隧道工程地质环境围岩分级与围岩压力.ppt

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1、1复习与回顾复习与回顾隧道隧道结构结构构造构造主体构主体构造物造物附属构附属构造物造物洞身洞身衬砌衬砌洞门构洞门构造物造物洞身衬砌洞身衬砌的平、纵、横断面的形状洞身衬砌洞身衬砌的平、纵、横断面的形状由隧道的几何设计确定由隧道的几何设计确定 衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定 明洞明洞通风通风照明照明排水、消防、通讯等排水、消防、通讯等2隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境1 1 隧道工程地质环境的相关概念隧道工程地质环境的相关概念2 2 隧道围岩的工程性质隧道围岩的工程性质4 4 隧道围岩分级隧道围岩分级5 5 初始应力场及围岩压力初始应力场及围岩压力

2、3 3 围岩的稳定性围岩的稳定性内容内容3隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-1地质环境相关概地质环境相关概念念1 1主要相关概念主要相关概念地下结构地下结构支护结构支护结构周边围岩周边围岩地层地层围岩稳定性围岩稳定性4隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-1地质环境相关概地质环境相关概念念地上结构地上结构地下结构地下结构地下结构与地上结构的对比地下结构与地上结构的对比约束约束约束约束位位于于岩岩土土体体以以上上位于岩土体以内位于岩土体以内5隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-1地质环境相关概地质环境相关概念念地下结构与地上结构的对比地下结构与地上结构的对比6隧道是一种结构体系隧道是一种结

3、构体系隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-1地质环境相关概地质环境相关概念念隧道是一种地下结构体系隧道是一种地下结构体系隧道是地下工程的一种主要形式隧道是地下工程的一种主要形式地下结构地下结构支护结构支护结构周边围岩周边围岩地层是地下结构承载的主体地层是地下结构承载的主体用于约束地层用于约束地层限制变形和坍塌限制变形和坍塌地层是地下结构荷载的主要来源地层是地下结构荷载的主要来源地层起主导作用地层起主导作用围岩压力围岩压力地下水压力地下水压力地质勘探、地形线路勘测、地质预报、施工地质勘探、地形线路勘测、地质预报、施工重要理念重要理念围岩对支护结构有嵌固作用围岩对支护结构有嵌固作用7隧道工程的地

4、质环境隧道工程的地质环境-1地质环境相关概地质环境相关概念念l是地层的一部分，是隧道是地层的一部分，是隧道开挖后对其稳定性产生影响开挖后对其稳定性产生影响那部分岩那部分岩(土土)体。体。l或隧道或隧道开挖影响的那部分岩体开挖影响的那部分岩体。l在隧道开挖和支护过程中，在隧道开挖和支护过程中，围岩将产生应力重分布围岩将产生应力重分布，其性质也发生变化其性质也发生变化。l围岩的边界围岩的边界：开挖引起的应力变化可以忽略不计的地方。：开挖引起的应力变化可以忽略不计的地方。围岩围岩l围岩是围岩是直接影响隧道稳定性的因素直接影响隧道稳定性的因素，围岩的好坏直接影响隧道的设计施工，围岩的好坏直接影响隧道的

5、设计施工及造价。及造价。l约为约为610倍倍隧道直径隧道直径l说明：围岩既指岩体也指土体说明：围岩既指岩体也指土体围岩相关内容围岩相关内容围岩工程性质围岩工程性质围岩初始应力围岩初始应力围岩压力围岩压力围岩分级围岩分级围岩稳定性围岩稳定性岩体构造岩体构造物理、力学特征物理、力学特征8地层、围岩与隧道的关系地层、围岩与隧道的关系地层地层隧道隧道围岩围岩(6-10)DD隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-1地质环境相关概地质环境相关概念念9隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质2 2 隧道围岩的工程性质隧道围岩的工程性质围岩的工程性质围岩的工程性质岩体的变形特性岩体

