隧道工程中的若干工程地質(zhì)問(wèn)題課件

隧道工程中的若干地質(zhì)問(wèn)題伍法權(quán)2015年5月蘭州隧道工程中的若干地質(zhì)問(wèn)題伍法權(quán)隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題圍巖類型與圍巖質(zhì)量圍巖應(yīng)力場(chǎng)與圍巖壓力圍巖的變形破壞模式隧道圍巖支護(hù)隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題一、隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題一、隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題2007年：隧道2555.5km/4673座。2030年：8.5萬(wàn)km“7918網(wǎng)”，隧道大量增加。2012年：通車隧道總數(shù)10000座，總長(zhǎng)度突破10000km。我國(guó)鐵路公路網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展，中西部交通隧道建設(shè)總量迅速增加。2007年：隧道2555.5km/4673座。2012年GPS大地形變速率圖－中國(guó)地震局強(qiáng)烈形變與高度地殼應(yīng)力集中GPS大地形變速率圖強(qiáng)烈形變與高度地殼應(yīng)力集中我國(guó)大于70%地區(qū)屬于沉積巖變質(zhì)巖區(qū)域，交通線路大部分穿越層片狀圍巖。高地應(yīng)力下軟弱圍巖變形成為我國(guó)中西部交通隧道建設(shè)突出的工程難題。我國(guó)大于70%地區(qū)屬于沉積巖變質(zhì)巖區(qū)域，交通線收斂變形達(dá)1000mm新蘭鐵路烏鞘嶺隧道烏鞘嶺隧道全長(zhǎng)20kｍ，最大埋深1100ｍ，兩座單線隧道，線間距40ｍ。F7斷層帶，活動(dòng)性斷裂，寬785m，千枚巖。收斂變形達(dá)1000mm新蘭鐵路烏鞘嶺隧道烏鞘嶺隧道——胡麻嶺隧道進(jìn)口段，濕陷性黃土滲水崩解、液化，開(kāi)挖400m，塌方40次——蘭渝鐵路古跡坪隧道，新第三系礫巖，弱膠結(jié)，滲水、擾動(dòng)崩解弱膠結(jié)及水敏介質(zhì)圍巖變形與失穩(wěn)現(xiàn)象——胡麻嶺隧道進(jìn)口段，濕陷性黃土滲水崩解、液化，開(kāi)挖400m——新寨隧道，千枚巖，不對(duì)稱變形，錨索加固——木寨嶺隧道，炭質(zhì)板巖，水平收斂1.3m，拱頂下沉0.3m。層片狀圍巖變形與失穩(wěn)現(xiàn)象——新寨隧道，千枚巖，不對(duì)稱變形，錨索加固——木寨嶺隧道，炭同寨隧道初期支護(hù)普遍破壞同寨隧道初期支護(hù)普遍破壞隧道工程中的若干工程地質(zhì)問(wèn)題課件初支二襯破壞初支二襯破壞施工段長(zhǎng)度（m）Ⅲ級(jí)

支護(hù)加強(qiáng)Ⅲ級(jí)變Ⅳ級(jí)

Ⅳ級(jí)

支護(hù)加強(qiáng)Ⅳ級(jí)變Ⅴ級(jí)Ⅴ級(jí)變Ⅳ級(jí)Ⅴ級(jí)

支護(hù)加強(qiáng)變更長(zhǎng)度比例（％）木寨嶺隧道（炭質(zhì)板巖）左線76871258553275549480478862.0右線89991925732987833540438348.7黑山隧道（三疊系板巖）157571806Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)圍巖變更為IV級(jí)圍巖，其中圍巖變更長(zhǎng)度為1423m，支護(hù)措施加強(qiáng)383m。11.5東扎溝隧道（砂泥巖）36212644圍巖變更長(zhǎng)度為1962m，支護(hù)措施加強(qiáng)682m。73馬家山隧道391040304925558600373295.4同寨隧道361885174315330020235365.0青崗隧道30504916280000167755.0新城子隧道2823094301802036117942.4毛羽山隧道28630219350447108270894.6天池坪隧道5091103162713223210387676.1圍巖級(jí)別與支護(hù)措施出現(xiàn)大量變更。施工段長(zhǎng)度Ⅲ級(jí)Ⅲ級(jí)Ⅳ級(jí)Ⅳ級(jí)Ⅴ級(jí)Ⅴ級(jí)變更長(zhǎng)度比例木寨嶺隧道左線隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題隧道工程基本矛盾圍巖應(yīng)力場(chǎng)圍巖地質(zhì)特性自重應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力圍巖堅(jiān)硬程度構(gòu)造應(yīng)力圍巖變形變形控制隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題隧道工程基本矛盾圍巖應(yīng)力場(chǎng)圍巖地質(zhì)特性隧道工程地質(zhì)研究的基本方法圍巖地質(zhì)特性：巖性、結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)、圍巖質(zhì)量圍巖應(yīng)力場(chǎng)：埋深、構(gòu)造背景、應(yīng)力量值、

