 ※ 剪切強(qiáng)度與抗剪斷強(qiáng)度 ? 巖體結(jié)構(gòu)面 ※ 結(jié)構(gòu)面的規(guī)模 ※ 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀（走向、傾向、傾角） ※ 結(jié)構(gòu)面的連通率 ※ 結(jié)構(gòu)面密度 現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)方法 ※ 結(jié)構(gòu)面的隙寬（張開(kāi)度） ※ Kn， Ks ※ 結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度 JRC JRS 巴頓公式 ? 巖體質(zhì)量的確定 ※ 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取巖體變形模量與剪切強(qiáng)度方法 ※ HeokBrown強(qiáng)度準(zhǔn)則 ※ 現(xiàn)場(chǎng)滲透系數(shù)量測(cè) ※ RQD、 Q、 RMR巖體質(zhì)量分類(lèi)（國(guó)外） ※ 工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ? 地應(yīng)力 ※ 高地應(yīng)力集中存在的常見(jiàn)地形特征 ※ 地應(yīng)力的量測(cè)方法 ※ 地應(yīng)力在數(shù)值分析中表達(dá)與估算 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)定性 。 ③結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的依據(jù) ⑴地質(zhì)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(zhì)因素 從 5個(gè)方面來(lái)分析： ⑴ 巖體結(jié)構(gòu)特征 ⑵ 結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合 ⑶ 巖石的力學(xué)性質(zhì) ⑷ 地下水的影響 ⑸ 圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài) ⑴巖體結(jié)構(gòu)特征 指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)。 按這 2個(gè)指標(biāo)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(lèi)d為裂 縫間距⑵ 結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間組合 ● 性質(zhì) 1) 結(jié)構(gòu)面的成因； 2) 結(jié)構(gòu)面的光滑程度； 3) 結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成； 4) 結(jié)構(gòu)面的規(guī)模； 5) 結(jié)構(gòu)面的密集度。 (4) 圍巖的初應(yīng)力狀態(tài) ●初始應(yīng)力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力。 超挖 概 述 圍巖分級(jí)：根據(jù)巖體的若干指標(biāo)，按照穩(wěn)定性將圍巖分成不同的級(jí)別。 ③地下水：地下水發(fā)育時(shí)，圍巖級(jí)別應(yīng)降低。 但核心還是巖石強(qiáng)度。 波速 Kv ～ ～ ～ 完整性 完整 較完整 破碎 較破碎 極破碎 ●巖石質(zhì)量指標(biāo)～ RQD指標(biāo)也是反映巖性與巖體結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。 (五 )我國(guó)鐵路與公路隧道的圍巖分級(jí)方法 ⑴沿革 ●巖體綜合分類(lèi)～ 60年代，成昆線，五類(lèi)。 ●隧道圍巖分級(jí)～ 2022年版，不變。 ●主要考慮 4種因素： ①巖石堅(jiān)硬程度 ②圍巖完整狀態(tài) ③地下水 ④?chē)鷰r初始地應(yīng)力 基本分級(jí) 修正基本分級(jí) 基本分級(jí) 修正基本分級(jí) 最終分級(jí) ⑶ 基本分級(jí) 依據(jù)：圍巖主要工程地質(zhì)條件，由兩條組成： ①巖石堅(jiān)硬程度 軟硬巖分界指標(biāo)： 30Mpa Rb30 硬巖 5 Rb≤30 軟巖 Rb 5 極軟巖 ②圍巖完整程度 指標(biāo) 1：結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度 指標(biāo) 2：地質(zhì)構(gòu)造影響程度 由此兩指標(biāo)，將巖體完整程度分為 5個(gè)級(jí)別，見(jiàn)下表： 完整程度 結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度 地質(zhì)構(gòu)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(yán)重 破碎 極發(fā)育、發(fā)育 極嚴(yán)重、嚴(yán)重 極破碎 極發(fā)育 極嚴(yán)重 等級(jí) 地質(zhì)構(gòu)造作用特征 輕微 圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)小，無(wú)斷裂（層）；層狀巖體一般呈單斜構(gòu)造；節(jié)理不發(fā)育 較重 圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)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(yán)重 圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)較強(qiáng)烈，位于褶曲軸部或斷裂影響帶內(nèi)；軟巖多見(jiàn)扭曲及拖拉現(xiàn)象；節(jié)理發(fā)育 很?chē)?yán)重 位于斷裂（層）破碎帶內(nèi)；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(jí) 地質(zhì)構(gòu)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(gòu)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(gòu)造型或風(fēng)化型為主，多數(shù)間距小于 ，微張開(kāi)或張開(kāi)，部分為粘土充填。10m)] Ⅰ 干燥或濕潤(rùn) 10 Ⅱ 偶有滲水 10~25 Ⅲ 經(jīng)常滲水 25~125 圍巖基本分類(lèi) 地下水狀態(tài)分級(jí) 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(yīng)力狀態(tài) 主 要 現(xiàn) 象 評(píng)估基準(zhǔn) （ Rc/σ max） 極高應(yīng)力 ：開(kāi)挖過(guò)程中時(shí)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(kāi)挖過(guò)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(shí)間長(zhǎng)，不易成洞 高應(yīng)力 1 .硬質(zhì)巖 : 開(kāi)挖過(guò)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(shí)有餅化現(xiàn)象，開(kāi)挖過(guò)程中洞壁巖體位移極顯著，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，成洞性差 圍巖基本分級(jí) 修正級(jí)別 初始地應(yīng)力狀態(tài) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 極高應(yīng)力 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 或Ⅳ Ⅴ Ⅵ 高應(yīng)力 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 或Ⅴ Ⅵ (六 )問(wèn)題及研究方向 指標(biāo)定性的多、定量的少。 2．形變壓力～圍巖變形在有限范圍內(nèi)而形成的壓力。 影響圍巖壓力的因素 ㈠地質(zhì)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(dāng)變形超過(guò)一定限度后，圍巖發(fā)生松動(dòng)、坍落，最終在洞室上方形成拱形。 水平壓力見(jiàn)表 47： 表 47圍巖水平均布?jí)毫? 圍巖級(jí)別 Ⅰ 、 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 水平均布?jí)毫? 0 ＜ ( ～)q (～)q (～)q 統(tǒng)計(jì)法公式的適用條件： ? H/B＜ ， H為坑道的高度； ? 深埋隧道； ? 不產(chǎn)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(jiān)固性系數(shù) ): 0t a nt a n ?????? ????? cf巖體堅(jiān)固性系數(shù) f 的概念： f— 是一個(gè)以巖體強(qiáng)度為主的指標(biāo)，兼顧抗鉆性、抗爆性、地下水等性質(zhì)。 ◆ 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(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè) 直接量測(cè) 間接量測(cè) 思考題： ？在進(jìn)行圍巖分類(lèi)時(shí)主要考慮什么因素？我國(guó)交通隧道圍巖分類(lèi)對(duì)這些因素是如何處理的？ 30m，圍巖為 Ⅴ 級(jí)，凈寬為 12m，凈高為10m，圍巖天然容重 20KN/m3，試計(jì)算該隧道圍巖壓力？ 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 隧道洞門(mén)計(jì)算 巖體力學(xué)方法 隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 隧 道抗震計(jì)算 ◆ 圍巖不僅是荷載，同時(shí)又是承載體； ◆ 地層壓力由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù) 述 ◆ 將支護(hù)和圍巖分開(kāi)考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載的主體，圍巖作為荷載的來(lái)源和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承，與其對(duì)應(yīng)的計(jì)算模型稱(chēng)為荷載 — 結(jié)構(gòu)模型。 ◆ 墻基礎(chǔ)的處理：假設(shè)邊墻底端是彈性固定，即能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和垂直下沉，不能產(chǎn)生水平位移。 (3) 墻腳彈性支座單元?jiǎng)偠染仃? 圖 57 彈性鏈稈單元示