6、的变形特性岩体的强度岩体的强度岩体结构分类岩体结构分类10隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质围岩的工程性质围岩的工程性质物理性质物理性质水理性质水理性质力学性质力学性质断层面、层理面、节理面、裂隙面等断层面、层理面、节理面、裂隙面等结构面结构面结构体结构体岩体岩体岩体概念岩体概念被结构面切割的块体被结构面切割的块体由结构面和结构体组成的具有结构特征的地质体由结构面和结构体组成的具有结构特征的地质体岩体力学性质取决于岩体结构特征和结构面特性岩体力学性质取决于岩体结构特征和结构面特性地下水对岩体力学性质影响很大！地下水对岩体力学性质影响很大！岩体性质岩体性质容重、

7、节理产状等容重、节理产状等溶水性、透水性和持水性等溶水性、透水性和持水性等抗拉、抗压、抗剪强度等抗拉、抗压、抗剪强度等对围岩稳定性影响最大的是对围岩稳定性影响最大的是力学性质力学性质！围岩抵抗变形和破坏的性质围岩抵抗变形和破坏的性质*了解岩体的工程性质了解岩体的工程性质,有助于理解隧道围岩稳定性有助于理解隧道围岩稳定性11隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质层理面层理面断层面断层面节理面节理面断层带中断层带中软弱夹层软弱夹层12隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质自然界中的岩体自然界中的岩体13隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境

8、-2围岩的工程性质围岩的工程性质自自然然界界中中的的岩岩体体14隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质岩体与岩石岩体与岩石围岩的工程性质围岩的工程性质岩石：均质、连续、各向同性岩石：均质、连续、各向同性岩体：具有明显的非均质、不连续、各向异性岩体：具有明显的非均质、不连续、各向异性岩体力学性质获取岩体力学性质获取现场试验：真实、费时、费钱现场试验：真实、费时、费钱室内试验：不易取样、代表性差室内试验：不易取样、代表性差15隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质岩体的变形特性岩体的变形特性1.1.岩体的变形特性：岩体的变形特性：2.2.

9、受压变形受压变形问题：岩体能受拉吗？问题：岩体能受拉吗？受拉、受压、剪切、流变受拉、受压、剪切、流变 岩石：线性、弹性岩石：线性、弹性岩体：弹塑性体、四个阶段岩体：弹塑性体、四个阶段软弱结构面：非线性、塑性软弱结构面：非线性、塑性岩体既不是简单的弹性体，也不是纯粹的塑性体岩体既不是简单的弹性体，也不是纯粹的塑性体完整性好，接近弹性体完整性好，接近弹性体而是复杂的弹塑性体而是复杂的弹塑性体破裂和松散，接近塑性体破裂和松散，接近塑性体有限，一般不考虑有限，一般不考虑 16隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质典型岩体全应力应变曲线典型岩体全应力应变曲线岩体：岩体：压密

10、阶段压密阶段(OA)(OA)弹性阶段弹性阶段(AB)(AB)塑性阶段塑性阶段(BC)(BC)破裂和破坏阶段破裂和破坏阶段(CD)(CD)esABC岩体岩石软弱结构面0峰值强峰值强度高度高软弱软弱结构结构面面17隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质3.3.剪切变形剪切变形岩体的变形特性岩体的变形特性沿结构面滑动沿结构面滑动 结构面起主导作用结构面起主导作用 沿岩石断裂沿岩石断裂 岩石起主导作用岩石起主导作用在结构面的影响下沿岩石剪断在结构面的影响下沿岩石剪断 介于上述二者之间介于上述二者之间18隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质4

11、.4.流变特性流变特性流变：流变：岩体的变形或应力随时间而变化时间效应岩体的变形或应力随时间而变化时间效应岩体的变形特性岩体的变形特性蠕变蠕变：指应力不变，而应变随时间增长：指应力不变，而应变随时间增长 松弛松弛：应变不变，而应力随时间而衰减：应变不变，而应力随时间而衰减 问题问题：围岩流变特性对隧道的影响？：围岩流变特性对隧道的影响？应应变变应应力力tt00应变应变=常数常数应力应力=常数常数蠕变曲线蠕变曲线松弛曲线松弛曲线19隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质岩体的强度岩体的强度1.1.岩石强度：岩石强度：通过试件获得通过试件获得 2.2.岩体强度：岩体强