圍巖壓力與分布圍巖變形破壞：特征與分布、力學(xué)原因變形破壞控制：支護(hù)形式、支護(hù)時(shí)機(jī)隧道工程地質(zhì)研究的基本方法圍巖地質(zhì)特性：巖性、結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)二、圍巖結(jié)構(gòu)類型與巖體質(zhì)量圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型圍巖質(zhì)量分級(jí)體系與規(guī)范方法特殊圍巖圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法二、圍巖結(jié)構(gòu)類型與巖體質(zhì)量圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型3.1圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征整體狀結(jié)構(gòu)巨塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖、巨厚層狀沉積巖。巨塊狀以層面和原生構(gòu)造節(jié)理為主，多呈閉合型，結(jié)構(gòu)面間距大于1.5m，一般為1～2組，無(wú)危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)面組成的落石掉塊。整體強(qiáng)度較高，巖體穩(wěn)定，在變形特征上可視為均值彈性各向同性體。塊狀結(jié)構(gòu)厚層狀沉積巖、塊狀沉積巖、變質(zhì)巖。塊狀柱狀只具有少量貫穿性較好的節(jié)理裂隙，結(jié)構(gòu)面間距0.7～1.5m，一般為2～3組，有少量分離體。整體強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)面相互牽制，巖體基本穩(wěn)定，在變形特征上接近彈性各向同性體。層狀結(jié)構(gòu)多韻律的薄層及中厚層沉積巖、變質(zhì)巖。層狀板狀層理、片理、節(jié)理裂隙，但以風(fēng)化裂隙為主，常有層間錯(cuò)動(dòng)面。巖體接近均一的各向異性體。其變形及強(qiáng)度特征受層面控制，可視為彈塑性體，穩(wěn)定性較差。破裂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響嚴(yán)重的破碎巖層。碎塊狀層理及層間結(jié)構(gòu)面較發(fā)達(dá)，結(jié)構(gòu)面間距0.25～0.50m，一般在3組以上，有許多分離體。完整性破壞較大，整體強(qiáng)度很低，并受軟弱結(jié)構(gòu)面控制，多呈彈塑性體，穩(wěn)定性很差。散體狀結(jié)構(gòu)斷層破碎帶、強(qiáng)風(fēng)化及全風(fēng)化帶。碎屑狀構(gòu)造及風(fēng)化裂隙密集，結(jié)構(gòu)面錯(cuò)綜復(fù)雜，并多充填粘性土，形成無(wú)序小塊和碎屑。完整性遭到極大破壞，穩(wěn)定性極差，巖體屬性屬于接近松散體介質(zhì)。3.1圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)巖體主要結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖基于層狀圍巖變形機(jī)理細(xì)化層狀巖體結(jié)構(gòu)分類圍巖結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)特征地質(zhì)成因特征工程穩(wěn)定性塊狀結(jié)構(gòu)整體塊狀巖體完整，巨塊狀，結(jié)構(gòu)面主要為層面和原生結(jié)構(gòu)面。含1-2組結(jié)構(gòu)面，間距大于。無(wú)貫穿場(chǎng)地1~3級(jí)斷裂或軟弱結(jié)構(gòu)面，較少軟弱片狀礦物和黏土物質(zhì)。以結(jié)晶巖類為主的巖石，具有結(jié)晶連接。主要有巨塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖和巨厚層狀沉積巖（層厚大于）。巖體穩(wěn)定性好，圍巖呈現(xiàn)彈脆性變形特征（如巖爆等）。塊狀巖體較完整，塊狀或柱狀，輕度發(fā)育3-4組貫通節(jié)理和裂隙，結(jié)構(gòu)面間距為50～100cm，局部塊體松動(dòng)。較少片狀礦物和黏土物質(zhì)。以結(jié)晶巖類為主的巖石，具有結(jié)晶連接。主要有塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖和厚層狀沉積巖（層厚為50～100cm）。洞室?guī)r體穩(wěn)定性較好，洞室變形為彈性-彈塑性，局部有塊體滑落。層狀結(jié)構(gòu)中厚層狀優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面主要為層理，其他有片理、節(jié)理，結(jié)構(gòu)面中等發(fā)育，層厚30～50cm。泥質(zhì)膠結(jié)物中含黏土物質(zhì)，中厚層沉積巖、副變質(zhì)巖。洞室?guī)r體穩(wěn)定性一般，變形主要受層面控制，橫觀各向同性的彈塑性體，可能沿結(jié)構(gòu)面滑塌、彎折。互層狀結(jié)構(gòu)面主要為層理、片理、節(jié)理，層狀或板狀，互層巖石厚度不均、巖性相間，層厚10～30cm。中厚層沉積巖、副變質(zhì)巖，泥質(zhì)膠結(jié)物中含少量黏土物質(zhì)。洞室?guī)r體穩(wěn)定性較差，變形主要受層面和優(yōu)勢(shì)節(jié)理面控制，易沿軟弱夾層或結(jié)構(gòu)面滑塌。薄層狀薄層狀，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，局部有揉皺現(xiàn)象。層厚小于10cm。薄層沉積巖、副變質(zhì)巖，泥質(zhì)膠結(jié)物中富含黏土物質(zhì)。洞室?guī)r體穩(wěn)定性極差，各向異性的塑性體，易大變形。碎裂結(jié)構(gòu)斷層、節(jié)理、片理和層理等較發(fā)育，有大量松散碎塊狀塊體，結(jié)構(gòu)面連結(jié)力差，結(jié)構(gòu)面間距5～20cm。原生塊狀或?qū)訝顜r體受到強(qiáng)烈的構(gòu)造作用及強(qiáng)烈的次生演化作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈的變形和碎裂化，巖石松弛，裂隙張開(kāi)，張開(kāi)裂隙有泥質(zhì)或黏土質(zhì)充填。穩(wěn)定性差，巖體強(qiáng)度低，易發(fā)生大規(guī)模的巖體坍塌，易發(fā)育裂隙水，一般構(gòu)成工程場(chǎng)地最差的部位。散體結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于斷層破碎帶、強(qiáng)風(fēng)化及全風(fēng)化帶、未成巖的新近堆積物區(qū)等。構(gòu)造和風(fēng)化節(jié)理、裂隙密集交錯(cuò)分布，礦物顆粒膠結(jié)差或結(jié)構(gòu)面連結(jié)力很弱，呈碎屑狀或散粒狀。

1、巖塊或巖屑與泥質(zhì)混雜物；2、未成巖的巖土體：包括第三系未成巖或第四系各種成因堆積物，如黃土、粘土、砂土、粉土、碎石土等等。3、巖溶等特殊巖土體。穩(wěn)定性極差，巖體結(jié)構(gòu)松散，有些土砂類巖土體呈現(xiàn)出連續(xù)介質(zhì)塑性變形特征，遇水易軟化、大變形?；趯訝顕鷰r變形機(jī)理細(xì)化層狀巖體結(jié)構(gòu)分類圍巖結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)3.2圍巖質(zhì)量分級(jí)體系與規(guī)范方法堅(jiān)硬程度+完整性表

圍巖基本分級(jí)圍巖級(jí)別巖體特征土體特征彈性縱波速度（km/s）I極硬巖，巖體完整—＞4.5II極硬巖，巖體較完整；硬巖，巖體完整。—3.5～4.5III極硬巖，巖體較破碎；硬巖或軟硬巖層互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整?！?.5～4.0IV極硬巖，巖體破碎；硬巖，巖體較破碎或破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整或較破碎；軟巖，巖體完整或較完整。具壓密或成巖作用的粘性土、粉土及砂類土，一般鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的粗角礫土，粗圓礫土、碎石土、卵石土、大塊石土，黃土（Q1、Q2）。1.5～3.0V軟巖、巖體破碎至極破碎；全部極軟巖及全部極破碎巖（包括受構(gòu)造影響嚴(yán)重的破碎帶）。一般第四系堅(jiān)硬、硬塑粘性土、稍密及以上、稍濕、潮濕的碎（卵）石土、粗圓礫土、細(xì)圓礫土、粗角礫土，細(xì)角礫土，粉土及黃土（Q3、Q4）。1.0～2.0VI受構(gòu)造影響很嚴(yán)重呈碎石、角礫及粉末、泥土狀的斷層帶。軟塑狀粘性土、飽和的粉土、砂類土等。＜1.0（飽和土＜1.5）3.2圍巖質(zhì)量分級(jí)體系與規(guī)范方法堅(jiān)硬程度+完整性表現(xiàn)有巖體分級(jí)方法：國(guó)標(biāo)：現(xiàn)有巖體分級(jí)方法：國(guó)標(biāo)：RMR方法：節(jié)理走向或傾向非常有利有利一般不利非常不利評(píng)分值隧道0-2-5-10-12地基0-2-7-15-25邊坡0-5-25-50-60RMR方法：節(jié)理走向或傾向非常有利有利一般不利非常不利評(píng)分值Q方法：RMR評(píng)分值100-8180-6160-4140-21<20質(zhì)量分級(jí)IIIIIIIVV質(zhì)量描述非常好好一般差極差巖體粘聚力(kPa)>400300-400200-300100-200<100巖體內(nèi)摩擦角(°)>4535-4525-3515-25<15經(jīng)驗(yàn)參數(shù)換算：Q方法：RMR評(píng)分值100-8180-6160-4140-2巖體質(zhì)量級(jí)別粘聚力（kPa）內(nèi)摩擦角(°)彈性模量（MPa）泊松比RMR法國(guó)標(biāo)法RMR法國(guó)標(biāo)法RMR法國(guó)標(biāo)法RMR法國(guó)標(biāo)法I>400>2100>45>60.080000>33000

