工程岩体分级标准Word格式.docx

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工程岩体分级标准Word格式.docx

　　主要起草人：

于石春、邢念信、云林、兆权、苏贻冰

　　可诚、林韵梅、柳赋铮、徐复安、董学晟

　　中华人民国标准

　　工程岩体分级标准

50218－94

　　条文说明

　　制订说明

　　本标准是根据计委计标发〔1986〕28号文和计标函〔1987〕39号文的要求，水利部负责上编，具体由水利部长江水利委员会长科学院会同东北大学、总参工程兵第四设计研究院、铁道部科学研究院西南分院、建设部综合勘察研究院共同编制而成，经建设部1994年11月5日以建标〔1994〕673号文批准，并会同技术监督局联合发布。

　　在本标准的编制过程中，标准编制组进行了广泛的调查研究，认真总结我国各有关行业在岩石工程建设和工程岩体分级（类）方面，以及岩石力学试验研究方面的实践经验，同时参考了国外先进的工程岩体分级（类）方法，并广泛征求了全国有关单位的意见。

最后由我部会同有关部门审查定稿。

　　鉴于本标准系初次编制，在执行过程中，希望各单位结合工程实践和科学研究，认真总结经验，注意积累资料，如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料寄交水利部长江水利委员会长江科学院（省市黄浦路23号，邮编430010），并抄送水利部科教司，以供今后修订时参考。

　　目

次

总

则

　　1.0.1

随着现代化建设事业的发展，水利水电、铁道、交通、矿山、工业与民用建筑、国防等工程中，各种类型、不同用途的岩石工程日益增多。

在工程建设的各阶段（规划、勘察、设计和施工）中，正确地对岩体的质量和稳定性作出评价，具有十分重要的意义。

质量高、稳定性好的岩体，不需要或只需要很少的加固支护措施，并且施工安全、简便；

质量差、稳定性不好的岩体，需要复杂、昂贵的加固支护等处理措施，常常在施工中带来预想不到的复杂情况。

正确、及时地对工程建设涉及到的岩体稳定性作出评价，是经济合理地进行岩体开挖和加固支护设计、快速安全施工，以及建筑物安全运行必不可少的条件。

　　对工程岩体稳定性作分析判断的数值计算和物理模型试验，要求事先进行相当详尽的地质勘察和岩石力学试验研究，花费人力和财力很多。

地质条件复杂时，前期工作往往拉得很长，这种方法一般用于大型或重要的工程。

　　针对不同类型岩石工程的特点，根据影响岩体稳定性的各种地质条件和岩石物理力学特性，将工程岩体分成稳定程度不同的若干级别（一般称之为岩石分类或工程岩体分类，本标准称工程岩体分级），以此为标尺作为评价岩体稳定的依据，是岩体稳定性评价的一种简易快速的方法。

这是由于岩体分级方法是建立在以往工程实践经验和大量岩石力学试验基础上的，只需进行少量简易的地质勘察和岩石力学试验就能据以确定岩体级别，作出岩体稳定性评价，给出相应的物理力学参数，为加固措施提供参考数据，从而可以在大量减少勘察、试验工作量，缩短前期工作时间的情况下，获得这些岩石工程建设的勘察、设计和施工不可少的基本依据，并可在进一步总结实际运用经验的基础上，为制定各种岩石工程施工定额提供依据。

　　本标准所说的稳定性，是指在工程服务期间，工程岩体不发生破坏或有碍使用的大变形。

　　自本世纪50—60年代以来，在国外提出许多工程岩体的分级方祛，其中有些在我国有广泛的影响，得到了不同程度的应用。

在国，自70年代以来，有关部门也在各自工程经验的基础上制定了一些岩体分级方法，在本部门或本行业推行应用。

然而，这些分级方法的原则、标准和测试方法都不尽相同，彼此缺乏可比性、一致性。

由于至今还没有一个为权威机构制定并受到广泛认可的岩体分级标准，对同一处岩体进行分级评价时难免产生差异和矛盾，从而造成失误。

为避免因分级方法不一致造成失误，更好地汇集和总结各行业岩石工程建设的经验，很有必要在总结现有的各行业工程岩体分级方法的基础上，编制出统一的岩体分级标准。

　　考虑到需要区分的是稳定程度的不同，具有量的差别，是有序的；

“分类”一词通常指的是属性不同的类型的区分，如按地质成因岩石可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩等，是无序的。

