2、人为因素
⑴ 隧道形状和尺寸 ⑵ 支护结构类型 ⑶ 施工方法
超 挖
4.3 围岩分级
4.3.1 概 述
围岩分级：根据岩体的若干指标，按照稳定性 将围岩分成不同的级别。 工程目的： （1）结构设计依据 （2）施工方法依据 （3）工程造价依据
围岩分级的发展过程： 土石分类法 单一因素分类法 综合物性分类法
表中R为RQD指标。
RQD Compared to Rock Quality
R> 0.9
优
0.75 < R < 0.9
良
0.5 < R < 0.75
好
0.25 < R < 0.5
差
R< 0.25
很差
(四)组合多种因素的分级方法
代表： 岩体质量分级法
巴顿等人提出的“岩体质量—Q”分级法。表达如下：
（三）与地质勘探手段相联系的分级方法
代表：
●弹性波速分级法～波速是反映岩性与岩体结构的一项综合
指标，波速越高，围岩越好。
波速 Kv
>0.75
完整性
完整
0.75～ 0.55 较完整
0.55～ 0.35 破碎
0.35～ 0.15 较破碎
<0.15
极破碎
●岩石质量指标～RQD指标也是反映岩性与岩体结构的一项 综合指标。RQD指标的具体含义为岩芯复原率:
⑶ 岩石的力学性质
主要指岩石的单轴饱和极限抗压强度Rb。
岩石强度越高，隧道越稳定。
(4) 围岩的初应力状态
●初始应力是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。 ●已初步将初始应力考虑进围岩分级之中。 在高的初始应力场条件下，围岩级别应适当降低。
⑸ 地下水的影响 ● 软化围岩； ● 减少层间摩阻力促使岩块滑动； ● 具膨胀性的围岩，遇水后产生膨胀等。
• 地下水状态的分级表
级别 状态 渗水量[L/(min· 10m)]
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
干燥或湿润 偶有渗水
经常渗水
<10 10~25
25~125
围岩基本分类 地下水状态分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
Ⅰ
Ⅰ Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ Ⅲ
Ⅲ
Ⅳ Ⅳ
Ⅳ
Ⅴ Ⅴ
Ⅴ
Ⅵ Ⅵ
—
— —
初始地 应力状 态
主
要
现
象
评估基准 （Rc/σmax）
1.硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹 出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差 极高应 力 2.软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁 岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移， 持续时间长，不易成洞 1 .硬质岩: 开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体 有剥离和掉块现象，新生裂纹较多，成洞性较差 2.软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁 岩体位移极显著，持续时间长，成洞性差 <4
高应力
4-7
围岩基本分级 修正级别 初始地应力状态 极高应力 高应力 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Ⅲ或 Ⅳ
Ⅲ
Ⅴ Ⅳ或 Ⅴ
Ⅵ Ⅵ
(六)问题及研究方向
1.问题
指标定性的多、定量的少。如何做到准确、方便、好用？
2.研究
⑴发展物探手段，增加定量指标。 ⑵发展分析理论 模糊数学～围岩分级； 隧道位移～围岩分级； 人工智能专家系统～围岩分级等。
修正基本分级 基本分级
修正基本分级
最终分级
⑶ 基本分级
依据：围岩主要工程地质条件，由两条组成：
①岩石坚硬程度 软硬岩分界指标：30MPa Rb>30 Rb <5 ②围岩完整程度 指标1：结构面发育程度 硬岩 极软岩 5 <Rb≤30 软岩
指标2：地质构造影响程度
由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：
1.的控制，当变 形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方 形成拱形。
(a) 变形阶段； (b) 松动阶段； (c) 塌落阶段； (d) 成拱阶段。
自然拱
影响自然拱的因素：
●隧道埋深～成拱的必要条件 ●隧道断面形状和大小～拱的范围 ●施工因素～对围岩的扰动程度
节理发育 节理很发育
节理（裂隙）2-3组，呈x型，较规则，以构造型为主，多数的间距大于0.4m，多为 密闭。部分微张开，少有填充物。岩体被切割成大块状
节理（裂隙）3组以上，不规则，呈x型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间 距小于0.4m，大部分微张开，部分张开，大部分为粘性土填充。岩体被切割成块、 碎石状 节理（裂隙）3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.2m，微张开 或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状