<0.2II35018004055.04000026500

0.225III25011003044.51000013000

0.275IV1504502033.031623650

0.325V<100<200<15<27.01000<1300

>0.35RMR法和國(guó)標(biāo)法巖體力學(xué)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)比較（國(guó)標(biāo)法未修正）巖體質(zhì)量級(jí)別粘聚力（kPa）內(nèi)摩擦角(°)彈性模量（MPa）3.3特殊圍巖3.3特殊圍巖胡麻嶺隧道進(jìn)口段黃土黃土浸水變?yōu)榱魉軤領(lǐng)V～V級(jí)變VI級(jí)黃土類水敏性圍巖弱膠結(jié)與水敏介質(zhì)圍巖變形機(jī)制胡麻嶺隧道進(jìn)口段黃土黃土浸水變?yōu)榱魉軤铧S土類水敏性圍巖弱膠結(jié)古跡坪隧道進(jìn)口段半成巖砂巖半成巖砂巖浸水成為流塑狀I(lǐng)V級(jí)變V～VI級(jí)新近沉積弱膠結(jié)巖類古跡坪隧道進(jìn)口段半成巖砂巖半成巖砂巖浸水成為流塑狀新近沉積弱蘭渝鐵路桃樹(shù)枰隧道，全長(zhǎng)3220m，為第三系含水未成巖砂巖，自穩(wěn)能力差，無(wú)膠結(jié)，稍有擾動(dòng)即成松散粉狀結(jié)構(gòu)，呈流塑狀，原定為III～I(xiàn)V級(jí)圍巖。平均每個(gè)工作面月進(jìn)度不足15m，設(shè)置5座斜井，嚴(yán)重影響蘭州鐵路樞紐的運(yùn)輸過(guò)渡，投資也大大增加。大部分變更為Ⅵ級(jí)圍巖。蘭渝鐵路桃樹(shù)枰隧道，全長(zhǎng)3220m，為第三系含水未成蘭新線金瑤嶺隧道D石英砂巖（III變V級(jí)）三都隧道進(jìn)口寒武系白云巖（III級(jí)變IV～V級(jí)）黑山隧道混合巖II、III級(jí)變?yōu)镮V、V級(jí)構(gòu)造破碎弱膠結(jié)巖類蘭新線金瑤嶺隧道D石英砂巖（III變V級(jí)）三都隧道進(jìn)口寒武系——新寨隧道，千枚巖，不對(duì)稱變形，錨索加固——木寨嶺隧道，炭質(zhì)板巖，水平收斂1.3m，拱頂下沉0.3m。層片狀圍巖變形與失穩(wěn)現(xiàn)象——新寨隧道，千枚巖，不對(duì)稱變形，錨索加固——木寨嶺隧道，炭關(guān)于圍巖分類與分級(jí)方法相互脫離的問(wèn)題圍巖分類側(cè)重反映結(jié)構(gòu)類型及其力學(xué)效應(yīng)質(zhì)量分級(jí)側(cè)重力學(xué)性質(zhì)的各向同性弱化，并與工程設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)質(zhì)量分級(jí)直接用于工程，不能客觀反映巖體結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，例如層狀介質(zhì)特性關(guān)于圍巖分類與分級(jí)方法相互脫離的問(wèn)題圍巖分類側(cè)重反映結(jié)構(gòu)類型3.4圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法現(xiàn)有思路：圍巖分級(jí)→（力學(xué)參數(shù)→）標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)設(shè)計(jì)

圍巖堅(jiān)硬程度+完整性+應(yīng)力與地下水修正

粗略，各項(xiàng)同性參數(shù)弱化，對(duì)稱設(shè)計(jì)更好思路：力學(xué)參數(shù)→（圍巖分級(jí)→）計(jì)算支護(hù)設(shè)計(jì)

立足實(shí)際，計(jì)算可靠性增強(qiáng)，措施針對(duì)性增強(qiáng)3.4圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法現(xiàn)有思路：圍巖分級(jí)→（力學(xué)圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法基本思路：巖石力學(xué)參數(shù)+巖體結(jié)構(gòu)+地下水+地應(yīng)力→巖體工程參數(shù)→（巖體質(zhì)量分級(jí)→）支護(hù)設(shè)計(jì)圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法基本思路：巖石力學(xué)參數(shù)+巖體結(jié)構(gòu)+三、圍巖應(yīng)力場(chǎng)與圍巖壓力圍巖彈性應(yīng)力場(chǎng)及其影響因素圍巖壓力與高地應(yīng)力軟巖的增強(qiáng)效應(yīng)三、圍巖應(yīng)力場(chǎng)與圍巖壓力圍巖彈性應(yīng)力場(chǎng)及其影響因素2.1圍巖彈性應(yīng)力場(chǎng)及其影響因素一般特征：洞壁應(yīng)力與徑向應(yīng)力分布R06R03R0rr00202.1圍巖彈性應(yīng)力場(chǎng)及其影響因素一般特征：洞壁應(yīng)力與徑向應(yīng)影響因素分析：遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力狀態(tài)影響：埋深與構(gòu)造應(yīng)力埋深100m埋深1000m影響因素分析：埋深100m埋深1000m地應(yīng)力量值的平移換算1地實(shí)測(cè)水平應(yīng)力值，扣除自重側(cè)壓力：2地：自重應(yīng)力估值，水平應(yīng)力平移疊加地應(yīng)力量值的平移換算1地實(shí)測(cè)水平應(yīng)力值，扣除自重側(cè)壓力：2地遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)判斷遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)判斷巖體變形參數(shù)：泊松比，各向異性泊松比模量最大主應(yīng)力最小主應(yīng)力最大主應(yīng)力最小主應(yīng)力巖體變形參數(shù)：泊松比，各向異性泊松比模量最大主應(yīng)力介質(zhì)各向異性介質(zhì)各向異性隧道斷面形狀：圓、橢圓、曲率變化隧道斷面形狀：圓、橢圓、曲率變化群洞效應(yīng)：

疊加效應(yīng)

與距離群洞效應(yīng)：新城子隧道新城子隧道2.3圍巖壓力與高地應(yīng)力軟巖的增強(qiáng)效應(yīng)圍巖壓力的理論分布—魯賓涅特公式圍巖壓力的規(guī)范計(jì)算方法——松動(dòng)壓力2.3圍巖壓力與高地應(yīng)力軟巖的增強(qiáng)效應(yīng)圍巖壓力的理論分布—圍巖的自穩(wěn)潛力新奧法：隧道圍巖具有一定的自穩(wěn)能力；施加預(yù)應(yīng)力或承接變形應(yīng)力以維持圍巖強(qiáng)度；柔性支護(hù)以容許圍巖自組織調(diào)整；適時(shí)支護(hù)以保證安全前提下的投資效益圍巖的自穩(wěn)潛力新奧法：巖體自穩(wěn)潛力的概念巖體在天然狀態(tài)下保持自身穩(wěn)定性的潛在能力。決定于巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、應(yīng)力場(chǎng)的共同作用。巖體應(yīng)力場(chǎng)對(duì)自穩(wěn)潛力的貢獻(xiàn)按照莫爾－庫(kù)倫準(zhǔn)則：巖體中任一點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度與其側(cè)向應(yīng)力呈正比即增加對(duì)邊坡該點(diǎn)的自穩(wěn)能力作出貢獻(xiàn)。巖體自穩(wěn)潛力的概念巖體應(yīng)力場(chǎng)對(duì)自穩(wěn)潛力的貢獻(xiàn)即增加高地應(yīng)力下軟巖的圍巖壓力增強(qiáng)效應(yīng)R06R03R0rr0020硬巖軟巖高地應(yīng)力下軟巖的圍巖壓力增強(qiáng)效應(yīng)R06R03R0rr

