第四章 隧道围岩分级与围岩压力(陈秋南).ppt

『第四章 ▎隧道围岩分级 及围岩压力; 岩石是由具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体组成的。岩石的力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分及其相对含量。一般来说，含硬度大的粒柱状矿物（如石英、长石、角闪石、辉石等）越多，则岩石强度越高；含硬度小的片状矿物（如云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等）越多时，则岩石强度越低。; 常见的硅酸盐类矿物有长石、辉石、角闪石、橄榄石及云母和粘土矿物等。这类矿物除云母和粘土矿物外，硬度大，呈粒、柱状晶形。因此，含这类矿物多的岩石如花岗岩、闪长岩及玄武岩等，强度高，抗变形性能好。但该类矿物在各种风化用力下，易风化成高岭石、水云母等。;角闪石; 粘土矿物属层状硅酸盐矿物，主要有高岭石、水云母及蒙脱石三类，具薄片状或鳞片状构造，硬度小，含这类矿物多的岩石如粘土岩、粘土质岩，物理力学性质差，并具有不同程度的胀缩性。; 碳酸盐类矿物是石灰岩和白云岩类的主要造岩矿物。岩石的物理力学性质取决于岩石中CaCO3及酸不溶物的含量。CaCO3含量越高，如纯灰岩、白云岩等强度高、抗变形和抗风化性能都比较好。泥质含量高的，如泥质炭岩等，力学性质较差。; 氧化物类矿物以石英最常见，是地壳岩石的主要造岩矿物，呈等轴晶系，硬度大，化学性质稳定。因此，一般随石英含量增加，岩石的强度和抗变形性能都明显增强。; 岩石的矿物组成与其成因类型密切相关。 岩浆岩多以硬度大的粒柱状硅酸盐、石英等矿物为主，所以其岩石物理力学性质一般都很好。 沉积岩中的粗碎屑岩如砂砾岩等。其碎屑多为硬度大的粒柱状矿物，岩块的力学性质除与碎屑成分有关外，在很大程度上取决于胶结物成分及其类型。细碎屑岩如页岩、泥岩等，矿物成分多以片状的粘土矿物为主，其岩石力学性质一般很差。 变质岩的矿物组成与母岩类型及变质程度有关，浅变质岩如千枚岩、板岩等多含片状矿物（如绢云母、绿泥石及粘土矿物等），岩块力学性质较差。深变质岩如片麻岩、混合岩、石英岩等，多以粒柱状矿物（如长石、石英、角闪石等）为主，其岩块力学性质较好。;『 4.1.2 ▎岩石的结构构造 ; 胶结连结是矿物颗粒通过胶结物连结在一起，如碎屑岩等具这种连结方式，胶结连结的岩石强度取决于胶结物成分及胶结类型。一般来说，硅质胶结的岩块强度最高；钙铁质胶结的次之；泥质胶结的岩块强度最低，且抗水性差。从胶结类型来看，基底式胶结的岩块强度最高，孔隙式胶结的次之，接触式胶结的最低。; 微结构面是指存在于矿质颗粒内部或颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层面及片理面、片麻理面等。它们的存在不仅降低了岩块的强度，还往往导致岩块力学性质有明显的各向异性。;—;『 4.1.4 ▎岩体的结构类型 ;不稳定结构可能产生滑塌。特别是岩层的弯张破坏及软弱岩层的塑性变形;易引起规模较大的岩体失稳、地下水加剧岩体失稳;『 4.2 ▎岩石的物理力学性质; 岩石重度按其试件的含水状态，又分为干重度（γd）、天然重度（γ）和饱和重度（γsat），在未指明含水状态时一般是指岩石的天然重度，常见岩石的天然重度见表4-3。;0.94~0.96; 岩石中的孔隙及裂隙统称为岩石的空隙。有开型空隙和闭型空隙之分。与此相对应，可把岩石的空隙率分为总空隙率（n）、开空隙率（no）及闭空隙率（nc）几种，各自的含义如下：;式中;(4-5); 岩石的饱和吸水率是表示岩石物理性质的一个重要指标。它反映了岩石总开空隙的发育程度，可间接地用它来判定岩石的抗风化能力和抗冻性。 饱水系数是指岩石的吸水率与饱和吸水率的比值。; 岩石的软化性取决于岩石的矿物组成与空隙性，常见岩石的软化系数见表4-3，由表可知，岩石均具有不同程度的软化性。一般认为，软化系数ηc0.75的岩石是软化性较强和工程地质性质较差的岩石。; 抗压强度是反映岩石基本力学性质的重要参数，与抗拉强度和剪切强度之间有着一定的比例关系。表4-4列出了常见岩石几种强度与抗压强度的比值。; 岩块的抗压强度通常是采用标准试件在压力机上加轴向荷载，直至试件破坏。如设试件破坏时的荷载为Pc（N），横断面面积为A(mm2)，则岩石的单轴抗压强度Rc(MPa)为：;15-30; 岩石的抗压强度受一系列因素影响和控制。一是岩石本身性质方面的因素，如矿物组成、结构构造（颗粒大小、连结结构发育特征等）、密度及风化程度等；二是试验条件方面的因素，主要包括试件的几何形状及加工精度、加荷速率、端面条