教案围岩分级、单层衬砌及锚杆受力1.ppt

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1、 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y围岩分级围岩分级单层衬砌单层衬砌锚杆受力锚杆受力地下工程力学原理地下工程力学原理 s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y一：一：围岩分级围岩分级 概念澄清概念澄清岩石和岩体岩石和岩体 分类与分级分类与分级岩体、工程岩体和围岩岩体、工程岩体和围岩 建议采用“岩体分级”或“工程岩体分级”的名称；当然对于地下工程而言，“围岩分级”是适用的为什么要对工程岩体进行分级?对于地下工程而言，一个准确而合理的围对于地下工程而言，一个准确

2、而合理的围岩分级，不仅是人们认识洞室围岩特征，岩分级，不仅是人们认识洞室围岩特征，正确进行隧道或其他地下洞室的设计、施正确进行隧道或其他地下洞室的设计、施工的基础，而且也是现场进行科学管理，工的基础，而且也是现场进行科学管理，发展新的施工工艺以及正确评价经济效益发展新的施工工艺以及正确评价经济效益的有力工具。的有力工具。围岩分级围岩分级工程岩体分级标准GB50218-94出现的背景v我国各行业、各种工程类型已建立了数十种岩体分级方我国各行业、各种工程类型已建立了数十种岩体分级方法，体系庞杂，称呼、分级指标、评价标准等各方面都不法，体系庞杂，称呼、分级指标、评价标准等各方面都不统一，显得极其混乱

3、，与工程建设标准化要求不协调统一，显得极其混乱，与工程建设标准化要求不协调，而，而且对同一处岩体进行分级评价时，有时会矛盾，带来失误，且对同一处岩体进行分级评价时，有时会矛盾，带来失误，有必要通过总结分析，把这些方法统一起来。有必要通过总结分析，把这些方法统一起来。v由水利部、铁道部、建设部联合制定，由水利部、铁道部、建设部联合制定，1995年年7月开始月开始施行的施行的工程岩体分级标准工程岩体分级标准GB50218-94GB50218-94，是对于各行各，是对于各行各业各类岩石工程都适用的统一的工程岩体分级方法。业各类岩石工程都适用的统一的工程岩体分级方法。围岩分级围岩分级工程岩体分级标准工

4、程岩体分级标准采用的思路采用的思路v岩体基本质量分级：岩体基本质量分级：v根据各行各业、各类型工程岩体特点，考根据各行各业、各类型工程岩体特点，考虑相关影响因素修正，由此形成一个各行各虑相关影响因素修正，由此形成一个各行各业都能接受的分级标准业都能接受的分级标准 岩石的坚硬程度岩石的坚硬程度岩体的完整程度岩体的完整程度围岩分级围岩分级工程岩体分级标准工程岩体分级标准确定岩体基本质量的方法确定岩体基本质量的方法v定性划分和定量指标定性划分和定量指标2种方法确定：种方法确定：当定性划分和定量指标确定的级别不一致时，应对定性划分和定量指标的综合分析，确定岩体基本质量级别。必要时应重新进行测试。定性划

5、分：定性划分：定量指标定量指标BQBQ：主要考虑了单轴饱和抗：主要考虑了单轴饱和抗压强度压强度R Rb b 和岩体完整指数和岩体完整指数K KV V 围岩分级围岩分级影响地下工程围岩稳定性的因素包括：1.岩体的破碎程度，也即完整性岩体的破碎程度，也即完整性2.岩石的力学性质，主要指岩石单轴饱和抗压强度岩石的力学性质，主要指岩石单轴饱和抗压强度3.结构面性质和空间的组合结构面性质和空间的组合4.围岩的初始应力场围岩的初始应力场5.地下水状况地下水状况6.工程活动中的人为因素，尤以坑道尺寸、形状以工程活动中的人为因素，尤以坑道尺寸、形状以及施工方法的影响较为显著及施工方法的影响较为显著围岩分级围岩

6、分级目前我国铁路隧道分级方法 对岩石坚硬程度和围岩完整程度对岩石坚硬程度和围岩完整程度2个因素采个因素采用定性划分和定量指标用定性划分和定量指标2种方法确定，在此基础种方法确定，在此基础上确定基本分级，再结合隧道工程特点，考虑上确定基本分级，再结合隧道工程特点，考虑地下水和初始地应力的状态进行修正，地下水和初始地应力的状态进行修正，2001年年修订后的铁路围岩级别判定表补充弹性波速度修订后的铁路围岩级别判定表补充弹性波速度影响，将隧道围岩分为影响，将隧道围岩分为6级级。围岩分级围岩分级u岩体工程分类分级不可能是固定不变的，随着岩体工程分类分级不可能是固定不变的，随着经验的积累和分析手段的提高，