圍巖壓力實(shí)測(cè)值突破常規(guī)量值:圍巖壓力實(shí)測(cè)值突破常規(guī)量值:圍巖變形破壞的常見(jiàn)模式硬脆性圍巖變形破壞模式軟弱圍巖的變形破壞模式TBM掘進(jìn)速率與圍巖變形的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題四、圍巖的變形破壞模式圍巖變形破壞的常見(jiàn)模式四、圍巖的變形破壞模式4.1圍巖變形破壞的常見(jiàn)模式縮徑片幫與巖爆塊體滑動(dòng)與冒落4.1圍巖變形破壞的常見(jiàn)模式縮徑刀片狀剝離刀口狀破裂擠壓誘導(dǎo)拱裂折斷刀片狀剝離4.2硬脆性圍巖變形破壞模式刀片狀剝離刀口狀破裂擠壓誘導(dǎo)拱裂折斷刀片狀剝離4.2硬脆性環(huán)狀破裂環(huán)狀破裂巖爆的張剪性成因-格里菲斯模型；隨著應(yīng)力圓左移，破裂角減小。當(dāng)純張破裂時(shí)為0°。破裂角τ=4σt(σt+σ)τσ2α2ββ張剪破裂:壓剪破裂:純張破裂:破裂角解釋與巖爆成因巖爆的張剪性成因-格里菲斯模型；破裂角τ=4σt(σt釋放能量:釋放動(dòng)能:張性破裂:張剪破裂:壓剪破裂:釋放能量排序:壓剪>張剪>純張不同破裂方式釋放應(yīng)變能密度排序:釋放能量:釋放動(dòng)能:張性破裂:張剪破裂:壓剪破裂:釋放能量排4.3軟弱圍巖的變形破壞模式軟巖大變形4.3軟弱圍巖的變形破壞模式軟巖大變形胡麻嶺隧道進(jìn)口段黃土黃土浸水變?yōu)榱魉軤領(lǐng)V～V級(jí)變VI級(jí)古跡坪隧道進(jìn)口段半成巖砂巖半成巖砂巖浸水成為流塑狀I(lǐng)V級(jí)變V～VI級(jí)黃土類水敏性圍巖新近沉積弱膠結(jié)巖類弱膠結(jié)與水敏介質(zhì)圍巖變形胡麻嶺隧道進(jìn)口段黃土黃土浸水變?yōu)榱魉軤罟袍E坪隧道進(jìn)口段半成巖蘭渝鐵路桃樹(shù)枰隧道，全長(zhǎng)3220m，為第三系弱成巖砂巖，自穩(wěn)能力差，稍有擾動(dòng)即成松散粉狀結(jié)構(gòu)，呈流塑狀。設(shè)置5座斜井，但每個(gè)工作面月進(jìn)度不足15m，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，投資也大大增加。原定為III～I(xiàn)V級(jí)圍巖，大部分變更為Ⅵ級(jí)圍巖。蘭渝鐵路桃樹(shù)枰隧道，全長(zhǎng)3220m，為第三系弱成巖砂蘭新線金瑤嶺隧道D石英砂巖（III變V級(jí)）三都隧道進(jìn)口寒武系白云巖（III級(jí)變IV～V級(jí)）黑山隧道混合巖II、III級(jí)變?yōu)镮V、V級(jí)構(gòu)造破碎弱膠結(jié)巖類蘭新線金瑤嶺隧道D石英砂巖（III變V級(jí)）三都隧道進(jìn)口寒武系水敏型軟巖：遇水軟化或解體的巖類黃土、粘土類巖，泥鈣質(zhì)膠結(jié)巖，片巖類巖應(yīng)力和水?dāng)_動(dòng)弱膠結(jié)介質(zhì)的遇水酥化與碎裂介質(zhì)的結(jié)構(gòu)崩潰水敏型軟巖：遇水軟化或解體的巖類應(yīng)力和水?dāng)_動(dòng)弱膠結(jié)介質(zhì)的遇水connectionfailedbetweensheetsdeformation

watergraphite,sericiteschistosemineralshardsheet層狀介質(zhì)的非對(duì)稱變形——結(jié)構(gòu)性軟巖的強(qiáng)度弱化connectionfailedbetweenshee層片狀圍巖與洞軸線不同組合下變形機(jī)理分析水平層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象的離散元模擬水平互層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象的離散元模擬水平層狀：頂部彎折下沉底鼓層片狀圍巖與洞軸線不同組合下變形機(jī)理分析水平層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象隧道圍巖拱頂下沉為主，各部位位移量隨著泥巖夾層厚度的增大而增大水平互層狀厚度變化拱頂下沉量比較厚度變化底鼓位移比較厚度變化左側(cè)壁位移比較厚度變化右側(cè)壁位移比較水平互層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象的離散元模擬隧道圍巖拱頂下沉為主，各部位位移量隨著泥巖夾層厚度的增大而增拱腳部位發(fā)生彎折和滑移變形，變形主要受較軟的泥巖夾層控制，各部位位移量隨著泥巖夾層厚度的增大而增大。傾斜互層狀厚度變化拱頂下沉量比較厚度變化底鼓位移比較厚度變化左側(cè)壁位移比較厚度變化右側(cè)壁位移比較傾斜互層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象的離散元模擬拱腳部位發(fā)生彎折和滑移變形，變形主要受較軟的泥巖夾層控制，各拱頂部位順層滑移、掉塊側(cè)壁彎折、內(nèi)擠軟硬互層狀圍巖沿軟弱夾層滑移和擠出直立層狀圍巖變形現(xiàn)象直立互層狀圍巖變形現(xiàn)象直立層狀圍巖不同傾向的直立層狀圍巖的失穩(wěn)部位直立層狀（洞軸向與巖層走向斜交）傾向0～90度（或180～270度）傾向90～180度（或270～360度）一側(cè)壁應(yīng)力產(chǎn)生彎折、內(nèi)擠變形，失穩(wěn)部位隨巖層傾向變化。拱頂、拱部位滑移、掉塊拱頂部位順層滑移、掉塊直立層狀圍巖變形現(xiàn)象直立互層狀圍巖變形傾斜層狀（洞軸向與巖層走向平行）傾斜互層狀圍巖變形現(xiàn)象傾斜層狀圍巖變形現(xiàn)象一側(cè)拱肩彎折、下沉變形兩側(cè)壁沿結(jié)構(gòu)面的順層剪切滑移變形軟硬互層狀圍巖拱腳擠出變形傾斜層狀（洞軸向與巖層走向垂直）不同傾向的傾斜層狀圍巖的失穩(wěn)部位傾向0度或360度傾向180度傾向?yàn)?度時(shí)，拱頂彎折、下沉變形傾向?yàn)?80度時(shí)，底部彎折、鼓起變形傾斜層狀（洞軸向與巖層走向平行）傾斜互層狀圍巖變形現(xiàn)象傾斜層巖層傾向?yàn)?度時(shí)：拱頂彎折下沉、左右兩拱肩的剪切滑移變形巖層傾向?yàn)?～90度時(shí)：右側(cè)拱肩部位的彎折與滑移巖層傾向?yàn)?0度時(shí)：右側(cè)拱肩和左側(cè)拱腳部位的彎折與滑移變形、左側(cè)拱肩和右側(cè)拱腳部位的剪切滑移和擠出變形。巖層傾向?yàn)?0～180度時(shí)：左側(cè)拱腳部位的彎折與滑移巖層傾向?yàn)?80度時(shí)：底鼓變形巖層傾向?yàn)?80～270度時(shí)：右側(cè)拱腳部位的彎折與滑移巖層傾向?yàn)?70度時(shí)：左側(cè)拱肩和右側(cè)拱腳部位的彎折與滑移變形、右側(cè)拱肩和左側(cè)拱腳部位的剪切滑移和擠出變形。巖層傾向?yàn)?70～360度時(shí)：變形主要集中在左側(cè)拱肩部位的彎折與滑移傾斜層狀圍巖掌子面各部位變形特征傾向0（360）度傾向0～90度傾向90度傾向90～180度傾向180度傾向180～270度傾向270度傾向270～360度傾斜層狀（洞軸向與巖層走向斜交）巖層傾向?yàn)?度時(shí)：拱頂彎折下沉、左右兩拱肩的剪切滑移變形傾斜圍巖巖性變形破壞特征對(duì)應(yīng)的隧道實(shí)例黃土(砂質(zhì)土)遇水濕陷、崩解、坍塌胡麻嶺隧道進(jìn)口、胡麻嶺隧道東古路斜井半成巖砂巖成巖膠結(jié)弱，臨空面水力梯度增大，推擠下座，觸變成砂黑山隧道進(jìn)口、古跡坪隧道進(jìn)口半成巖泥巖泥質(zhì)膠結(jié)弱，風(fēng)化。開(kāi)挖擾動(dòng)下出現(xiàn)坍塌及大變形等問(wèn)題。古跡坪隧道出口炭質(zhì)板巖板理控制強(qiáng)度，遇水軟化，開(kāi)挖應(yīng)力調(diào)整和低應(yīng)力炭下即可產(chǎn)生強(qiáng)烈變形。木寨嶺隧道大戰(zhàn)溝斜井、紙坊隧道進(jìn)口、哈達(dá)鋪隧道進(jìn)口、馬家山隧道上羅斜井、同寨隧道進(jìn)口、天池坪隧道進(jìn)口、化馬隧道石家院斜井炭質(zhì)千枚巖（片巖化）薄片狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度低，遇水軟化，輕微開(kāi)挖擾動(dòng)或應(yīng)力不對(duì)稱即可引起強(qiáng)烈變形。新寨隧道進(jìn)口、沙壩隧道進(jìn)口、兩水隧道橫洞進(jìn)口混合巖粗顆粒和塊體強(qiáng)度高，但膠結(jié)脆弱，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，膠結(jié)遇水失效，擾動(dòng)結(jié)構(gòu)崩潰。黑山隧道呂家灘斜井幾類特殊圍巖及其變形破壞機(jī)理圍巖巖性變形破壞特征對(duì)應(yīng)的隧道實(shí)例黃土(砂質(zhì)土)遇水濕陷、崩4.4TBM掘進(jìn)速率與圍巖變形的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題

