水电地质培训教材教学PPT地下洞室工程地质.ppt

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1、第七章第七章 地下洞室工程地质地下洞室工程地质地下洞室选线（址）的工程地质要求。常用的围岩分类方法及其适用性，特别是水利水电工程地质勘察规范GB50287推荐的分类方法。影响围岩稳定性的地形地质因素及围岩稳定性评价方法。地下洞室超前预报方法、支护加固处理措施及适用条件。地下洞室围岩的主要监测内容和布置原则。第七章第七章 地下建筑物对地形地质条件的地下建筑物对地形地质条件的要求要求 1、进出口边坡地形较完整，边坡岩体稳定性好，没有重大的地质灾害危及进出口安全；2、隧洞通过地段应以、类围岩为主，无厚层软岩或大型破碎带通过；3、地下建筑物地段地应力不宜过大，建筑物轴线与最大主应力方向的交角宜小；4、

2、地下建筑物轴线与主要构造线（断层、褶皱、岩层产状）方向最好呈大角度相交；第七章第七章 地下洞室工程地质地下洞室工程地质选线要求选线要求 1、地形、地形地形完整、山体稳定，无深切冲沟等，地形完整、山体稳定，无深切冲沟等，无滑坡、塌方等不良地质现象。无滑坡、塌方等不良地质现象。2、岩性、岩性地下洞室应尽量避开岩性条件差的围地下洞室应尽量避开岩性条件差的围岩，使洞身置于坚硬完整的岩体中。岩，使洞身置于坚硬完整的岩体中。3、地质构造、地质构造洞室应选在岩体结构完整、地质洞室应选在岩体结构完整、地质构造简单的地段，尽量避开大的构造破碎带。洞室构造简单的地段，尽量避开大的构造破碎带。洞室轴线宜与构造线、岩

3、层走向垂直或大角度相交。轴线宜与构造线、岩层走向垂直或大角度相交。第七章第七章 地下洞室工程地质地下洞室工程地质选线要求选线要求 4、地下水、地下水应尽量将洞室置于非含水岩层中或应尽量将洞室置于非含水岩层中或地下水位以上，或采取地下排水措施，避免或减少地下水位以上，或采取地下排水措施，避免或减少渗透压力对围岩稳定的影响。渗透压力对围岩稳定的影响。5、地应力、地应力洞室轴线布置最好与最大主应力方洞室轴线布置最好与最大主应力方向平行或以小夹角相交。向平行或以小夹角相交。洞室围岩上覆岩体最小厚度的确定洞室上覆围岩最小厚度与洞径、岩体完整性及岩石强度有关。根据工程经验，无压隧洞上覆岩体最小厚度与洞径（

4、B）的关系如下：坚硬岩石 （1.01.5）B中硬岩石 （1.52.0）B软弱岩石 （2.03.0）B对于高内水压力洞段，上覆岩体及侧向岩体厚度要满足上抬理论。上抬理论假定围岩的承载能力完全由岩体的覆盖厚度决定，假定围岩的承载能力完全由岩体的覆盖厚度决定，而不考虑构造应力场及洞径大小等因素。而不考虑构造应力场及洞径大小等因素。经验准则：有压隧洞必须有足够厚度的上覆岩体，经验准则：有压隧洞必须有足够厚度的上覆岩体，并具有承受内水压力的能力。并具有承受内水压力的能力。水工隧洞设计规范规定上覆岩体水工隧洞设计规范规定上覆岩体“按洞内静水压按洞内静水压力小于洞顶以上围岩重量的要求确定力小于洞顶以上围岩重

5、量的要求确定”即：即：式中式中h计算点上的上覆岩体的厚度；计算点上的上覆岩体的厚度；p计算点计算点的内水压力；其余两项分别为水和岩石的密度。的内水压力；其余两项分别为水和岩石的密度。rph第七章第七章 地下洞室工程地质地下洞室工程地质围岩分类方法围岩分类方法常用的围岩分类方法常用的围岩分类方法 GB502872006规定的围岩分类方法，五规定的围岩分类方法，五大因素加限制判据法大因素加限制判据法（是国内多个水电工程的实践成果总结）普氏分类法 挪威的Q系统分类法 地质力学分类法（RMR）隧洞施工中的新奥法：少扰动、早喷锚、勤量测第七章第七章 地下洞室工程地质地下洞室工程地质围岩分类方法围岩分类方