完整程度
完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎
结构面发育程度
不发育 较发育、不发育 发育、较发育 极发育、发育 极发育
地质构造影响程度
轻微 较重、轻微 严重 极严重、严重 极严重
等级 轻微 较重
地质构造作用特征
围岩地质构造变动小，无断裂（层）；层状岩体一般呈单斜构造；节理不发育 围岩地质构造变动较大；位于断裂（层）或褶曲轴的邻近地段；可有小断层，节理较 发育
4.1 隧道围岩的概念与工程性质 4.2 围岩的稳定性 4.3 围岩分级 4.4 围岩压力的确定
4.1 隧道围岩的概念与工程性质
4.1.1围岩的概念 围岩:隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。 说明：围岩既指岩体也指土体。 4.1.2围岩的工程性质 物理 工程性质 水理 力学
（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 1.以岩石强度为基础的分级法 代表：土石分类法～坚石、次坚石、松石、土。 2.以岩石物性指标为基础的分级法 代表：岩石坚固性系数(f值)分级法～普氏法
f值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗 爆性、强度等。
但核心还是岩石强度。
(二) 以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 代表： ●泰沙基法～考虑围岩的完整状态和岩性， 共9级。 ●我国交通隧道围岩分级法～借鉴了泰沙基 法，考虑岩体综合物性，共6级。
b hk f
hk—自然拱高度； b—自然拱半跨度。
一般来说，普氏理论比较适用于松散、破碎的围岩中。
(3) 泰沙基理论 理论：散粒体理论。
◆假定：
破裂面为折线—OAB
◆方法：
研究微分条带dh的平衡。
3．膨胀压力～膨胀性岩层。
4．冲击压力～明洞，落石； 暗洞，坍方、岩爆。
4.4.2 影响围岩压力的因素
㈠地质因素 1.岩体初始应力状态 2.岩石力学性质 3.岩体结构面
4.地下水等
㈡工程因素 1.施工方法
2.支护设置时间
3.支护本身刚度 4.隧道断面形状等
4.4.3 围岩松动压力的形成和确定方法
一、围岩压力及其分类 (一)围岩压力
广义：包括有、无支护时的压力
围岩压力
地层对洞室的作用力
狭义：仅指对支护的压力
（二）围岩压力分类
1．松动压力～围岩变形过大，发生松动而形成的压力。
2．形变压力～围岩变形在有限范围内而形成的压力。
这是最重要的两种压力形态。 问题： 1.这两种压力性质上有何不同？ 2.压力的性质与围岩稳定性有何关系？
⑸ 特点
◆给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。 ◆尚未考虑地下水和地应力。
⑹ 修正分级
地下水
地下水的3种处理方法：
①分级时按无水考虑，而是根据地下水的状态，适当降 低围岩等级(1～2级)；
③直接将地下水状况(水质、水量、流通条件、静水压 力等)作为一个分级指标。
②分级时按有水考虑，当确认围岩无水则提高围岩等级；
不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩；
采用矿山法施工。
(2) 普氏理论
散粒体理论：岩体被节理、裂隙所切割，视为 散粒体。 普氏系数f(岩体坚固性系数):
tan c c f tan tan 0
岩体坚固性系数 f 的概念： f—是一个以岩体强度为主的指标，兼顾抗钻性、抗爆性、 地下水等性质。 前述自然拱概念最早由普氏提出：
岩体：弹塑性体
2) 剪切变形
(1) 沿结构面滑动
(2) 岩石的断裂
(3) 在结构面的影响下沿岩石剪断
3) 流变特性
●蠕变：指应力不变，而应变随时间增长。
●松弛：应变不变，而应力随时间而衰减
问题：围岩流变特性对隧道的影响？
图4-2 岩体的流变
2、岩体强度
岩石强度：通过试件获得。 岩体强度：低于岩石强度，约为岩石强度的 70～80％。
●完整状态：整块状、大块状等。
⑵ 结构面性质和空间组合
● 性质 1) 结构面的成因； 2) 结构面的光滑程度； 3) 结构面的物质组成； 4) 结构面的规模； 5) 结构面的密集度。 ●空间组合
指结构面的相互位置状态。 问题： 软弱结构面有怎样的害处？ 什么是不利空间组合？
• 张家界图
节理较发育
2、围岩压力的确定方法
直接量测法 理论估算法 统计法（经验法、工程类比法）
1)深埋隧道围岩松动压力的确定方法 (1) 统计法—我国《隧规》所推荐的方法
q 0.45 2
式中 γ—围岩容重； s —围岩级别;
s1

w —宽度影响系数，由 w=1+i（B-5）计算： B —坑道宽度，当 B＜5m时，取 i =0.2，当 B＞5m时，取i =0.1。
●隧道围岩分级～99年版，采用国标分级排序，改称“围岩 分级”，六级。 ●隧道围岩分级～2001年版，不变。 ●隧道围岩分级～2005年版，不变。
⑵ 分级的理论基础 ●以围岩的稳定性判断为基础。
属于“以岩体构造和岩性特征为代表”的分级方法。 ●主要考虑4种因素： ①岩石坚硬程度 ②围岩完整状态 ③地下水 ④围岩初始地应力 基本分级