引洮工程9#引水隧洞位于中國(guó)甘肅省定西市內(nèi)官營(yíng)鎮(zhèn)，隧洞全長(zhǎng)18km。由于隧洞在掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生TBM卡機(jī)事故，致使施工工期整體后延數(shù)月。4.4TBM掘進(jìn)速率與圍巖變形的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題引洮工程9

圍巖收斂變形曲線圍巖壓力過(guò)程曲線競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題：TBM必須在圍巖收斂變形卡機(jī)拐點(diǎn)前通過(guò)圍巖收斂變形曲線圍巖壓力過(guò)程曲線競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題：TBM必須在圍五、隧道圍巖支護(hù)現(xiàn)有規(guī)范的缺陷巖爆的防護(hù)特殊圍巖支護(hù)方法的有效性問(wèn)題圍巖的非對(duì)稱支護(hù)問(wèn)題五、隧道圍巖支護(hù)現(xiàn)有規(guī)范的缺陷巖體質(zhì)量分級(jí)修正分級(jí)強(qiáng)度+結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)各向同性圍巖分級(jí)按初始狀態(tài)分級(jí)簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)：初支抵抗全部應(yīng)力，控制變形；二襯作為安全儲(chǔ)備。地應(yīng)力地下水前述問(wèn)題折射出現(xiàn)有規(guī)范的缺陷巖體質(zhì)修正強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化各向同性圍巖分級(jí)地應(yīng)力地下水前述問(wèn)題折射5.1高地應(yīng)力下圍巖的脆性破壞—巖爆的防護(hù)控制張剪性破壞初支二襯能滿足巖爆錨固力設(shè)計(jì)上下限5.1高地應(yīng)力下圍巖的脆性破壞—巖爆的防護(hù)巖爆錨固力設(shè)計(jì)上5.2特殊圍巖支護(hù)方法的有效性問(wèn)題碳質(zhì)板巖的注漿增強(qiáng)技術(shù)5.2特殊圍巖支護(hù)方法的有效性問(wèn)題碳質(zhì)板巖的注漿增強(qiáng)技術(shù)超前小導(dǎo)管注漿層片狀圍巖掌子面超前小導(dǎo)管注漿起不到粘結(jié)層片理、提升巖體完整性的作用。超前小導(dǎo)管注漿層片狀圍巖掌子面超前小導(dǎo)管注漿起不到粘順層錨桿不起作用順層錨桿不起作用5.3圍巖的非對(duì)稱支護(hù)問(wèn)題層狀介質(zhì)引起的非對(duì)稱變形偏壓引起的非對(duì)稱變形標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)的鉛直對(duì)稱的局限性5.3圍巖的非對(duì)稱支護(hù)問(wèn)題層狀介質(zhì)引起的非對(duì)稱變形對(duì)稱面受力不對(duì)稱變形不對(duì)稱對(duì)稱面受力不對(duì)稱變形不對(duì)稱隧道工程中的若干工程地質(zhì)問(wèn)題課件非對(duì)稱支護(hù)設(shè)計(jì)概念非對(duì)稱支護(hù)設(shè)計(jì)概念謝謝！謝謝！隧道工程中的若干地質(zhì)問(wèn)題伍法權(quán)2015年5月蘭州隧道工程中的若干地質(zhì)問(wèn)題伍法權(quán)隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題圍巖類型與圍巖質(zhì)量圍巖應(yīng)力場(chǎng)與圍巖壓力圍巖的變形破壞模式隧道圍巖支護(hù)隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題一、隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題一、隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題2007年：隧道2555.5km/4673座。2030年：8.5萬(wàn)km“7918網(wǎng)”，隧道大量增加。2012年：通車隧道總數(shù)10000座，總長(zhǎng)度突破10000km。我國(guó)鐵路公路網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展，中西部交通隧道建設(shè)總量迅速增加。2007年：隧道2555.5km/4673座。2012年GPS大地形變速率圖－中國(guó)地震局強(qiáng)烈形變與高度地殼應(yīng)力集中GPS大地形變速率圖強(qiáng)烈形變與高度地殼應(yīng)力集中我國(guó)大于70%地區(qū)屬于沉積巖變質(zhì)巖區(qū)域，交通線路大部分穿越層片狀圍巖。高地應(yīng)力下軟弱圍巖變形成為我國(guó)中西部交通隧道建設(shè)突出的工程難題。我國(guó)大于70%地區(qū)屬于沉積巖變質(zhì)巖區(qū)域，交通線收斂變形達(dá)1000mm新蘭鐵路烏鞘嶺隧道烏鞘嶺隧道全長(zhǎng)20kｍ，最大埋深1100ｍ，兩座單線隧道，線間距40ｍ。F7斷層帶，活動(dòng)性斷裂，寬785m，千枚巖。收斂變形達(dá)1000mm新蘭鐵路烏鞘嶺隧道烏鞘嶺隧道——胡麻嶺隧道進(jìn)口段，濕陷性黃土滲水崩解、液化，開(kāi)挖400m，塌方40次——蘭渝鐵路古跡坪隧道，新第三系礫巖，弱膠結(jié)，滲水、擾動(dòng)崩解弱膠結(jié)及水敏介質(zhì)圍巖變形與失穩(wěn)現(xiàn)象——胡麻嶺隧道進(jìn)口段，濕陷性黃土滲水崩解、液化，開(kāi)挖400m——新寨隧道，千枚巖，不對(duì)稱變形，錨索加固——木寨嶺隧道，炭質(zhì)板巖，水平收斂1.3m，拱頂下沉0.3m。層片狀圍巖變形與失穩(wěn)現(xiàn)象——新寨隧道，千枚巖，不對(duì)稱變形，錨索加固——木寨嶺隧道，炭同寨隧道初期支護(hù)普遍破壞同寨隧道初期支護(hù)普遍破壞隧道工程中的若干工程地質(zhì)問(wèn)題課件初支二襯破壞初支二襯破壞施工段長(zhǎng)度（m）Ⅲ級(jí)

支護(hù)加強(qiáng)Ⅲ級(jí)變Ⅳ級(jí)

Ⅳ級(jí)

支護(hù)加強(qiáng)Ⅳ級(jí)變Ⅴ級(jí)Ⅴ級(jí)變Ⅳ級(jí)Ⅴ級(jí)

支護(hù)加強(qiáng)變更長(zhǎng)度比例（％）木寨嶺隧道（炭質(zhì)板巖）左線76871258553275549480478862.0右線89991925732987833540438348.7黑山隧道（三疊系板巖）157571806Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)圍巖變更為IV級(jí)圍巖，其中圍巖變更長(zhǎng)度為1423m，支護(hù)措施加強(qiáng)383m。11.5東扎溝隧道（砂泥巖）36212644圍巖變更長(zhǎng)度為1962m，支護(hù)措施加強(qiáng)682m。73馬家山隧道391040304925558600373295.4同寨隧道361885174315330020235365.0青崗隧道30504916280000167755.0新城子隧道2823094301802036117942.4毛羽山隧道28630219350447108270894.6天池坪隧道5091103162713223210387676.1圍巖級(jí)別與支護(hù)措施出現(xiàn)大量變更。施工段長(zhǎng)度Ⅲ級(jí)Ⅲ級(jí)Ⅳ級(jí)Ⅳ級(jí)Ⅴ級(jí)Ⅴ級(jí)變更長(zhǎng)度比例木寨嶺隧道左線隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題隧道工程基本矛盾圍巖應(yīng)力場(chǎng)圍巖地質(zhì)特性自重應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力圍巖堅(jiān)硬程度構(gòu)造應(yīng)力圍巖變形變形控制隧道的基本工程地質(zhì)問(wèn)題隧道工程基本矛盾圍巖應(yīng)力場(chǎng)圍巖地質(zhì)特性隧道工程地質(zhì)研究的基本方法圍巖地質(zhì)特性：巖性、結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)、圍巖質(zhì)量圍巖應(yīng)力場(chǎng)：埋深、構(gòu)造背景、應(yīng)力量值、