12、度：低于岩石强度，约为岩石强度的低于岩石强度，约为岩石强度的70708080。抗剪强度：抗剪强度：受结构面的制约受结构面的制约 结构面发育的岩体，只有抗压的结构面发育的岩体，只有抗压的510%抗压强度：抗压强度：岩石：受微裂隙制约，强度大岩石：受微裂隙制约，强度大 岩体：受结构面制约，强度小，具有各向异性岩体：受结构面制约，强度小，具有各向异性 岩体结构分类岩体结构分类岩体的结构岩体的结构不同块度、形状、产状的结构体构成不同类型不同块度、形状、产状的结构体构成不同类型 整体结构、块状结构整体结构、块状结构层状结构、板状结构层状结构、板状结构碎裂结构、镶嵌结构、层状碎裂结构碎裂结构、镶嵌结构、层

13、状碎裂结构散体结构散体结构20隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-2围岩的工程性质围岩的工程性质岩岩石石试试验验21隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-3围岩的稳定性围岩的稳定性研究围岩稳定性的意义研究围岩稳定性的意义3 3 围岩的稳定性围岩的稳定性影响围岩稳定性的因素影响围岩稳定性的因素围岩失稳破坏性态围岩失稳破坏性态22隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-3围岩的稳定性围岩的稳定性答：答：研究围岩的稳定性，如何促使围岩稳定研究围岩的稳定性，如何促使围岩稳定!研究围岩稳定性的意义研究围岩稳定性的意义围岩的稳定性：围岩的稳定性：隧道开挖后，在不支护条件下围岩的稳定程度隧道开挖后，在不支护

14、条件下围岩的稳定程度问题问题：什么是隧道工程的头等大事？：什么是隧道工程的头等大事？围岩级别的工程应用：围岩级别的工程应用：u判断围岩稳定性判断围岩稳定性u判断施工难易程度，投资依据判断施工难易程度，投资依据u结构分析计算的依据结构分析计算的依据23隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-3围岩的稳定性围岩的稳定性影响围岩稳定性的因素影响围岩稳定性的因素两大类：两大类：地质因素地质因素客观因素客观因素人为因素主观因素、工程因素人为因素主观因素、工程因素 岩体结构特征岩体结构特征 结构面性质和空间的组合结构面性质和空间的组合 岩石的力学性质岩石的力学性质 地下水的影响地下水的影响 围岩的初始应力状

15、态围岩的初始应力状态 隧道尺寸隧道尺寸 支护结构性质：强、弱支护结构性质：强、弱 隧道开挖方法隧道开挖方法24隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-3围岩的稳定性围岩的稳定性影响围岩稳定性的因素影响围岩稳定性的因素破碎程度破碎程度：裂隙率、裂隙间距。：裂隙率、裂隙间距。裂隙是广义的裂隙是广义的：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。：包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。完整状态完整状态：整块状、大块状等。：整块状、大块状等。岩体结构特征岩体结构特征指岩体的破碎程度或完整状态。指岩体的破碎程度或完整状态。按这按这2 2个指标：个指标：围岩围岩岩体岩体整体块整体块d1.0cmd1.0cm 大块体大块

16、体 d=0.4-1.0cmd=0.4-1.0cm 块石状块石状d=0.2-0.4cmd=0.2-0.4cm碎石块碎石块 d0.2cm d0.750.750.750.750.550.550.550.550.350.350.350.350.150.150.15 0.90.75 R 0.90.5 R 0.750.25 R 0.5R 30 Rb30 硬岩硬岩 5 Rb30 5 Rb30 软岩软岩 Rb 5 Rb 5 极软岩极软岩 围岩完整程度围岩完整程度 指标指标1 1：结构面发育程度：结构面发育程度 指标指标2 2：地质构造影响程度：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为由此两指标，将岩体

