隧道围岩的初始应力场与围岩分级.ppt
- 文档编号:18865725
- 上传时间:2024-02-02
- 格式:PPT
- 页数:26
- 大小:226.50KB
隧道围岩的初始应力场与围岩分级.ppt
《隧道围岩的初始应力场与围岩分级.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《隧道围岩的初始应力场与围岩分级.ppt(26页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
1王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲第三节围岩的初始应力场第三节围岩的初始应力场一、一、围岩初始应力场的组成围岩初始应力场的组成二、二、围岩初始应力场的影响因素围岩初始应力场的影响因素2王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲在自重应力场中,地表以下任一深度在自重应力场中,地表以下任一深度H处的垂直应力等处的垂直应力等与其上覆岩体的重量。
与其上覆岩体的重量。
Hz以压应力为正,以压应力为正,为岩体的容重。
为岩体的容重。
当上覆岩体为多层时,则为niiizH1一、围岩初始应力场的组成一、围岩初始应力场的组成
(一)自重应力场3王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲1.1.应力是随深度成线性增加;应力是随深度成线性增加;2.2.水平应力总是小于垂直应力,最多也只能与其相等。
水平应力总是小于垂直应力,最多也只能与其相等。
围岩自重应力场的变化规律4王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲地质力学认为:
地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是地质力学认为:
地壳各处发生的一切构造变形与破裂都是地应力作用的结果。
因而地质力学就把构造体系和构造形式在地应力作用的结果。
因而地质力学就把构造体系和构造形式在形成过程中的应力状态称为形成过程中的应力状态称为构造应力场构造应力场。
(二)构造应力场5王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲我国大陆初始应力场我国大陆初始应力场(包括自重应力场和构造应力包括自重应力场和构造应力场场)的的变化规律变化规律大致可以归纳为如下几点:
大致可以归纳为如下几点:
地质构造形态不仅改变了重力应力场,而且除以地质构造形态不仅改变了重力应力场,而且除以各种构造形态获得各种构造形态获得释放释放外,还以各种形式外,还以各种形式积蓄积蓄在岩体内,在岩体内,这种这种残余构造应力残余构造应力将对地下工程产生重大影响。
将对地下工程产生重大影响。
垂直应力的量值随深度增加而增大,而且水平应垂直应力的量值随深度增加而增大,而且水平应力普遍大于垂直应力。
力普遍大于垂直应力。
水平主应力具有明显的各向异性。
6王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲二、围岩初始应力场的影响因素二、围岩初始应力场的影响因素围岩的初始应力状态,一般受到围岩的初始应力状态,一般受到两类因素两类因素的影响的影响:
第一类因素有重力、温度、岩体的物理力学性质及构造、地形等经常性的因素。
第二类因素有地壳运动、地下水活动、人类的长期活动等暂时性的或局部性的因素;7王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲此外,在众多的因素中还要特别研究下面几点:
此外,在众多的因素中还要特别研究下面几点:
1、地形和地貌。
2、岩体的力学性质。
3、地温。
4、人类活动。
8王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲第四节隧道围岩分级及其应用第四节隧道围岩分级及其应用坑道开挖后的稳定性可分为以下几类:
坑道开挖后的稳定性可分为以下几类:
1)充分稳定的坑道在长时间内有足够的自稳能力,无需任何人为支护而能维持稳定,无坍塌、偶尔有掉块。
2)基本稳定的基本稳定的坑道会因爆破、岩块结合松弛等而产生局部掉块,但不会引起坑道的坍塌,坑道是稳定的。
3)暂时稳定的大多数坑道是属于这个类型的。
坑道开挖后呈现出不同程度的坍塌现象,坍塌后的坑道呈拱形而处于暂时稳定状态。
4)不稳定的9王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲第四节隧道围岩分级及其应用第四节隧道围岩分级及其应用围岩级别的工程作用:
判断围岩稳定性。
判断围岩稳定性。
判断施工难易程度,投资依据。
判断施工难易程度,投资依据。
结构分析计算的依据结构分析计算的依据10王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲第四节隧道围岩分级及其应用第四节隧道围岩分级及其应用一、以一、以岩石强度或岩石的物性指标岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法为代表的分级方法二、以二、以岩体构造、岩性特征岩体构造、岩性特征为代表的分级方法为代表的分级方法三、三、与地质勘探手段与地质勘探手段相联系的分级方法相联系的分级方法四、四、以多种因素进行组合以多种因素进行组合的分级方法的分级方法五、五、以工程对象为代表以工程对象为代表的分级法的分级法六、我国六、我国现行铁路隧道现行铁路隧道围岩分级围岩分级11王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲代表性方法前苏联普落托奇雅柯诺夫教授提出的“岩石坚”固系数分级法(“或称f”值分级法,或普氏分级法)。
我国工程部门在将“f”值分级法应用到隧道工程的设计、施工时,已注意到必须考虑岩体的地质构造、风化程度、地下水状况等多种因素的影响,而将由单一岩石强度决定的值适当降低,即:
,即:
f岩石=f岩石式中:
f岩石值是由岩石强度决定的,是考虑地质条件的折减系数,一般情况下,1.0。
一、以岩石强度或岩石的物性指标一、以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法为代表的分级方法12王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲60年代,我国在积累大量铁路隧道修建经验的基础上,“提出了以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分级法”,并于1975“年经修正后被我国铁路工程技术规范(隧道)”所采用。
该分类法将隧道围岩分为6类。
这类方法的优点是正确地考虑了地质构造特征、风化状况、地下水情况等多种因素对隧道围岩稳定性的影响,并建议了各类围岩应采用的支护类型和施工方法。
此外,这种分级法最早考虑了埋深对围岩级别的影响。
其缺点是分类指标还缺乏定量描述,没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法,在一定程度上要等到隧道开挖后才能确定。
二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法二、以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法13王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲三、与地质勘探手段相联系的分级方法三、与地质勘探手段相联系的分级方法围岩弹性波速度围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标,它既可以反映岩石软硬,又可以表达岩体结构的破碎程度。
因此,在弹性波速度基础上,综合考虑与隧道开挖及土压有关因此,在弹性波速度基础上,综合考虑与隧道开挖及土压有关的因素的因素(岩性、风化程度、破碎状态、含水及涌水状态等岩性、风化程度、破碎状态、含水及涌水状态等),将围岩分为将围岩分为7级。
级。
我国1986“”年施行的铁路隧道设计规范中将弹性波(纵波)速度引入隧道围岩分级中,将围岩分为6级。
围岩类别围岩类别弹性波速弹性波速(km/s)4.53.54.52.54.01.53.01.02.01.0(饱和土饱和土1.5)14王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲这种分级法认为,评价一种岩体的好坏,既要考虑这种分级法认为,评价一种岩体的好坏,既要考虑地地质构造、岩性、岩石强度,还要考虑施工因素质构造、岩性、岩石强度,还要考虑施工因素,如掘进方,如掘进方向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等,因此就需要建向与岩层之间的关系、开挖断面的大小等,因此就需要建立在多种因素的分析基础之上。
立在多种因素的分析基础之上。
在这类分级法中,比较完善的是在这类分级法中,比较完善的是1974年挪威地年挪威地质学家巴顿质学家巴顿(N.Barton)等人所提出的“等人所提出的“岩体质量岩体质量Q”分分级法。
级法。
Q与六个表明岩体质量的地质参数有关,表达如下与六个表明岩体质量的地质参数有关,表达如下:
SRFJJJJRQDQwarh四、以多种因素进行组合的分级方法四、以多种因素进行组合的分级方法15王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲根据不同的根据不同的Q值,将岩体质量评为九等。
值,将岩体质量评为九等。
岩岩体体质质量量特别特别好好极好极好良好良好好好中等中等不良不良坏坏极坏极坏特别特别坏坏Q4001000100400401001040410140.110.010.10.0010.01岩体质量评估岩体质量评估16王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲这类分级法如专门适用于喷锚支护的原国家建委颁布的围岩分级法(1979年)、苏联在巴库修建地下铁道时所采用的围岩分级法(1966年)等,优点是目的明确,而且和支护尺寸直接挂钩,因此,使用方便,对指导施工很起作用。
五、以工程对象为代表的分级法五、以工程对象为代表的分级法17王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲在1975年铁道部颁布了以围岩结构特征和完整状态为分类基础的新的铁路隧道围岩稳定性分级法,它总结了我国建国以来在修建铁路隧道中使用f值分级法所积累的经验,并参考了国内外有关围岩分级成果。
六、我国现行铁路隧道围岩分级六、我国现行铁路隧道围岩分级18王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲1、围岩分级的基本因素、围岩分级的基本因素围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素确定。
岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指标两种方法确定。
围岩分级的基本因素及围岩基本分级19王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲全风化的各类岩石和成岩作用差的岩石15极软岩强风化的极硬岩;弱风化至强风化的硬岩;弱风化的较软岩和未风化或微风化的泥质岩类;泥岩、煤、泥质胶结的砂岩或砾岩等515软岩强风化的极硬岩;弱风化的硬岩;未风化或微风化的云母片石、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶结的粉砂岩和砾岩、泥灰岩、泥岩、凝灰岩等1530较软岩软质岩弱风化的极硬岩;未风化或微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、灰岩、钙质胶结的砂岩、结晶颗粒较粗的岩浆岩等3060硬岩未风化或微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英岩、硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