圍巖壓力與分布圍巖變形破壞：特征與分布、力學(xué)原因變形破壞控制：支護(hù)形式、支護(hù)時(shí)機(jī)隧道工程地質(zhì)研究的基本方法圍巖地質(zhì)特性：巖性、結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)二、圍巖結(jié)構(gòu)類型與巖體質(zhì)量圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型圍巖質(zhì)量分級(jí)體系與規(guī)范方法特殊圍巖圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法二、圍巖結(jié)構(gòu)類型與巖體質(zhì)量圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型3.1圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)類型巖體地質(zhì)類型主要結(jié)構(gòu)體形狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖土工程特征整體狀結(jié)構(gòu)巨塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖、巨厚層狀沉積巖。巨塊狀以層面和原生構(gòu)造節(jié)理為主，多呈閉合型，結(jié)構(gòu)面間距大于1.5m，一般為1～2組，無(wú)危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)面組成的落石掉塊。整體強(qiáng)度較高，巖體穩(wěn)定，在變形特征上可視為均值彈性各向同性體。塊狀結(jié)構(gòu)厚層狀沉積巖、塊狀沉積巖、變質(zhì)巖。塊狀柱狀只具有少量貫穿性較好的節(jié)理裂隙，結(jié)構(gòu)面間距0.7～1.5m，一般為2～3組，有少量分離體。整體強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)面相互牽制，巖體基本穩(wěn)定，在變形特征上接近彈性各向同性體。層狀結(jié)構(gòu)多韻律的薄層及中厚層沉積巖、變質(zhì)巖。層狀板狀層理、片理、節(jié)理裂隙，但以風(fēng)化裂隙為主，常有層間錯(cuò)動(dòng)面。巖體接近均一的各向異性體。其變形及強(qiáng)度特征受層面控制，可視為彈塑性體，穩(wěn)定性較差。破裂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造影響嚴(yán)重的破碎巖層。碎塊狀層理及層間結(jié)構(gòu)面較發(fā)達(dá)，結(jié)構(gòu)面間距0.25～0.50m，一般在3組以上，有許多分離體。完整性破壞較大，整體強(qiáng)度很低，并受軟弱結(jié)構(gòu)面控制，多呈彈塑性體，穩(wěn)定性很差。散體狀結(jié)構(gòu)斷層破碎帶、強(qiáng)風(fēng)化及全風(fēng)化帶。碎屑狀構(gòu)造及風(fēng)化裂隙密集，結(jié)構(gòu)面錯(cuò)綜復(fù)雜，并多充填粘性土，形成無(wú)序小塊和碎屑。完整性遭到極大破壞，穩(wěn)定性極差，巖體屬性屬于接近松散體介質(zhì)。3.1圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)巖體主要結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況巖基于層狀圍巖變形機(jī)理細(xì)化層狀巖體結(jié)構(gòu)分類圍巖結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)特征地質(zhì)成因特征工程穩(wěn)定性塊狀結(jié)構(gòu)整體塊狀巖體完整，巨塊狀，結(jié)構(gòu)面主要為層面和原生結(jié)構(gòu)面。含1-2組結(jié)構(gòu)面，間距大于。無(wú)貫穿場(chǎng)地1~3級(jí)斷裂或軟弱結(jié)構(gòu)面，較少軟弱片狀礦物和黏土物質(zhì)。以結(jié)晶巖類為主的巖石，具有結(jié)晶連接。主要有巨塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖和巨厚層狀沉積巖（層厚大于）。巖體穩(wěn)定性好，圍巖呈現(xiàn)彈脆性變形特征（如巖爆等）。塊狀巖體較完整，塊狀或柱狀，輕度發(fā)育3-4組貫通節(jié)理和裂隙，結(jié)構(gòu)面間距為50～100cm，局部塊體松動(dòng)。較少片狀礦物和黏土物質(zhì)。以結(jié)晶巖類為主的巖石，具有結(jié)晶連接。主要有塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖和厚層狀沉積巖（層厚為50～100cm）。洞室?guī)r體穩(wěn)定性較好，洞室變形為彈性-彈塑性，局部有塊體滑落。層狀結(jié)構(gòu)中厚層狀優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面主要為層理，其他有片理、節(jié)理，結(jié)構(gòu)面中等發(fā)育，層厚30～50cm。泥質(zhì)膠結(jié)物中含黏土物質(zhì)，中厚層沉積巖、副變質(zhì)巖。洞室?guī)r體穩(wěn)定性一般，變形主要受層面控制，橫觀各向同性的彈塑性體，可能沿結(jié)構(gòu)面滑塌、彎折?；訝罱Y(jié)構(gòu)面主要為層理、片理、節(jié)理，層狀或板狀，互層巖石厚度不均、巖性相間，層厚10～30cm。中厚層沉積巖、副變質(zhì)巖，泥質(zhì)膠結(jié)物中含少量黏土物質(zhì)。洞室?guī)r體穩(wěn)定性較差，變形主要受層面和優(yōu)勢(shì)節(jié)理面控制，易沿軟弱夾層或結(jié)構(gòu)面滑塌。薄層狀薄層狀，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，局部有揉皺現(xiàn)象。層厚小于10cm。薄層沉積巖、副變質(zhì)巖，泥質(zhì)膠結(jié)物中富含黏土物質(zhì)。洞室?guī)r體穩(wěn)定性極差，各向異性的塑性體，易大變形。碎裂結(jié)構(gòu)斷層、節(jié)理、片理和層理等較發(fā)育，有大量松散碎塊狀塊體，結(jié)構(gòu)面連結(jié)力差，結(jié)構(gòu)面間距5～20cm。原生塊狀或?qū)訝顜r體受到強(qiáng)烈的構(gòu)造作用及強(qiáng)烈的次生演化作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈的變形和碎裂化，巖石松弛，裂隙張開(kāi)，張開(kāi)裂隙有泥質(zhì)或黏土質(zhì)充填。穩(wěn)定性差，巖體強(qiáng)度低，易發(fā)生大規(guī)模的巖體坍塌，易發(fā)育裂隙水，一般構(gòu)成工程場(chǎng)地最差的部位。散體結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于斷層破碎帶、強(qiáng)風(fēng)化及全風(fēng)化帶、未成巖的新近堆積物區(qū)等。構(gòu)造和風(fēng)化節(jié)理、裂隙密集交錯(cuò)分布，礦物顆粒膠結(jié)差或結(jié)構(gòu)面連結(jié)力很弱，呈碎屑狀或散粒狀。

1、巖塊或巖屑與泥質(zhì)混雜物；2、未成巖的巖土體：包括第三系未成巖或第四系各種成因堆積物，如黃土、粘土、砂土、粉土、碎石土等等。3、巖溶等特殊巖土體。穩(wěn)定性極差，巖體結(jié)構(gòu)松散，有些土砂類巖土體呈現(xiàn)出連續(xù)介質(zhì)塑性變形特征，遇水易軟化、大變形?；趯訝顕鷰r變形機(jī)理細(xì)化層狀巖體結(jié)構(gòu)分類圍巖結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)3.2圍巖質(zhì)量分級(jí)體系與規(guī)范方法堅(jiān)硬程度+完整性表