17、完整程度分为5 5个级别个级别 见下表：见下表：45隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-4隧道围岩分级隧道围岩分级完整程度()结构面发育程度()地质构造影响程度完整不发育轻微较完整较发育、不发育较重、轻微较破碎发育、较发育严重破碎极发育、发育极严重、严重极破碎极发育极严重岩体完整程度的划分岩体完整程度的划分46隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-4隧道围岩分级隧道围岩分级等级等级地质构造作用特征地质构造作用特征节理不发育节理不发育 节理（裂隙）节理（裂隙）1-21-2组，规则，为原生型或构造型，多数的间距在组，规则，为原生型或构造型，多数的间距在1.0m1.0m以上，为密闭型。岩体被切割成

18、块状以上，为密闭型。岩体被切割成块状节理较发育节理较发育 节理（裂隙）节理（裂隙）2-32-3组，呈组，呈x x型，较规则，以构造型为主，多数的型，较规则，以构造型为主，多数的间距大于间距大于0.4m0.4m，多为密闭。部分微张开，少有填充物。岩体被，多为密闭。部分微张开，少有填充物。岩体被切割成大块状切割成大块状节理发育节理发育 节理（裂隙）节理（裂隙）3 3组以上，不规则，呈组以上，不规则，呈x x型或米字型，以构造型或型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距小于风化型为主，多数间距小于0.4m0.4m，大部分微张开，部分张开，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、

19、碎石状大部分为粘性土填充。岩体被切割成块、碎石状节理很发育节理很发育 节理（裂隙）节理（裂隙）3 3组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间组以上，杂乱，以构造型或风化型为主，多数间距小于距小于0.2m0.2m，微张开或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成，微张开或张开，部分为粘土充填。岩体被切割成碎石状碎石状()()围岩结构面发育程度划分围岩结构面发育程度划分47隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-4隧道围岩分级隧道围岩分级等级等级地质构造作用特征地质构造作用特征轻微轻微围岩地质构造变动小，无断裂（层）；层状岩体一般呈单斜构造；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

20、不发育节理不发育较重较重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，节理较发育有小断层，节理较发育严重严重围岩地质构造变动较强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多围岩地质构造变动较强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多见扭曲及拖拉现象；节理发育见扭曲及拖拉现象；节理发育很严重很严重位于断裂（层）破碎带内；节理很发育；岩体呈碎石、角砾状，有位于断裂（层）破碎带内；节理很发育；岩体呈碎石、角砾状，有的呈粉末泥土状的呈粉末泥土状()()围岩受地质构造影响程度等级划分围岩受地质构造影响程度等级划分48隧道工程的地质环

21、境隧道工程的地质环境-4隧道围岩分级隧道围岩分级我国现行的隧道围岩分级我国现行的隧道围岩分级（一）铁路隧道围岩分级（一）铁路隧道围岩分级 （6 6）修正分级修正分级 u地下水修正地下水修正u下水的下水的3 3种处理种处理方法：方法：u 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(12 2级级)；u 分级时按有水考虑，当确认围岩无水则提高围岩等级；分级时按有水考虑，当确认围岩无水则提高围岩等级；u 直接将地下水状况直接将地下水状况(水质、水量、流通条件、静水压力等水质、水量、流通条件、静水压力等)作为一个作为一个分级指标。

22、分级指标。（4 4）铁路隧道围岩分级表铁路隧道围岩分级表 基本分级基本分级+围岩弹性纵波速围岩弹性纵波速 =铁路隧道围岩分级表铁路隧道围岩分级表给出了单线隧道围岩开挖后的稳定状态。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。尚未考虑地下水和地应力。（5 5）特点特点 u地下水修正地下水修正u地应力修正地应力修正 49隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-4隧道围岩分级隧道围岩分级l地下水状态的分级表地下水状态的分级表级别级别状态状态渗水量渗水量L/(min10m)干燥或湿润干燥或湿润10偶有渗水偶有渗水1025经常渗水经常渗水25125 围岩基本分级围岩基本分级 地下水状态分级