6、法GB5028799规定的围岩分类方法基础判据控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整性、结构面状态、地下水和主要结构面产状五项因素之和的总评分，限定判据围岩强度应力比S提出了相应的支护类型。围岩稳定性常分为类：稳定、基本稳定、局部稳定性差、不稳定和极不稳定。第七章第七章 地下洞室工程地质地下洞室工程地质围岩分类方法围岩分类方法围岩类别围岩稳定性 围岩总评分T 围岩强度应力比S支护类型 稳定。围岩可长期稳定，一般无不稳定块体 T854不支护或局部锚杆或喷薄层混凝土。大跨度时，喷混凝土、系统锚杆加钢筋网。基本稳定。围岩整体稳定，不会产生塑性变形，局部可能产生掉块 85T654局部稳定性差。围岩强度不足，

7、局部会产生塑性变形，不支护可能产 65T452喷混凝土、系统锚杆加钢筋网。跨度为2025m时，并浇筑混凝土衬砌。不稳定。围岩自稳时间很短，规模较大的各种变形和破坏都可能发生。45T25 2 喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，并浇筑混凝土衬砌。极不稳定。围岩不能自稳，变形破坏严重。T25 第七章第七章 地下洞室工程地质地下洞室工程地质围岩分类方法围岩分类方法GB5028799规定的围岩分类方法规定的围岩分类方法 1、注意围岩类别与围岩强度应力比S的关系。即类围岩与s无关，类、类、类与围岩有关，需要根据S值进行调整 2、S=Rb Kv/m 3、赋值内插法。抗压强度、完整性系数、地下水的赋值为范围值，要用

8、内插法赋值。以抗压强度为例。对于坚硬岩，抗压强度大于100MPa时为30分，大于60MPa时为20分，如某 第七章第七章 地下洞室工程地质地下洞室工程地质围岩分类方法围岩分类方法GB5028799规定的围岩分类方法规定的围岩分类方法 岩石饱和抗压强度为80MPa，则 （80-60）/（A-20）=（100-60）/（30-20）则A=25。4、注意GB502872006附录J中各赋分表下面的注解内容。第七章第七章 地下洞室工程地质地下洞室工程地质围岩分类方法（普氏）围岩分类方法（普氏）式中：式中：R Rc c岩石单轴抗压强度，岩石单轴抗压强度，Mpa f 20 20 为为1 1级，最坚固；级，

9、最坚固；f 0.30.3为第为第1010级，最软级，最软弱（详见下表）。弱（详见下表）。优点：优点：形式简单，使用方便。形式简单，使用方便。缺点缺点：未考虑岩体的完整性、岩体结构特征对稳定性影：未考虑岩体的完整性、岩体结构特征对稳定性影响，故不能准确评价岩体的稳定性。响，故不能准确评价岩体的稳定性。10cRf 普氏分类法普氏分类法 以岩石试件的单轴抗压强度作为分类依据，根据以岩石试件的单轴抗压强度作为分类依据，根据普氏坚固性系数普氏坚固性系数 f 将岩石分为十级。将岩石分为十级。f 值越大，岩体值越大，岩体越稳定。越稳定。普氏围岩分类表分级坚硬程度主要岩性坚固系数f极坚硬石英岩、玄武岩20很坚

10、硬花岗岩、石英斑岩、石英砂岩15坚硬很硬的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩108相当坚硬砂岩、片岩65普通很硬的砂岩、片岩和石灰岩、泥灰岩43相当软泥灰岩、软片岩、白垩、石膏32软岩密实岩土、粘壤土、砂砾10.8土质地层耕植土、泥炭、湿砂0.6散粒岩体砂、湿砾、松散土0.5流砂流砂、沼泽土、含水黄土0.3挪威的Q系统分类法Barton等人依据200个工程实例，于1974年提出的，国际上应用较普遍。是一种较方便、较切合实际的分类方法。依据岩芯的岩石质量指标、节理组数、最脆弱的节理的粗糙度系数及其蚀变程度或填充情况、裂隙水的折减系数和应力折减系数等六个因子计算围岩的Q值，并依据Q值将围岩分为9级。巴顿

11、岩体质量（巴顿岩体质量（Q Q）分类）分类表达式表达式SRFJJJJRQDQwarn 式中：式中：RQDRQD岩石质量指标；岩石质量指标；Jn节理组数评分；节理组数评分；Jr节理面粗糙度节理面粗糙度评分；评分；Jw按裂隙水条件评分；按裂隙水条件评分；Ja节理蚀变程度评分；节理蚀变程度评分；SRFSRF按按地应力影响评分（应力折减系数）地应力影响评分（应力折减系数）。Q Q反映了岩体质量的三个方面：反映了岩体质量的三个方面：nJRQD为岩体的完整性；为岩体的完整性；arJJ表示结构面的形态、充填物特征及次生变化程度；表示结构面的形态、充填物特征及次生变化程度；SRFJw表示水与其他应力存在时对岩