圍巖基本分級(jí)圍巖級(jí)別巖體特征土體特征彈性縱波速度（km/s）I極硬巖，巖體完整—＞4.5II極硬巖，巖體較完整；硬巖，巖體完整?！?.5～4.5III極硬巖，巖體較破碎；硬巖或軟硬巖層互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整?！?.5～4.0IV極硬巖，巖體破碎；硬巖，巖體較破碎或破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整或較破碎；軟巖，巖體完整或較完整。具壓密或成巖作用的粘性土、粉土及砂類土，一般鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的粗角礫土，粗圓礫土、碎石土、卵石土、大塊石土，黃土（Q1、Q2）。1.5～3.0V軟巖、巖體破碎至極破碎；全部極軟巖及全部極破碎巖（包括受構(gòu)造影響嚴(yán)重的破碎帶）。一般第四系堅(jiān)硬、硬塑粘性土、稍密及以上、稍濕、潮濕的碎（卵）石土、粗圓礫土、細(xì)圓礫土、粗角礫土，細(xì)角礫土，粉土及黃土（Q3、Q4）。1.0～2.0VI受構(gòu)造影響很嚴(yán)重呈碎石、角礫及粉末、泥土狀的斷層帶。軟塑狀粘性土、飽和的粉土、砂類土等。＜1.0（飽和土＜1.5）3.2圍巖質(zhì)量分級(jí)體系與規(guī)范方法堅(jiān)硬程度+完整性表現(xiàn)有巖體分級(jí)方法：國(guó)標(biāo)：現(xiàn)有巖體分級(jí)方法：國(guó)標(biāo)：RMR方法：節(jié)理走向或傾向非常有利有利一般不利非常不利評(píng)分值隧道0-2-5-10-12地基0-2-7-15-25邊坡0-5-25-50-60RMR方法：節(jié)理走向或傾向非常有利有利一般不利非常不利評(píng)分值Q方法：RMR評(píng)分值100-8180-6160-4140-21<20質(zhì)量分級(jí)IIIIIIIVV質(zhì)量描述非常好好一般差極差巖體粘聚力(kPa)>400300-400200-300100-200<100巖體內(nèi)摩擦角(°)>4535-4525-3515-25<15經(jīng)驗(yàn)參數(shù)換算：Q方法：RMR評(píng)分值100-8180-6160-4140-2巖體質(zhì)量級(jí)別粘聚力（kPa）內(nèi)摩擦角(°)彈性模量（MPa）泊松比RMR法國(guó)標(biāo)法RMR法國(guó)標(biāo)法RMR法國(guó)標(biāo)法RMR法國(guó)標(biāo)法I>400>2100>45>60.080000>33000

<0.2II35018004055.04000026500

0.225III25011003044.51000013000

0.275IV1504502033.031623650

0.325V<100<200<15<27.01000<1300

>0.35RMR法和國(guó)標(biāo)法巖體力學(xué)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)比較（國(guó)標(biāo)法未修正）巖體質(zhì)量級(jí)別粘聚力（kPa）內(nèi)摩擦角(°)彈性模量（MPa）3.3特殊圍巖3.3特殊圍巖胡麻嶺隧道進(jìn)口段黃土黃土浸水變?yōu)榱魉軤領(lǐng)V～V級(jí)變VI級(jí)黃土類水敏性圍巖弱膠結(jié)與水敏介質(zhì)圍巖變形機(jī)制胡麻嶺隧道進(jìn)口段黃土黃土浸水變?yōu)榱魉軤铧S土類水敏性圍巖弱膠結(jié)古跡坪隧道進(jìn)口段半成巖砂巖半成巖砂巖浸水成為流塑狀I(lǐng)V級(jí)變V～VI級(jí)新近沉積弱膠結(jié)巖類古跡坪隧道進(jìn)口段半成巖砂巖半成巖砂巖浸水成為流塑狀新近沉積弱蘭渝鐵路桃樹(shù)枰隧道，全長(zhǎng)3220m，為第三系含水未成巖砂巖，自穩(wěn)能力差，無(wú)膠結(jié)，稍有擾動(dòng)即成松散粉狀結(jié)構(gòu)，呈流塑狀，原定為III～I(xiàn)V級(jí)圍巖。平均每個(gè)工作面月進(jìn)度不足15m，設(shè)置5座斜井，嚴(yán)重影響蘭州鐵路樞紐的運(yùn)輸過(guò)渡，投資也大大增加。大部分變更為Ⅵ級(jí)圍巖。蘭渝鐵路桃樹(shù)枰隧道，全長(zhǎng)3220m，為第三系含水未成蘭新線金瑤嶺隧道D石英砂巖（III變V級(jí)）三都隧道進(jìn)口寒武系白云巖（III級(jí)變IV～V級(jí)）黑山隧道混合巖II、III級(jí)變?yōu)镮V、V級(jí)構(gòu)造破碎弱膠結(jié)巖類蘭新線金瑤嶺隧道D石英砂巖（III變V級(jí)）三都隧道進(jìn)口寒武系——新寨隧道，千枚巖，不對(duì)稱變形，錨索加固——木寨嶺隧道，炭質(zhì)板巖，水平收斂1.3m，拱頂下沉0.3m。層片狀圍巖變形與失穩(wěn)現(xiàn)象——新寨隧道，千枚巖，不對(duì)稱變形，錨索加固——木寨嶺隧道，炭關(guān)于圍巖分類與分級(jí)方法相互脫離的問(wèn)題圍巖分類側(cè)重反映結(jié)構(gòu)類型及其力學(xué)效應(yīng)質(zhì)量分級(jí)側(cè)重力學(xué)性質(zhì)的各向同性弱化，并與工程設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)質(zhì)量分級(jí)直接用于工程，不能客觀反映巖體結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，例如層狀介質(zhì)特性關(guān)于圍巖分類與分級(jí)方法相互脫離的問(wèn)題圍巖分類側(cè)重反映結(jié)構(gòu)類型3.4圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法現(xiàn)有思路：圍巖分級(jí)→（力學(xué)參數(shù)→）標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)設(shè)計(jì)

圍巖堅(jiān)硬程度+完整性+應(yīng)力與地下水修正

粗略，各項(xiàng)同性參數(shù)弱化，對(duì)稱設(shè)計(jì)更好思路：力學(xué)參數(shù)→（圍巖分級(jí)→）計(jì)算支護(hù)設(shè)計(jì)

立足實(shí)際，計(jì)算可靠性增強(qiáng)，措施針對(duì)性增強(qiáng)3.4圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法現(xiàn)有思路：圍巖分級(jí)→（力學(xué)圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法基本思路：巖石力學(xué)參數(shù)+巖體結(jié)構(gòu)+地下水+地應(yīng)力→巖體工程參數(shù)→（巖體質(zhì)量分級(jí)→）支護(hù)設(shè)計(jì)圍巖分級(jí)的統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)方法基本思路：巖石力學(xué)參數(shù)+巖體結(jié)構(gòu)+三、圍巖應(yīng)力場(chǎng)與圍巖壓力圍巖彈性應(yīng)力場(chǎng)及其影響因素圍巖壓力與高地應(yīng)力軟巖的增強(qiáng)效應(yīng)三、圍巖應(yīng)力場(chǎng)與圍巖壓力圍巖彈性應(yīng)力場(chǎng)及其影響因素2.1圍巖彈性應(yīng)力場(chǎng)及其影響因素一般特征：洞壁應(yīng)力與徑向應(yīng)力分布R06R03R0rr00202.1圍巖彈性應(yīng)力場(chǎng)及其影響因素一般特征：洞壁應(yīng)力與徑向應(yīng)影響因素分析：遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力狀態(tài)影響：埋深與構(gòu)造應(yīng)力埋深100m埋深1000m影響因素分析：埋深100m埋深1000m地應(yīng)力量值的平移換算1地實(shí)測(cè)水平應(yīng)力值，扣除自重側(cè)壓力：2地：自重應(yīng)力估值，水平應(yīng)力平移疊加地應(yīng)力量值的平移換算1地實(shí)測(cè)水平應(yīng)力值，扣除自重側(cè)壓力：2地遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)判斷遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)判斷巖體變形參數(shù)：泊松比，各向異性泊松比模量最大主應(yīng)力最小主應(yīng)力最大主應(yīng)力最小主應(yīng)力巖體變形參數(shù)：泊松比，各向異性泊松比模量最大主應(yīng)力介質(zhì)各向異性介質(zhì)各向異性隧道斷面形狀：圓、橢圓、曲率變化隧道斷面形狀：圓、橢圓、曲率變化群洞效應(yīng)：

