第2章地下工程地质环境及围岩分级.pptx

第2章 地下工程地质环境及围岩分级（类）;2.1 概述; 地质环境 包括地层特征、地下水状况、地层原始应力状态等。 围岩 开挖后应力发生重分布的地层。 地下工程围岩的稳定性 地层被挖成隧道等地下空间后的稳定程度 。 稳定性问题包括围岩破坏或变形性演变规律、围岩稳定的影响因素、表征围岩稳定的指标和判定准则、分析围岩稳定性的方法等。 ; 围岩的原始地应力 围岩的变形与破坏的根本作用力。;2.2 围岩结构分类及其破坏特征;6;7;8;9;10;11;12;13;14;15;16;17;18;;21;22;2.2.2 围岩的失稳与破坏;地下工程围岩失稳破坏形态;一、各类结构围岩的变形破坏特点;岩爆是高地应力地区，由于洞壁围岩中应力高度集中，使围岩产生突发性变形破坏的现象。 脆性开裂出现在拉应力集中部位。 块体滑移是块状岩体常见的破坏形成。它是以结构面切割而成的不稳定块体滑出的形式出现。其破坏规模与形态受结构面的分布、组合形式及其与开挖面的相对关系控制。;2、层状岩体围岩;在水平层状围岩中，洞顶岩层可视为两端固定的板梁，在顶板压力下，将产生下沉弯曲、开裂。 在倾斜层状围岩中，常表现为现为沿倾斜方向一侧岩层弯曲塌落。另一侧边墙岩块滑移等破坏形式，形成不对称的塌落拱。将出现偏压现象。 在直立层状围岩中，当天然应力比值系数λ＜1/3时，洞顶发生沿层面纵向拉裂，被拉断塌落。侧墙则因压力平行于层面，常发生纵向弯折内鼓，进而危及洞顶安全。;3、碎裂状岩体围岩;4、散体状岩体围岩;2.3 围岩的初始应力场; 围岩二次应力场 洞室开挖后，部分地层的原始应力场发生变化，应力重新分布，形成的新的应力场称为围岩应力场。应力重新分布的地层称之为围岩。;2.3.1 围岩初始应力场的组成;1、围岩初始应力场的组成 由自重应力场和构造应力场组成。; 活动的构造应力：是近期和现代地壳运动正在积累的应力，也是地应力中最活跃最重要的一种，常导致岩体的变形与破坏。地震的产生正是新构造应力的反映。 残余的构造应力：是由古构造运动残留下来的应力，包括残存在岩体中的应力以及原生内应力。;38; 上述公式是理想情况下的自重应力计算公式。 地面为水平面，地层为各向同性的半无限体。;2、构造应力场;一是重力、地质构造、地形、岩体的物理力学性质以及地温等经常性因素； 二是新构造运动、地下水活动、人类活动等暂时性或局部性的因素。 ;影响初始应力场的因素：;43;1) 应力全解除法;（1）孔底法; 图 2-6 孔底法操作示意图;（2）孔壁和孔径法;（2）孔壁和孔径法; 需要指出：两种方法都可以在地面垂直向下钻孔，也可在洞室内水平钻孔或向上钻孔进行量测。但孔底法只能测到一个平面上的两个主应力，第三哥主应力需要假设，若要量测三维应力状态，一般需要不同方向的3个钻孔。 另外：应力全解除法量测岩体应力的精度与岩体应力-应变关系有关；因此，在条件许可的情况下，尽可能在量测岩体应力的现场同时进行岩体应力-应变关系的测定。;2） 应力恢复法; 扁千斤顶法示意图; 扁千斤顶所测得的岩体应力严格来说并非围岩的初始应力，而是由于开挖产生集中后的洞室周边应力。所以需对所测得的结果进行修正。;2.4 围岩稳定性的影响因素及围岩分级因素与指标的选择; 经 验 方 法：根据以往的工程经验对上述的两个问题作出决策，其依据是地下工程围岩稳定性分级（类）。;2.4.1 影响围岩稳定性的主要因素;1.地质因素;1） 岩体结构特征; 岩体的破碎程度或完整状态是指构成岩体的岩块大小及这些岩块的组合排列形态。;2） 结构面性质和空间的组合; 例如，有两组平行但倾向相反的结构面和一组与之垂直或斜交得陡倾结构面，就可能构成屋脊形分离岩块（如图2-13）。; 在围岩分级（类）中，可以从下述的5个方面来研究结构面对地下工程围岩稳定性影响的大小：;3）岩石的力学性质;4）围岩的初始应力场;5）地下水状况;在目前的分级（类）中，对地下水的处理方法有3种：;2. 工程活动所造成的人为因素; 因此，在当前的围岩分级（类）法中，有的就明确指出分级（类）法的适用跨度范围；有的则采用相对裂隙间距，即裂隙间距与洞室跨度的比值作为分级（类）的指标。; 地下洞室的形状主要影响开挖后围岩的应力状态。 圆形或椭圆形洞室围岩应力状态以压应力为主，这对维持围岩的稳定性是有好处的