而“级”是“等级”的意思，有量的概念，一般将有“量”的划分称为“分级”，因此，本标准采用“分级”一词，而不用以往比较流行的“分类”一词。

　　此外，本标准采用“工程岩体”一词，旨在明确指出其对象是与岩石工程有关的岩体，是工程结构的一部分，共同承受荷载，是工程整体稳定性评价的对象。

至于“岩石”一词，一般多指小块的岩石或岩块，而建设工程总是以一定围的岩体（并不是小块岩石）为其地基或环境的。

只是由于习惯上多称这类工程为“岩石工程”，“岩体工程”的提法少见，故本标准仍采用“岩石工程”一词。

　　1.0.2

本标准适用于各类型岩石工程，如矿井、巷道，水工、铁路和公路隧洞，地下厂房、地下采场、地下仓库等各种地下洞室工程；

闸坝、桥梁、港口、工业与民用建筑物的岩石地地，以及坝肩、船闸、渠道、露天矿、路堑、码头等各类地面岩石开挖形成的岩石边坡。

　　由于工程建设各阶段的地质勘察、岩石力学试验的工作深度和数量不同，据以确定的工程岩体级别的代表性和准确性也不同。

随着设计阶段的深入，获得更多的勘察、试验资料，重复使用本标准，逐步缩小划分单元，使定级的代表性和准确性提高。

对于某些大型或重要工程，在施工阶段，还可进一步用实际揭露的岩体情况检验、修正已定的岩体级别。

　　本标准属于标准第二层次的通用标准，适用于各部门、各行业的岩石工程。

考虑到岩石工程建设和使用的行业特点，各部门还可根据自己的经验和实际需要，在本标准的基础上进一步作出详细规定，制定行业的工程岩体分级标准。

　　1.0.3

国外现有的各种岩体分级方法，或是定性或是定量，或是定性与定量相结合的方法，且多以前两种方法为主。

定性分级，是在现场对影响岩体质量的诸因素进行鉴别、判断，或对某些指标作出评判、打分，可从全局上去把握，充分利用工程实践经验。

但这一方法经验的成份较大，有一定人为因素和不确定性。

定量分级，是依据对岩体（或岩石）性质进行测试的数据，经计算获得岩体质量指标，能够建立确定的量的概念。

但由于岩体性质和存在条件十分复杂，分级时仅用少数参数和某个数学公式难于全面、准确地概括所有情况，实际工作中测试数量总是有限的，抽样的代表性也受操作者的经验所局限。

本标准采用定性与定量相结合的分级方法，在分级过程中，定性与定量同时进行并对比检验，最后综合评定级别。

这样可以提高分级方法的准确性和可靠性。

　　由于各种类型工程岩体的受力状态不同，形成多种多样的破坏形式，它们的稳定标准是不同的。

即使对于同一类型岩石工程（如地下工程），由于各行业（各部门）运用条件上的差异，对岩体稳定性的要求也有很大差别（如地下发电厂与矿山回采巷道），而且各部门的勘察、设计、施工以及与施工技术有密切关系的加固或支护措施，都有自己的一套专门要求和做法。

　　为了编制一个统一的，各行业都能适用的工程岩体分级的通用标准，总结分析现有众多的分级方法，以及大量的岩石工程实践和岩石力学试验研究成果，按照共性提升的原则，将其中决定各类型工程岩体质量和稳定性的基本的共性抽出来，这就是只考虑岩石作为材料时的属性——岩石坚硬程度，和考虑岩石作为地质体而存在的属性——岩体完整程度，将它们作为衡量各种类型工程岩体稳定性高低的基本尺度，作为岩体分级的基本因素。

　　至于其它影响岩体质量和稳定件的属性，以及岩体存在的环境条件影响，如结构面的方向和组合、岩体初始应力、地下水状态等等，它们对不同类型岩石工程影响的程度各不相同，也与行业的要求有关，体现了各工程类型和行业的特殊性。