疊加效應(yīng)

與距離群洞效應(yīng)：新城子隧道新城子隧道2.3圍巖壓力與高地應(yīng)力軟巖的增強(qiáng)效應(yīng)圍巖壓力的理論分布—魯賓涅特公式圍巖壓力的規(guī)范計(jì)算方法——松動(dòng)壓力2.3圍巖壓力與高地應(yīng)力軟巖的增強(qiáng)效應(yīng)圍巖壓力的理論分布—圍巖的自穩(wěn)潛力新奧法：隧道圍巖具有一定的自穩(wěn)能力；施加預(yù)應(yīng)力或承接變形應(yīng)力以維持圍巖強(qiáng)度；柔性支護(hù)以容許圍巖自組織調(diào)整；適時(shí)支護(hù)以保證安全前提下的投資效益圍巖的自穩(wěn)潛力新奧法：巖體自穩(wěn)潛力的概念巖體在天然狀態(tài)下保持自身穩(wěn)定性的潛在能力。決定于巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、應(yīng)力場(chǎng)的共同作用。巖體應(yīng)力場(chǎng)對(duì)自穩(wěn)潛力的貢獻(xiàn)按照莫爾－庫(kù)倫準(zhǔn)則：巖體中任一點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度與其側(cè)向應(yīng)力呈正比即增加對(duì)邊坡該點(diǎn)的自穩(wěn)能力作出貢獻(xiàn)。巖體自穩(wěn)潛力的概念巖體應(yīng)力場(chǎng)對(duì)自穩(wěn)潛力的貢獻(xiàn)即增加高地應(yīng)力下軟巖的圍巖壓力增強(qiáng)效應(yīng)R06R03R0rr0020硬巖軟巖高地應(yīng)力下軟巖的圍巖壓力增強(qiáng)效應(yīng)R06R03R0rr

圍巖壓力實(shí)測(cè)值突破常規(guī)量值:圍巖壓力實(shí)測(cè)值突破常規(guī)量值:圍巖變形破壞的常見(jiàn)模式硬脆性圍巖變形破壞模式軟弱圍巖的變形破壞模式TBM掘進(jìn)速率與圍巖變形的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題四、圍巖的變形破壞模式圍巖變形破壞的常見(jiàn)模式四、圍巖的變形破壞模式4.1圍巖變形破壞的常見(jiàn)模式縮徑片幫與巖爆塊體滑動(dòng)與冒落4.1圍巖變形破壞的常見(jiàn)模式縮徑刀片狀剝離刀口狀破裂擠壓誘導(dǎo)拱裂折斷刀片狀剝離4.2硬脆性圍巖變形破壞模式刀片狀剝離刀口狀破裂擠壓誘導(dǎo)拱裂折斷刀片狀剝離4.2硬脆性環(huán)狀破裂環(huán)狀破裂巖爆的張剪性成因-格里菲斯模型；隨著應(yīng)力圓左移，破裂角減小。當(dāng)純張破裂時(shí)為0°。破裂角τ=4σt(σt+σ)τσ2α2ββ張剪破裂:壓剪破裂:純張破裂:破裂角解釋與巖爆成因巖爆的張剪性成因-格里菲斯模型；破裂角τ=4σt(σt釋放能量:釋放動(dòng)能:張性破裂:張剪破裂:壓剪破裂:釋放能量排序:壓剪>張剪>純張不同破裂方式釋放應(yīng)變能密度排序:釋放能量:釋放動(dòng)能:張性破裂:張剪破裂:壓剪破裂:釋放能量排4.3軟弱圍巖的變形破壞模式軟巖大變形4.3軟弱圍巖的變形破壞模式軟巖大變形胡麻嶺隧道進(jìn)口段黃土黃土浸水變?yōu)榱魉軤領(lǐng)V～V級(jí)變VI級(jí)古跡坪隧道進(jìn)口段半成巖砂巖半成巖砂巖浸水成為流塑狀I(lǐng)V級(jí)變V～VI級(jí)黃土類水敏性圍巖新近沉積弱膠結(jié)巖類弱膠結(jié)與水敏介質(zhì)圍巖變形胡麻嶺隧道進(jìn)口段黃土黃土浸水變?yōu)榱魉軤罟袍E坪隧道進(jìn)口段半成巖蘭渝鐵路桃樹(shù)枰隧道，全長(zhǎng)3220m，為第三系弱成巖砂巖，自穩(wěn)能力差，稍有擾動(dòng)即成松散粉狀結(jié)構(gòu)，呈流塑狀。設(shè)置5座斜井，但每個(gè)工作面月進(jìn)度不足15m，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，投資也大大增加。原定為III～I(xiàn)V級(jí)圍巖，大部分變更為Ⅵ級(jí)圍巖。蘭渝鐵路桃樹(shù)枰隧道，全長(zhǎng)3220m，為第三系弱成巖砂蘭新線金瑤嶺隧道D石英砂巖（III變V級(jí)）三都隧道進(jìn)口寒武系白云巖（III級(jí)變IV～V級(jí)）黑山隧道混合巖II、III級(jí)變?yōu)镮V、V級(jí)構(gòu)造破碎弱膠結(jié)巖類蘭新線金瑤嶺隧道D石英砂巖（III變V級(jí)）三都隧道進(jìn)口寒武系水敏型軟巖：遇水軟化或解體的巖類黃土、粘土類巖，泥鈣質(zhì)膠結(jié)巖，片巖類巖應(yīng)力和水?dāng)_動(dòng)弱膠結(jié)介質(zhì)的遇水酥化與碎裂介質(zhì)的結(jié)構(gòu)崩潰水敏型軟巖：遇水軟化或解體的巖類應(yīng)力和水?dāng)_動(dòng)弱膠結(jié)介質(zhì)的遇水connectionfailedbetweensheetsdeformation

watergraphite,sericiteschistosemineralshardsheet層狀介質(zhì)的非對(duì)稱變形——結(jié)構(gòu)性軟巖的強(qiáng)度弱化connectionfailedbetweenshee層片狀圍巖與洞軸線不同組合下變形機(jī)理分析水平層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象的離散元模擬水平互層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象的離散元模擬水平層狀：頂部彎折下沉底鼓層片狀圍巖與洞軸線不同組合下變形機(jī)理分析水平層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象隧道圍巖拱頂下沉為主，各部位位移量隨著泥巖夾層厚度的增大而增大水平互層狀厚度變化拱頂下沉量比較厚度變化底鼓位移比較厚度變化左側(cè)壁位移比較厚度變化右側(cè)壁位移比較水平互層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象的離散元模擬隧道圍巖拱頂下沉為主，各部位位移量隨著泥巖夾層厚度的增大而增拱腳部位發(fā)生彎折和滑移變形，變形主要受較軟的泥巖夾層控制，各部位位移量隨著泥巖夾層厚度的增大而增大。傾斜互層狀厚度變化拱頂下沉量比較厚度變化底鼓位移比較厚度變化左側(cè)壁位移比較厚度變化右側(cè)壁位移比較傾斜互層狀圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象的離散元模擬拱腳部位發(fā)生彎折和滑移變形，變形主要受較軟的泥巖夾層控制，各拱頂部位順層滑移、掉塊側(cè)壁彎折、內(nèi)擠軟硬互層狀圍巖沿軟