23、地下水状态分级 铁路隧道分级按第铁路隧道分级按第1 1种方法处理：种方法处理：l地下水影响的修正地下水影响的修正我国现行的隧道围岩分级我国现行的隧道围岩分级（一）铁路隧道围岩分级（一）铁路隧道围岩分级 50隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-4隧道围岩分级隧道围岩分级初始地初始地 应力状态应力状态主主 要要 现现 象象评估基准评估基准 （R Rc c/maxmax）极高应力极高应力1.1.硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，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，成洞性差洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差4(22.5)hq深埋深埋h(22.5)h

24、q深埋深埋h(22.5)hq浅埋浅埋塌落拱塌落拱塌落拱塌落拱塌落拱塌落拱76隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力hq围岩松动压力围岩松动压力77隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力围岩压力围岩压力4.4.围岩松动压力围岩松动压力(2)(2)围岩松动压力的确定围岩松动压力的确定方法方法l现场量测法现场量测法l理论估算法理论估算法l统计法统计法(经验法、构成类比法经验法、构成类比法)符合实际，但有局限性符合实际，但有局限性只能符合大致规律，有待改进只能符合大致规律，有待改进比较符合实际，但缺乏理论根据比较符合实

25、际，但缺乏理论根据统计法统计法普氏理论法普氏理论法太沙基理论法太沙基理论法深埋隧道围岩松动压力深埋隧道围岩松动压力浅埋隧道围岩松动压力浅埋隧道围岩松动压力明洞压力明洞压力土柱法土柱法一院法一院法公路隧道围岩压力公路隧道围岩压力土力学挡土墙土压力方法土力学挡土墙土压力方法借鉴铁路隧道围岩压力方法借鉴铁路隧道围岩压力方法78隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力围岩压力围岩压力4.4.围岩松动压力围岩松动压力围岩松动压力的现场量测法围岩松动压力的现场量测法l直接量测法直接量测法l间接量测法间接量测法直接量测直接量测：主要采用压力盒、压力传感器等，压力盒按工

26、作原理分为机：主要采用压力盒、压力传感器等，压力盒按工作原理分为机械作用式、电测式和液压式等，目前使用较多的是钢弦式压力盒。械作用式、电测式和液压式等，目前使用较多的是钢弦式压力盒。间接量测间接量测：利用量测隧道衬砌的：利用量测隧道衬砌的应变、变形应变、变形来推算作用在其上的围岩压来推算作用在其上的围岩压力的方法，即间接量测法。如电阻应变片、钢筋应变计、遥测应变计、混力的方法，即间接量测法。如电阻应变片、钢筋应变计、遥测应变计、混凝土应变砖等凝土应变砖等在支护结构背后埋设压力盒在支护结构背后埋设压力盒.所测得的围岩压力实际上是围岩与支护结构之间所测得的围岩压力实际上是围岩与支护结构之间接触应力

27、，可能是围岩的松动压力，也可能既包含松动压力又包括因支护结构接触应力，可能是围岩的松动压力，也可能既包含松动压力又包括因支护结构变形而引起的围岩抗力。变形而引起的围岩抗力。取决于围岩特性和接触条件。取决于围岩特性和接触条件。79隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力直接量测法80隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力间接量测法81隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力围岩压力围岩压力4.4.围岩松动压力围岩松动压力(2)(2)围岩松动压力的确定围岩松动压力的确定1)1)

28、深埋隧道围岩松动压力的确定方法深埋隧道围岩松动压力的确定方法(a)(a)统计法统计法我国我国铁路隧规铁路隧规所推荐的方法所推荐的方法式中式中围岩容重；围岩容重；hq坍落拱高度；坍落拱高度；s围岩级别；围岩级别；w宽度影响系数，由宽度影响系数，由w=1+i（B-5）计算：）计算：B坑道宽度坑道宽度当当B5m时，取时，取i=0.2，当，当B5m时，取时，取i=0.1。垂直松动压力垂直松动压力u破损阶段法或容许应力法破损阶段法或容许应力法hqh塌落拱塌落拱B82隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力围岩压力围岩压力4.4.围岩松动压力围岩松动压力(2)(2)