12、体质量的影响。表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响。巴顿岩体质量（巴顿岩体质量（Q Q）分类）分类节理组数影响（节理组数影响（J Jn n)取值取值巴顿岩体质量（巴顿岩体质量（Q Q）分类）分类节理节理粗糙度粗糙度影响（影响（J Jr r)取值取值巴顿岩体质量（巴顿岩体质量（Q Q）分类）分类节理节理蚀变程度蚀变程度影响（影响（J Ja a)取值取值巴顿岩体质量（巴顿岩体质量（Q Q）分类）分类裂隙水影响（裂隙水影响（J Ja a)取值取值 巴顿岩体质量（巴顿岩体质量（Q）分类）分类地应地应力影响（力影响（SRF)取值：取值：根据围岩性质、结构特征、节理性根据围岩性质、结构特征、节理性质、地

13、下水及隧洞埋深等因素估计质、地下水及隧洞埋深等因素估计其应力状态。围岩初始应力越高、其应力状态。围岩初始应力越高、SRF取值越大。经验数据：脆性而取值越大。经验数据：脆性而坚硬、有严重岩爆现象的岩石：坚硬、有严重岩爆现象的岩石：SRF=1020坚硬、有单一剪切带的岩石：坚硬、有单一剪切带的岩石：SRF=2.5地下开挖当量直径：地下开挖当量直径：ESRDr巷巷道道支支护护比比跨跨度度、直直径径或或高高度度 根据根据Q Q值，可将岩体分为值，可将岩体分为9 9类，如图：类，如图：Q Q分类的优点：分类的优点：考虑因素相对全面考虑因素相对全面 适用于各种岩石（软、硬）适用于各种岩石（软、硬）Q Q分

14、类的缺点：分类的缺点：没有考虑节理方位（怕失去简没有考虑节理方位（怕失去简单的特点，影响通用性）单的特点，影响通用性）宾尼奥夫斯基宾尼奥夫斯基节理岩体地质力学分类（节理岩体地质力学分类（RMR分级系统分级系统）宾尼奥夫斯基（宾尼奥夫斯基（Bieniawski Bieniawski，1976)1976)提出的分类指提出的分类指标标RMR(Rock Mass Rating)，由下列由下列6 6种指标组成：种指标组成：（1 1）岩块强度）岩块强度(R R1 1)（2 2）RQDRQD值值(R R2 2)（3 3）节理间距）节理间距(R R3 3)（4 4）节理条件）节理条件(R R4 4)（5 5）

15、地下水）地下水(R R5 5)（6 6）节理方向对工程的影响的修正参数（）节理方向对工程的影响的修正参数（R R6 6）即：即：654321RRRRRRRMR （1 1）对应岩石强度的岩体评分值）对应岩石强度的岩体评分值R R1 1 点荷载指标点荷载指标（Mpa）岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度Rc(Mpa)评分值评分值 1025015 4810025012 245010071225 504不采用不采用5 252不采用不采用1 51不采用不采用 10（2 2）对应于岩芯质量指标的岩体评分值）对应于岩芯质量指标的岩体评分值R R2 2RQD（）（）91100 769051752650 3 130

16、.310.050.30.05评分值评分值302520105（4 4）对于节理状态的岩体评分值）对于节理状态的岩体评分值R R4 4 说明说明评分值评分值尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁25略粗糙的表面、张开度略粗糙的表面、张开度1mm，硬岩壁硬岩壁20略粗糙的表面、张开度略粗糙的表面、张开度5mm的断层泥充填的张开节理的断层泥充填的张开节理;张开度张开度5mm的的节理，延伸超过数米节理，延伸超过数米0（5 5）取决于地下水状态的岩体评分值）取决于地下水状态的岩体评分值R R5 5每米隧道的涌水每米隧道的涌水量（量（L/min）节理水压力与最大节理水压力与最大主应力的比值主应力的比值总的状态总的状态评分值评分值无无0完全干燥完全干燥15101250.5有严重地下水有严重地下水问题问题，流水流水0（6 6）节理方位对）节理方位对RMR的修正值的修正值R R6 6方位对工程的影方位对工程的影响评价响评价隧道隧道地基地基边坡边坡很有利很有利000有利有利225一般一般5725不利不利101550很不利很不利1225（7 7）节理走向与倾角对隧道掘进的影响）节理走向与倾角