隧道工程地质环境围岩分级与围岩压力ppt.ppt

隧道工程的地质环境---4隧道围岩分级 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。 问题及研究方向 围岩分级实例－烟台西山隧道 5 围岩的初始应力场及围岩压力 围岩初始应力场 围岩压力 组成 自重应力场 构造应力场 影响因素 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 围岩压力 围岩压力分类 围岩压力影响因素 围岩松动压力 明洞压力 围岩压力量测 公路隧道围岩压力 围岩初始应力场 1.围岩初始应力场 隧道开挖前未扰动的围岩应力状态 2.分类： 自重应力场和构造应力场 埋深较浅的隧道以自重应力场为主（埋深在500m以内） 自重应力 构造应力 地下水压力 温度应力 扩展 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 (1)自重应力：岩层自重引起的应力 (2)构造应力： 构造残余应力－过去地质构造运动形成的地应力； 新构造应力－现在地质构造运动形成的地应力。 初始地应力=自重应力+构造应力 围岩初始应力场 3.自重应力场 假定：岩体是均质连续体 又称：原岩应力状态或一次应力状态 研究：地表以下任一深度h处单元体的应力状态 地表以下任一深度h处单元体的垂直应力等与其上覆岩体的重量 h σ1 σ3 σ2 z 垂直应力 水平应力 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 上覆岩体为多层时 围岩初始应力场 3.自重应力场 应力是随深度成线性增加 **围岩自重应力场的变化规律 水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 γ1、h1 σ1 σ3 σ2 z γ2、h2 γ3、h3 γ4、h4 围岩初始应力场 自重应力场计算示例 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 计算某地层深度为35m处的自重应力。其上至地表地层共三层： γ1=18.0kN/m3 γ2=18.5kN/m3 γ3=19.2kN/m3 30 5 10 20 围岩初始应力场 4.围岩构造应力场 构造应力场：构造体系和构造形式在形成过程中的应力状态 特点： ① 地质构造形态不仅改变了重力应力场，除以各种构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，这种残余构造应力将对地下工程产生重大影响。 ② 垂直应力随深度增加而增大，而且水平应力普遍大于垂直应力。 ③ 水平主应力具有明显的各向异性。 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 5.围岩应力场影响因素 地形和地貌。 岩体的力学性质。 地温。 人类活动。 第一类：重力、温度、岩体的物理力学性质及构造、地形等经常性的 第二类：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 要特别研究下面几点： 围岩压力 围岩压力是隧道荷载的主要来源！ 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 铁路隧道荷载分类 围岩压力 1. 概念 洞室开挖后，围岩将形成压力 有支护：将形成对支护的压力； 无支护：压力将由围岩本身承受，体现为围岩中的应力急剧升高 地层对洞室的作用力 广义：包括有、无支护时的压力 狭义：仅指对支护的压力 围岩 压力 围岩初 始应力 开挖 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 松动压力～围岩变形过大，发生松动而形成的压力 形变压力～围岩变形在有限范围内而形成的压力 膨胀压力～膨胀性岩层 冲击压力～明洞,落石；暗洞,坍方,岩爆(高地应力) 2.围岩压力分类 最重要的两种压力形态! 由于围岩变形受到与之密贴的支护（如锚喷等）抑制，而使围岩与支护结构共同变形的过程中，围岩对支护结构施加的接触压力. 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 围岩压力 3.影响围岩压力的因素 施工方法 支护设置时间 支护本身刚度 隧道断面形状等 岩体初始应力状态 岩石力学性质 岩体结构面 地下水等 地质因素 工程因素 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 围岩压力 4.围岩松动压力 (1)围岩松动压力的形成 围岩的变形不能得到有效的控制，当变形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方自然形成拱形。 自然拱的概念： (a)变形阶段 (b)松动阶段 (c)塌落阶段 (d)成拱阶段 自然成拱 隧道工程的地质环境---5初始应力场与围岩压力 围岩压力 4.围岩松动压力 (1)围岩松动压力的形成 ●隧道埋深 影响自然拱的因素： 实践证明，只有当隧道埋深超过某一临界值时，才可能形成自然拱。称这种隧道为深埋隧道，否则为浅埋隧道。由于浅埋隧道不