所以，所有这些其它因素可以作为考虑各类型工程岩体个性的修正因素，用以为各具体类型的工程岩体作进一步的定级。

　　因此，本标准规定了分两步进行的工程岩体分级方法：

首先将由岩石坚硬程度和岩体完整程度这两个因素所决定的工程岩体性质，定义为“岩体基本质量”，据此为工程岩体进行初步定级；

然后针对各类型工程岩体的特点，分别考虑其它影响因素，对已经给出的岩体基本质量进行修正，对各类型工程岩体作详细定级。

由此形成一个各类型岩石工程，各行业都能接受、都适用的分级标准。

　　岩体基本质量的分级因素

　　2.1

分级因素及其确定方法

　　2.1.1

本标准在确定分级因素及其指标时，采取了两种方法平行进行，以便互相校核和检验，提高分级因素选择的准确性和可靠性。

一种是从地质条件和岩石力学的角度分析影响岩体稳定性的主要因素，据以确定分级因素并总结国外实践经验，综合分析选取分级因素的定量指标；

另一种是采用了统计分析方法，研究我国各部门多年积累的大量测试数据，从中寻找符合统计规律的最佳分级因素。

　　影响工程岩体稳定的因素是多种多样的，主要是岩体的物理力学性质、构造发育情况、承受的荷载（工程荷载和初始应力）、应力变形状态、几何边界条件、水的赋存状态等。

这些因素中，只有岩体的物理力学性质和构造发育情况是独立于各种工程类型的，反映了岩体的某本特性。

在岩体的各项物理力学性质中，对稳定性关系最大的是岩石坚硬程度。

岩体的构造发育状况，体现了岩体是地质体的基本属性，岩体的不连续性及不完整性是这一属性的集中反映。

这两者是各种类型岩石工程的共性，对各种类型工程岩体的稳定性都是重要的，是控制性的。

这样，岩体基本质量分级的因素，应当是岩石坚硬程度和岩体完整程度。

　　至于岩石风化，虽然也是影响工程岩体质量和稳定性的重要因素，但是风化作用对工程岩体特性的影响，一方面是使岩石疏软以至松散，物理力学性质变坏，另一方面是使岩体中裂隙增多，这些已分别在岩石坚硬程度和岩体完整程度中得到反映，所以本标准没有把风化程度作为一个独立的分级因素。

　　为了应用聚类分析、相关分析等统计方法，根据工程实践经验来研究选取分级因素，收集了来自各部门、各工程的460组实测数据，从中遴选了包括岩石单轴饱和抗压强度（Rc）、点荷载强度（Is）、岩石弹性纵波速度（Vpr）、岩体弹性纵波速度Vpm）、重力密度（γ）、埋深（H）、平均节理间距（dp）（或RQD）等七项测试指标，岩体完整性指数（Kv）、应力强度比（γH／Rc）二项复合变量作为子样。

对同一工程且岩体性质相同的各区段，以其测试结果的平均值作为统计子样。

这样，最终选定的抽样总体来自各部门的103个工程，其中来自国防21个、铁道13个、水电24个、冶金和有色金属30个、煤炭8个、人防1个和建筑部门6个。

经过对抽样总体的相关分析、聚类分析和可靠性分析之后，确定岩体基本质量指标的因素的参数是Rc、Kv、dp与γ。

在这四项参数中，经进一步分析，γ值绝大多数在23～28kN／m3之间变动，对岩体质量的影响不敏感，可反映在公式的常数项中；

而Kv与dp在一定意义上同属反映岩体完整性的参数，考虑到Kv在公式中的方差贡献大于dp，并考虑国使用的广泛性与简化公式的需要，仅选用Kv。

这样，最终确定以Rc和Kv为定量评定岩体基本质量的分级因素。

这与根据地质条件和岩石力学综合分析的结果是一致的。

　　2.1.2

根据定性与定量相结合的原则，岩体基本质量的两个分级因素应当同时采用定性划分和定量指标两种方法确定，并相互对比。

　　分级因素定性划分依据工程地质勘察中对岩体（石）性质和状态的定性描述，需要在勘察过程中，对这两个分级因素的一些要素认真观察和记录。

这些资料由于获取方法直观，简便易行，有经验的工程人员易于对此进行鉴定和划分。

　　分级因素的定量指标是通过现场原位测试或取样室试验取得的，这些测试和试验简单易行，一般工程条件下都可以进行。

在某些情况下，如果进行规定的测试和试验有困难，还可以采用代用测试和试验方法，经过换算求得所需的分级因素定量指标。

对于定性划分出的各档次，给出了相应的定量指标围值，以便使定性划分和定量指标两种方法确定的分级因素可以相互对比。

　　3.2

岩石坚硬程度的定性划分

　　2.2.1

岩石坚硬程度的确定，主要应考虑岩石的成分、结构及其成因，还应考虑岩石受风化作用的程度，以及岩石受水作用后的软化、吸水反应情况。

为了便于现场勘察时直观地鉴别岩石坚硬程度，在“定性鉴定”中规定了用锤击难易、回弹程度、手触感觉和吸水反应等行之有效、简单易行的方法。

　　在本条表3.21中，规定了用“定性鉴定”和“代表性岩石”这两者作为定性评价岩石坚硬程度的依据。

在作定性划分时，应注意作综合评价，在相互检验中确定坚硬程度并定名。

　　在确定岩石坚硬程度的划分档数时，考虑到划分过粗不能满足不同岩石工程对不同岩石的要求，在对岩体基本质量进行分级时，不便于对不同情况进行合理地组合；

划分过细又显繁杂，不便使用。

鉴于上述考虑，总结并参考国已有的划分方法和工程实践中的经验，本条先将岩石划分为硬质岩和软质岩二个大档次，再进一步划分为坚硬岩、软坚硬岩、较软岩、软岩和极软岩五个档次。