29、围岩松动压力的确定围岩松动压力的确定1)1)深埋隧道围岩松动压力的确定方法深埋隧道围岩松动压力的确定方法(a)(a)统计法统计法我国我国铁路隧规铁路隧规所推荐的方法所推荐的方法适用条件：适用条件：H/B1.7H/B1.7，H H为坑道的高度为坑道的高度深埋隧道深埋隧道不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩采用矿山法施工的隧道采用矿山法施工的隧道u概率极限状态设计法概率极限状态设计法*由于施工控制，围岩由于施工控制，围岩变形小，松动压力小！变形小，松动压力小！大多为形变压力！大多为形变压力！水平松动压力水平松动压力(0.51.0)q(0.30.5)q(0.150.3)q

30、5bH5b时为深埋隧道！时为深埋隧道！912)2)浅埋隧道围岩松动压力的确定方法浅埋隧道围岩松动压力的确定方法(a)(a)土柱法土柱法滑动面概念：滑动面概念：当隧道埋深不大，当隧道埋深不大，开挖影响波及地表，岩体向下滑开挖影响波及地表，岩体向下滑移形成塌陷区域，在隧道两侧出移形成塌陷区域，在隧道两侧出现滑动面。下滑的两种阻力：现滑动面。下滑的两种阻力：摩摩擦阻力和支护反力擦阻力和支护反力水平压力水平压力按朗肯公式：按朗肯公式：滑动岩体未扰动土体滑动面hHt要点要点：忽略滑动面上的阻力。：忽略滑动面上的阻力。适于适于：埋深小于自然拱高度：埋深小于自然拱高度垂直压力垂直压力：围岩压力92隧道工程的

31、地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力围岩压力围岩压力4.4.围岩松动压力围岩松动压力(2)(2)围岩松动压力的确定围岩松动压力的确定2)2)浅埋隧道围岩松动压力的确定方法浅埋隧道围岩松动压力的确定方法(b)(b)一院法一院法要点要点：滑动面长，：滑动面长，滑动面上的阻力滑动面上的阻力不可忽略不可忽略!适于适于：埋深大：埋深大于自然拱高度于自然拱高度NT2W2NT2PT1W2BFW1EAhBtT1DCHG00h1Ht铁道部第一勘测设计院铁道部第一勘测设计院 块体极限平衡理论块体极限平衡理论 93计算步骤计算步骤：隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场

32、与围岩压初始应力场与围岩压力力2)浅埋隧道围岩松动压力的确定方法浅埋隧道围岩松动压力的确定方法(b)一院法一院法1.破裂面破裂面AC、BD2.矩形矩形EFHG下沉下沉带动带动三棱体三棱体ACE和和BDF下滑下滑整个岩体整个岩体ABDHGC下滑下滑受阻于未扰动岩体受阻于未扰动岩体3.作用力有作用力有矩形矩形EFHGW1；三棱体三棱体ACE,BDFW2；三棱体与岩体三棱体与岩体EFDC之间的摩阻力之间的摩阻力T=T1+T2；阻力阻力NNT2W2NT2PT1W2BFW1EAhBtT1DCHG00h1Ht94计算步骤计算步骤：隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压

33、力力2)2)浅埋隧道围岩松动压力的确定方法浅埋隧道围岩松动压力的确定方法(b)(b)一院法一院法按按力的平衡条件力的平衡条件，作用在支护结构上的垂直压力为：，作用在支护结构上的垂直压力为：式中只有式中只有T1是未知，是未知，可求得：可求得：侧压力系数侧压力系数于是，于是，P可求出。可求出。W1Tv1Tv2P95综上综上：计算公式：计算公式隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力2)2)浅埋隧道围岩松动压力的确定方法浅埋隧道围岩松动压力的确定方法(b)(b)一院法一院法垂直压力垂直压力水平压力水平压力(假定梯形分布假定梯形分布)若按平均若按平均qe1e2e

