围岩分类与围岩压力围岩分类围岩压力与围岩压力.doc

第四章 围岩分类及围岩压力 第一节 隧道围岩的概念与工程性质 一、隧道围岩的概念 围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体(这里所指的岩体是土体与岩体的总称)。应该指出，这里所定义的围岩并不具有尺寸大小的限制。它所包括的范围是相对的，视研究对象而定，从力学分析的角度来看，围岩的边界应划在因开挖隧道而引起的应力变化可以忽略不计的地方，或者说在围岩的边界上因开挖隧道而产生的位移应该为零，这个范围在横断面上约为6～10倍的洞径。当然，若从区域地质构造的观点来研究围岩，其范围要比上述数字大得多。 二、围岩的工程性质 围岩的工程性质，—般包括三个方面：物理性质、水理性质和力学性质。而对围岩稳定性最有影响的则是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。围岩既可以是岩体、也可以是土体。本书仅涉及岩体的力学性质，有关土体的力学性质将在《土力学》中研究 。 岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造形变和次生蜕变而形成的地质体。它被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等，形状各异的各种块体。工程地质学中将这些地质界面称之为结构面或不连续面，将这些块体称之为结构体，并将岩体看作是由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。所以，岩体的力学性质性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特征以及结构面的特性。环境因素尤其是地下水和地温对岩体的力学性质影响也很大。在众多的因素中，哪个起主导作用需视具体条件而定。 在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割得很破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起什么作用，所以，岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。当然，在完整而连续的岩体中也是如此。反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，使块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要受结构面的性质及其在空间的位置所控制。 由此可见，岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果，只不过有些岩体是岩石的力学性质起控制作用：而有些岩体则是结构面的力学性质占主导地位。 岩体与岩石相比，两者有着很大的区别，和工程问题的尺度相比，岩石几乎可以被认为是均质、连续和各向同性的介质。而岩体则具有明显的非均质性，不连续性和各向异性。关于岩体的力学性质，包括变形破坏特性和强度，一般都需要在现场进行原位试验才能获得较为真实的结果。但现场原位试验需要花费大量资金和时间，而且随着测点位置和加载方式不同，试验结果的离散性也很大。因此。常常用取样在试验室内进行试验来代替。但室内试验较难模拟岩体真正的力学作用条件。更重要的是对于较破碎和软弱不均质的岩体，不易取得供试验用的试样。究竟采用何种试验方法，应视岩体的结构特征而定。一般来说，破裂岩体以现场试验为主，较完整的岩体以做室内试验为宜。 (一)岩体的变形特性 岩体的抗拉变形能力很低。或者根本就没有，因此，岩体受拉后立即沿结构面发生断裂。—般没有必要专门来研究岩体的受拉变形特性。 1．受压变形 岩体的受压变形特性，可以用它在受压时的应力—应变曲线，亦称本构关系来说明。我们知道，岩石的应力—应变曲线线性关系比较明显，说明它是以弹性变形为主。软弱结构面的应力—应变曲线呈现出非线性特征，说明了它是以塑性变形为主。而岩体的应力—应变曲线则要复杂得多了，图4—1中分别绘出了典型的岩石、软弱结构面和岩体的单轴受压时的全应力—应变曲线。 从图中可以看出：典型的岩体全应力—应变曲线可以分解为四个阶段： (1) 压密阶段(OA)：主要是由于岩体中结构面的闭合和充填物的压缩而产生的，形成了非线性凹状曲线，变形模量小，总的压缩量取决了结构面的性态。 (2) 弹性阶段(AB)：岩体充分压密后便进入弹性阶段。所出现的弹性变形是岩体的结构面和结构体共同产生的，应力—应变关系呈直线型。 (3) 塑性阶段(BC)：岩体继续受力、变形发展到弹性极限后便进入塑性阶段，此时岩体的变形特性受结构面和结构体的变形特性共同制约。整体性好的岩体延性小、塑性变形不明显。达到强度极限后迅速破坏。破裂岩体塑性变形大，甚至有的从压密阶段直接发展到塑性阶段，而不经过弹性阶段。 (4) 破裂和破坏阶段(CD)：应力达到蜂值后，岩体即开始破裂和破坏。破坏开始时，应力下降比较缓慢，说明破裂面上仍具有一定摩擦力，岩体还能承受一定的荷载。而后，应力急剧下降，岩体全面崩溃。 从岩体的全应力—应变曲线的分析中可以看出，岩体既不是简单的弹性体，也不是简单的塑性体、而是较为复杂的弹塑性体。整体性好的岩体接近弹性体，破裂岩体和松散岩体则偏向于塑性体。 2. 剪切变形 岩体受剪时的剪切变形特性主要受结构面控制。根据结构体和结构面的具