　　2.2.2

岩石长期受物理、化学等自然营力作用，即风化作用，致使岩石疏松以至松散，物理力学性质变坏。

在确定代表性岩石时，仅仅说明是那种岩石是不够的，还必须指明其风化程度，以便确定风化后的岩石坚硬程度档次。

　　关于风化程度的划分或定义，国外在工程地质工作上，大都从大围的地层或风化壳的划分着眼，把裂隙密度、裂隙分布及发育情况、弹性纵波速度以及岩石结构被破坏、矿物变异等多种因素包括进去。

本条表2.2.2关于岩石风化特征的描述和风化程度的划分，仅是针对小块岩石，为表2.2.1服务的，它并不代替工程地质中对岩体风化程度的定义和划分。

是把岩体完整程度从整个地质特征中分离出去之后，专门为描述岩石坚硬程度作的规定，主要考虑岩石结构构造被破坏、矿物蚀变和颜色变化程度，而把裂隙及其发育情况等归入岩体完整程度这另一个基本质量分级因素中去。

　　在自然界里，岩石被风化的程度总是从未风化逐渐演变为全风化的，是普遍存在的一个地质现象。

本条总结了我用的划分方法，并考虑在岩石坚硬程度划分和在岩体基本质量分级时便于对不同情况加以组合，将岩石风化程度划分为未风化、微风化、弱风化、强风化和全风化五种情况。