7、分级方案和标经验的积累和分析手段的提高，分级方案和标准应逐渐得到改善；准应逐渐得到改善；u当前单就地下工程方面的围岩分级标准也很多，当前单就地下工程方面的围岩分级标准也很多，统一分级方法势在必行；统一分级方法势在必行；u同时还应考虑如何实现与国际分级标准接轨。同时还应考虑如何实现与国际分级标准接轨。围岩分级围岩分级 QN.Barton岩质评定系数；岩质评定系数；Q值的计算式为值的计算式为：RQD岩体质量指标；岩体质量指标；Jn节理组数；节理组数；Jr节理粗糙度；节理粗糙度；Ja节理蚀变系数；节理蚀变系数；Jw节理水折减系数；节理水折减系数；1、Q值计算式及其影响因素：围岩分级围岩分级Q系统 1

8、、Q值计算式及其影响因素：围岩分级GFEDCBAExeptionallyPoorExtremelyPoorVery PoorPoorFairGoodVerygoodExtgoodExegood0.0010.0040.010.040.10.41410401004001000125102050100跨度或高度（m）ESRESR=1时的锚杆长度（m）1.52.4351120725cm15cm12cm9cm5cm4cm1m1.3m1.6m2.0m3m4m1.3m1.2m1.5m1.7m2.1m2.3m2.5m未喷混凝土区的锚杆间距喷混凝土区的锚杆间距 CCAD55/6c/c1.2D40/4c/c1.2

9、D70/10c/c1.0 Sfr+RRS+BD35/3c/c1.7D35/5c/c2.3D45/6c/c1.7D45/3c/c2.3D70/8c/c1.7D55/8c/c2.3 Sfr+BD25/3c/c2.9D40/4c/c2.9D30/3c/c3.2D55/6c/c2.9D40/4c/c3.2D30/3c/c4 Sfr+B Sfr+B B(+S)B sb 不支护E=1000JE=700JE=700J挪威隧道和地下工程2004年度报告中的版本 围岩分级围岩分级Q系统 6个参数从岩体的完整性、结构面发育程度、地下水和地应力的影个参数从岩体的完整性、结构面发育程度、地下水和地应力的影响等方面，比

10、较全面地反映了岩体的工程地质状况和水文地质状况对响等方面，比较全面地反映了岩体的工程地质状况和水文地质状况对洞室围岩稳定性的影响。根据计算得到的洞室围岩稳定性的影响。根据计算得到的Q值，就可判断围岩的稳定值，就可判断围岩的稳定程度，程度，Q值越大，围岩稳定性就越好。然而，通过研究发现，宏观地值越大，围岩稳定性就越好。然而，通过研究发现，宏观地质构造（如断层、褶皱等）、地形对洞室稳定性的影响也不容小视，质构造（如断层、褶皱等）、地形对洞室稳定性的影响也不容小视，有时还起控制作用，这些因素主要通过对原岩地应力的影响而间接地有时还起控制作用，这些因素主要通过对原岩地应力的影响而间接地对洞室稳定性产生

11、影响。也就是说，宏观地质构造、地形的影响对对洞室稳定性产生影响。也就是说，宏观地质构造、地形的影响对Q值都产生了一定的折减，那究竟如何对值都产生了一定的折减，那究竟如何对Q值进行折减呢？值进行折减呢？1、Q值计算式及其影响因素：Q系统 围岩分级围岩分级断层（断层（fault）和褶皱（）和褶皱（fold）是地质构造的两种最基本形式，它们）是地质构造的两种最基本形式，它们的存在不仅可以对原岩应力的量值产生影响，而且还可影响其分布。的存在不仅可以对原岩应力的量值产生影响，而且还可影响其分布。受结构面和围岩材料相对强度的关系的影响，结构面附近应力可能受结构面和围岩材料相对强度的关系的影响，结构面附近应