34、1e296隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力实例实例1 1：计算理论与方法：计算理论与方法：97计算结果：计算结果：隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力围岩松动压力围岩松动压力hq深、浅埋隧道分界深度深、浅埋隧道分界深度计算公式：计算公式：土柱理论土柱理论太沙基理论太沙基理论统计法隧规统计法隧规普氏理论普氏理论2hq98隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力围岩压力围岩压力4.4.围岩松动压力围岩松动压力5.5.明洞压力明洞压力特点：特点：按回填土考虑荷载，按土按

35、回填土考虑荷载，按土力学中挡土墙土压力理论计算，力学中挡土墙土压力理论计算，参考相关土压力书籍。参考相关土压力书籍。设计明洞时，设计明洞时，考虑荷载考虑荷载：1）拱圈回填土垂直土压力）拱圈回填土垂直土压力2）拱圈回填土石侧压力）拱圈回填土石侧压力3）边墙回填土垂直土压力）边墙回填土垂直土压力不对称式拱形明洞99隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力围岩压力围岩压力6.6.公路隧道围岩压力公路隧道围岩压力公路隧道荷载分类公路隧道荷载分类地震力地震力1212落石冲击力落石冲击力偶然偶然荷载荷载1111冻胀力冻胀力 施工荷载施工荷载1010温度变化的影响力温

36、度变化的影响力9 9立交渡槽流水压力立交渡槽流水压力其它其它可变可变荷载荷载8 8立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力7 7立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力6 6公路车辆荷载，人群荷载公路车辆荷载，人群荷载基本基本可变可变荷载荷载可可变变荷荷载载5 5混凝土收缩和徐变影响力混凝土收缩和徐变影响力4 4填土压力填土压力 水压力水压力3 3结构自重力结构自重力2 2围岩压力围岩压力永久荷载永久荷载（恒载）（恒载）1 1荷荷 载载 名名 称称荷载类型荷载类型编号编号100隧道工程的地质环境隧道工程的地

37、质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力围岩压力围岩压力6.6.公路隧道围岩压力公路隧道围岩压力深埋隧道：深埋隧道：级围岩：级围岩：为松动压力时，按释放荷载计算，参见公路隧道设计规为松动压力时，按释放荷载计算，参见公路隧道设计规范范04版附录版附录D。级围岩：级围岩：为松动压力时，同铁路隧道为松动压力时，同铁路隧道浅埋隧道：浅埋隧道：浅埋隧道围岩压力计算同铁路隧道，也可参见浅埋隧道围岩压力计算同铁路隧道，也可参见公路隧道设计规范公路隧道设计规范04版附录版附录E。(a)(a)土柱法土柱法(b)一院法一院法101公路隧道围岩压力计算实例公路隧道围岩压力计算实例某公路隧道采用暗挖法施工，

38、开挖尺寸如下图所示，围岩容重为某公路隧道采用暗挖法施工，开挖尺寸如下图所示，围岩容重为=22kN/m3，计算摩擦角，计算摩擦角0=40，隧道埋深，隧道埋深h=40.5m。（1）分别判断该隧道属深埋还是浅埋；）分别判断该隧道属深埋还是浅埋；（2）分别求）分别求级围岩和级围岩和级围岩条件下作用在支护结构上的竖级围岩条件下作用在支护结构上的竖向和水平围岩压力（均按均布考虑）。向和水平围岩压力（均按均布考虑）。9.3m10m隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力102公路隧道围岩压力计算实例公路隧道围岩压力计算实例解：（解：（1）由题意知，）由题意知，III级围岩：级围岩：级围岩：级围岩：两种围岩条件下，均有：两种围岩条件下，均有：故都属于深埋隧道。故都属于深埋隧道。（2）围岩压力计算）围岩压力计算水平：水平：级围岩：竖向：级围岩：竖向：水平：水平：III级围岩：竖向：级围岩：竖向：隧道工程的地质环境隧道工程的地质环境-5初始应力场与围岩压初始应力场与围岩压力力103The End104