　　2.3

岩体完整程度的定性划分

　　2.3.1

岩体完整程度是决定岩体基本质量的另一个重要因素。

影响岩体完整性的因素很多，从结构面的几何特征来看，有结构面的密度、组数、产状和延伸程度，以及各组结构面相互切割关系；

从结构面性状特征来看，有结构面的开度、粗糙度、起伏度、充填情况、充填物水的赋存状态等。

将这些因素逐项考虑，用来对岩体完整程度进行划分，显然是困难的。

从工程岩体的稳定性着眼，应抓住影响岩体稳定的主要方面，使评判划分易于进行。

经分析综合，将几何特征诸项综合为“结构面发育程度”；

将结构面性状特征诸项综合为“主要结构面的结合程度”。

　　本条表2.3.1中，规定了用结构面发育程度、主要结构面的结合程度和主要结构面类型作为划分岩体完整程度的依据。

在作定性划分时，应注意对这三者作综合分析评价，进而对岩体完整程度进行定性划分并定名。

　　表中所谓“主要结构面”是指相对发育的结构面，即开度较大、充填物较差、成组性好的结构面。

　　结构面发育程度包括结构面组数和平均间距，它们是影响岩体完整性的重要方面。

在进行地质勘察时，应对结构面组数和平均间距进行认真地测绘和统计。

我国各部门对结构面间距的划分不尽相同（表1），也有别于国外（表2）。

本条在对结构面平均间距进行划分时，主要参考了我国工程实践和有关规的划分情况，也酌情考虑了国外划分情况。

　　国有关结构面间距划分情况（m）

表1

结构类型

岩土工程勘

察规，国

标（报批稿）

铁路工程地

质技术规

（TBJ12－85）

工程地质

调查规

（ZBJ14003

-89）

水利水电工程地质综述（水利水电工程地质情报网，1991年11月）

本标准

完整（整体状）

＞1.5

＞1.0

较完整（块状）

0.75～1.5

＞0.4

0.5～1.0

0.4～1.0

较破碎（层状）

＜0.4

0.3～1.5

0.2～0.4

破碎（碎裂状）

0.25～0.5

＜0.2

＜0.3

0.2～0.5

≤0.2

极破碎（散体状）

　　国外裂隙间距划分情况（m）

　　表2

名

称

资

源

来

源

加拿大岩土工程手册，1985年（能源部华北电力设计院，1990年译）

美国工程师和施工者联合公司（冶金勘察总公司译，1979年3月）

ISO／TC182／SC／WG1《土与岩石的鉴定和分类》

极

宽

＞6.0

很

2.0～6.0

＞3.0

＞2.0

宽

的

0.6～2.0

0.9～3.0

中

0.2～0.6

0.3～0.9

密

0.06～0.2

0.05～0.3

密

0.02～0.06

＜0.05

＜0.06

＜0.02

　　在表2.3.1中所列的“相应结构类型”，是国对岩体完整程度比较流行的一种划分方法。

为了适应已形成的习惯，在使用本标准时有一个逐渐过渡的过程，列出这些结构类型以作参考。

　　本标准备条文表中的有关数据（如本条表2.3.1），均采用围值而没有给出确定的界限值，是考虑到岩体（岩石）复杂多变，有一定随机性。

这些数据只是从一个侧面反映其性质，评价时必须结合物性特征。

在划分或以后定级时，若其有关数据恰好处于界限值上，应结合物性特征作出判定。

　　2.3.2

结构面结合程度，应从各种结构面特征，即开度、粗糙状况、充填物性质及其性状等方面进行综合评价。

本条规定这几个方面容作为评价划分的依据，一是因为它们是决定结构面的结合程度的主要方面，再则也是为了便于在进行划分时适应野外工作的特点，工程师在野外观察时凭直观就能判断。

将这几方面的情况分析综合，相互搭配，划分为结合好、结合一般、结合差、结合很差四种情况。

　　开度是指结构面缝隙紧密的程度，国一些部门在工程实践中，各自作了定量划分，见表3所列。

从表中可看出开度划分界限最大值为5.0mm，最小值为0.1mm。

考虑到适用于野外定性鉴别，对大于3.0mm者，从工程角度看，已认为是开的了，再细分无实际意义；

小于1.0mm者再细分肉眼不易判别。

所以本标准确定了本条表3.3.2开度的划分界限。

　　当鉴定结构面结合程度时，还应注意描述缝隙两侧壁岩性的变化，充填物性质（来源、成分、颗粒粗细），胶结情况及赋水状态等，综合分析评价它们对结合程度的影响。

　　结构面粗糙情况，是决定结构面结合程度好坏的一个重要方面。

从工程稳定方面看，对于结构面，人们所关心的是其抗滑能力，而结构面侧壁的粗糙度程度，常在很大程度上影响着它的抗滑能力。

因此，国备方面都着力对结构面粗糙度进行鉴别和划分，这些划分方法对粗糙度尚无确切的含义和标准，仅从结构面的成风和形态来划分，较为抽象，不便使用。

再者，考虑到本标准系高层次的通用标准，也不宜作繁杂具体的规定。

　　结构面开度划分情况

表3

开度（mm）

开程度

国防工种锚喷支护技术暂行规定（解放军战士出版社，解放军总参谋部颁发，1984年）

开

＜1.0

闭合

隧道工程岩体分级探讨（铁道部科学研究院西南研究院所论文集＜第一集＞，中国铁道出版社，1997年＝

微开

0.1～0.5

＜0.1

紧闭

铁道工程地质技术规

＞5.0

宽开

3.0～5.0

1.0～3.0

密闭

水利水电工程地质测绘规定

（SDJ15－78）

1.0～5.0

0.2～1.0

＜2.0

本

标

准

　　2.4

定量指标的确定和划分

　　2.4.l

岩石坚硬程度，是岩石（或岩块）在工程意义上的最基本性质之一。

它的定量指标和岩石组成的矿物成分、结构、致密程度、风化程度以及受水软化程度有关。

表现为岩石在外荷载作用下，抵抗变形直至破坏的能力。

表示这一性质的定量指标，有岩石单轴抗压强度（Rc）、弹性（变形）模量（Er）、回弹值（r）等等。

在这些力学指标中，单轴抗压强度容易测得，代表性强，使用最广，与其它强度指标相关密切，同时又能反映出岩石受水软化的性质，因此，筛选采用单轴饱和抗压强度（Rc），作为反映岩石坚硬程度的定量指标。

　　近十几年来，岩石点荷载强度试验广泛开展，主要用于岩石分级和预估单轴抗压强度。

这项试验以其方往简便、有利于现场试验、成本低、可对未加工成型的岩块进行测试等优点，得到广泛使用，在我国已取得新的进展并积累了大量测试资料。

　　国外研究结果表明，岩石点荷载强度与单轴饱和抗压强度之间有良好的相关性，表4列举了二者之间的回归方程。

　　岩石单轴饱和抗压强度与点荷载强度关系

表4

Rc与Is（50）的关系