12、力可能会出现以下三种情况：会出现以下三种情况：2、宏观地质构造对Q值的影响分析Q系统 围岩分级围岩分级2、宏观地质构造对Q值的影响分析最小主应力3最大主应力11情况1情况211情况3情况333=03情况2非连续体充填物E -非连续体充填物的弹性模量DE-围岩的弹性模量情况1：E =0张开的非连续体情况2：E =非连续体内充填物的模量与围岩相同情况3：E =无穷大 非连续体内充填物非常坚硬DD三种情况：三种情况：如果结构面是张开的，最大主应力转向平行于结构面；如果结构面是张开的，最大主应力转向平行于结构面；如果结构面是由一种类似于围岩的材料组成，主应力不受影响；如果结构面是由一种类似于围岩的材料

13、组成，主应力不受影响；如果结构面内的材料是刚性的，最大主应力转向垂直于结构面。如果结构面内的材料是刚性的，最大主应力转向垂直于结构面。Q系统 围岩分级围岩分级如图：褶皱的地层中包括了较软弱的岩层如图：褶皱的地层中包括了较软弱的岩层和较刚性的岩层，其中较刚性的岩层厚度和较刚性的岩层，其中较刚性的岩层厚度较小。垂直于该褶皱轴向，进行两条隧道较小。垂直于该褶皱轴向，进行两条隧道的开挖，在图中分别为的开挖，在图中分别为AA 和和BB。沿着。沿着AA 线，左右两侧的背斜产生拱的作用，线，左右两侧的背斜产生拱的作用，使应力向着向斜核部转移，在背斜下面，使应力向着向斜核部转移，在背斜下面，局部的垂直压力减小

14、，而在向斜中增大，局部的垂直压力减小，而在向斜中增大，超过平均值。沿着超过平均值。沿着BB 线，背斜的拱的作线，背斜的拱的作用仍然存在，但是由于较刚性的岩层的附用仍然存在，但是由于较刚性的岩层的附加的重量，在向斜槽部的垂直压力比在加的重量，在向斜槽部的垂直压力比在AA 的情况下高。显然，褶皱类型与应力的情况下高。显然，褶皱类型与应力值间存在一定的关系，并且同一褶皱的不值间存在一定的关系，并且同一褶皱的不同部位应力值也有差异。在此引入同部位应力值也有差异。在此引入“褶皱褶皱影响系数影响系数”对对Q计算式进行修正，反映褶计算式进行修正，反映褶皱对皱对Q值的影响。值的影响。2、宏观地质构造对Q值的影

15、响分析褶皱AABB01234/HzBABAHQ系统 围岩分级围岩分级 断层是存在于地质体中的破裂构造。无论是活动断层还是非活动断层是存在于地质体中的破裂构造。无论是活动断层还是非活动断层，均对岩体中的应力有明显影响。活动断层的影响主要表现在：断层，均对岩体中的应力有明显影响。活动断层的影响主要表现在：与区域主应力方位相比，断层附近的主应力方位均不同程度地变化，与区域主应力方位相比，断层附近的主应力方位均不同程度地变化，而这种变化主要限于断层附近一定距离内；断层及其附近应力量值的而这种变化主要限于断层附近一定距离内；断层及其附近应力量值的变化较为复杂，既有应力增大地段，也有降低地段，应力的增大和

16、降变化较为复杂，既有应力增大地段，也有降低地段，应力的增大和降低主要取决于断层带的几何形态和断层与区域应力方向之间的关系，低主要取决于断层带的几何形态和断层与区域应力方向之间的关系，而应力变化的幅度与断层的规模有关。非活动断层的影响主要表现在：而应力变化的幅度与断层的规模有关。非活动断层的影响主要表现在：在断层附近，与区域应力场相比，应力方位发生转向，断层组成地应在断层附近，与区域应力场相比，应力方位发生转向，断层组成地应力局部分区的界面，断层的上盘与下盘应力大小和方向都有差别。断力局部分区的界面，断层的上盘与下盘应力大小和方向都有差别。断层对地应力的影响十分复杂，对其进行定量地描述还很困难，需要根层对地应力的影响十分复杂，对其进行定量地描述还很困难，需要根据具体的工程通过数值模拟或现场测试进行单独分析。同样在此引入据具体的工程通过数值模拟或现场测试进行单独分析。同样在此引入“断层影响系数断层影响系数”对对Q计算式进行修正，反映断层对计算式进行修正，反映断层对Q值的影响。值的影响。2、宏观地质构造对Q值的影响分析断层Q系统 围岩分级围岩分级 为全面考察地形坡度对原岩应力的影响情况，取一