等60极硬岩硬质岩代表性岩石单轴饱和抗压极限强度Rb(MPa)岩石类别岩石坚硬程度的划分岩石坚硬程度的划分20王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲完整程度完整程度结构面特征结构面特征结构类型结构类型岩体完整性指数岩体完整性指数完整完整结构面结构面12组,以构造型节理或层组,以构造型节理或层面为主,密闭型面为主,密闭型巨块状整体结构巨块状整体结构Kv0.75较完整较完整结构面结构面23组,以构造型节理、层组,以构造型节理、层面为主,裂隙多呈密闭型,部分为微面为主,裂隙多呈密闭型,部分为微张型,少有充填物张型,少有充填物块状结构块状结构0.75Kv0.55较破碎较破碎结构面一般为结构面一般为3组,以节理及风化裂组,以节理及风化裂隙为主,在断层附近受构造影响较大隙为主,在断层附近受构造影响较大,裂隙以微张型和张开型为主,多有,裂隙以微张型和张开型为主,多有充填物充填物层状结构、层状结构、块石碎石结构块石碎石结构0.55Kv0.35破碎破碎结构面大于结构面大于3组,多以风化型裂隙为组,多以风化型裂隙为主,在断层附近受构造作用影响大,主,在断层附近受构造作用影响大,裂隙以张开型为主,多有充填物裂隙以张开型为主,多有充填物碎石角砾状结构碎石角砾状结构0.35Kv0.15极破碎极破碎结构面杂乱无序,在断层附近受断层结构面杂乱无序,在断层附近受断层作用影响大,宽张裂隙全为泥质或泥作用影响大,宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填,充填物厚度大夹岩屑充填,充填物厚度大散体状结构散体状结构Kv0.15岩石完整程度的划分岩石完整程度的划分21王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲2、围岩基本分级1.0(和的土饱状态1.5)塑粘性土、和的粉土、砂软状饱类土等受造影很重呈碎石、角及构响严砾粉末、泥土的状断层带1.02.0一般第四系硬、硬塑粘性土,稍坚密及以上、稍、潮的碎湿湿(卵)石土、土、角土、粉土及圆砾砾黄土(Q3、Q4)岩,岩体破碎至破碎;软极全部岩及全部破碎岩极软极(包括受造影重的破碎构响严带)1.53.0具密或成岩作用的粘性土、粉土压及砂土,一般、的类钙质铁质胶结碎(卵)石土、大石土,土块黄(Q1、Q2)硬岩,岩体破碎;极硬岩,岩体破碎或破碎;较岩或硬岩互,且以岩较软软层软为主,岩体完整或破碎;较较岩,岩体完整或完整软较2.54.0-硬岩,岩体破碎;极较硬岩或硬岩互,岩体完整;软层较岩,岩体完整较软3.54.5-硬岩,岩体完整;极较硬岩,岩体完整4.5-硬岩,岩体完整极岩性波速度围弹纵(km/s)土体特征岩体特征岩围级别22王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的,在同在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的,在同级围岩中,遇水后则适当降低围岩级别。
级围岩中,遇水后则适当降低围岩级别。
降低的幅度主要看:
降低的幅度主要看:
围岩的岩性及结构面的状态;围岩的岩性及结构面的状态;地下水的性质、大小、流通条件及对围岩浸润状况地下水的性质、大小、流通条件及对围岩浸润状况和危害程度而定。
和危害程度而定。
围岩分级的影响因素及分级的修正1、地下水23王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲本围岩分级中关于地下水影响的修正。
本围岩分级中关于地下水影响的修正。
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地下水状态的分级地下水状态的分级围岩级别围岩级别地下水状态级别地下水状态级别-地下水影响的修正地下水影响的修正24王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲围岩的初始应力状态对岩体的构造围岩的初始应力状态对岩体的构造-力学特征是有力学特征是有一定影响的。
因此,围岩分级中考虑了一定影响的。
因此,围岩分级中考虑了初始应力状态初始应力状态的影响的影响,将初始应力场采取修正系数的方法,对围岩级别予以降级,将初始应力场采取修正系数的方法,对围岩级别予以降级。
2、初始应力场25王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲初始地应初始地应力状态力状态主要现象主要现象评估基准评估基准(Rb/max)极高应力极高应力硬质岩:
开挖过程中时有岩爆发生,有岩块弹出,洞硬质岩:
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,成洞性差壁岩体发生剥离,新生裂缝多,成洞性差4软质岩:
岩心常有饼化现象,开挖过程中洞壁岩体有软质岩:
岩心常有饼化现象,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,持续时间长剥离,位移极为显著,甚至发生大位移,持续时间长,不易成洞,不易成洞高应力高应力硬质岩:
开挖过程中可能出现岩爆,洞壁岩体有剥离硬质岩:
开挖过程中可能出现岩爆,洞壁岩体有剥离和掉块现象,新生裂缝较多,成洞性较差和掉块现象,新生裂缝较多,成洞性较差47软质岩:
岩心时有饼化现象,开挖过程中洞壁岩体位软质岩:
岩心时有饼化现象,开挖过程中洞壁岩体位移显著,持续时间长,成洞性差移显著,持续时间长,成洞性差围岩围岩级别级别初始地应力状初始地应力状态态极高应力极高应力或或高应力高应力或或初始地应力状态评估初始地应力状态评估初始地应力影响的修正初始地应力影响的修正26王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲王丽琴主讲作业:
作业:
P1267、8、9、10、12
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 隧道 围岩 初始 应力 分级