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第3章围岩分级与围岩压力

3。1隧道围岩的概念与工程性质

3。1。1隧道围岩的概念

1、概念

隧道开挖后其周围一定范围内，对其稳定性能产生影响的那部分岩（土）体.隧道周围

的地层可以是软硬不一的岩石,也可以是松散的土，把土视为一种特殊的(风化破碎严重的)

岩石，所以隧道周围的地层．不管是土体还是岩体，统称为围岩。这个范围在横断面上约为

6～10倍的洞径。

说明：围岩既可以是岩体，也可以是土体.

2、岩体、岩石、围岩的关系：

①岩体：由结构面和结构体结合而成的具有结构特征的地质体。

岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造变形、次生脱变而形成的地质体，它

被很多不同方向，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结合而成的具有结构特征以及结构

面的特性。

岩体由于结构面的存在,具有明显的非均质性，不连续性和各向异性。

②岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成的自然体,如花岗岩、砂岩等，

表现的力学性质是均匀的、连续的和各向同性的；

岩石与岩体的区别：

岩体≠岩石，岩体=岩石+结构面

围岩：岩体的集合体。即岩体≠围岩，不是整个岩土体，是受隧道开挖影响的那部分岩

土体.

岩石：均质、连续、各向同性

岩体：非均质、不连续、各向异性

3。1。2围岩的工程性质

1。围岩的工程性质,三个方面：

1）物理性质:容重、节理的产状等;

2）水理性质:岩体的溶水性、透水性、持水性等；

3）力学性质：抗压、抗拉、抗剪强度。

对围岩稳定性最有影响的是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能，即变形特性和强

度.围岩既可以是岩体,也可以是土体.

①岩体的结构特征

②结构体岩石的特性

③结构面的特性

2、岩体的力学性质（变形破坏特性和强度)

（1）岩体的变形特性

1）抗拉变形：岩体的抗拉变形能力很低。可认为无抗拉能力。主要讨论抗压、抗剪能

力。

2）受压变形:岩体的受压变形特性，可以用它在受压时的应力—应变曲线来说明.

①岩石应力-应变曲线,线性关系比较明显，以弹性变形为主；

②软弱结构面～呈显出非线性特征，以塑性变形为主；

③岩体～分解为四个阶段：

Ⅰ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.

Ⅱ.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。

Ⅲ.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。

Ⅳ。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。

总结：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。

3)剪切变形（结构面控制）

岩体受剪时的剪切变形特性主要受结构面控制，可能有三种方式:

①沿结构面滑动.此时，结构面的变形特性即为岩体的变形特性。

②结构面不参与作用，沿结构体岩石断裂.此时岩石的变形特性即起主导作用

③在结构面影响下,沿岩石剪断。此时,岩体的变形特性介乎上述二者之间。

4）流变（岩体变形的时间效应)

概念：岩体的变形不是瞬时完成的,而是随着时间的增长逐渐达到最终值.岩体变形的这

种时间效应，称之为岩体的流变特性.

流变包括两方面：下图4-2

①蠕变：作用的应力不变，而应变随时间而增长；

②松弛：作用的应变不变，而应力随时间而衰减。

（2）岩体的强度

◆抗压强度：

①岩石：受微裂隙所制约，强度大。通过试件获得.

②岩体：受结构面控制，强度小，并具有