普氏岩石硬度系数知识.docx
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普氏岩石硬度系数知识
普氏系数是单轴抗压强度除以10
极硬（f＝20）、很硬（f＝15）、坚硬（f＝8～10）、
较硬（f＝5～6）、普通（f＝3～4）、较软（f＝～2）、
软层（f＝～1）、松软（f＜1）等8类。
额分类
普氏分类
土壤及岩石名称
天然湿度下平均容重
极限压碎强度
用轻钻孔机钻进1m
开挖方法及工具
紧固系数
Kg/m3
Kg/cm2
min
f
四类土壤
Ⅳ
土含碎石重粘土，其中包括石炭纪、侏罗纪的硬粘土
1950
－
－
用尖锹并同时用镐和撬棍开挖
~
含有碎石、卵石、建筑碎料和重达25kg的顽石（总体积10%以内）等杂质的肥粘土和重壤土
1950
冰碛粘土，含有重量在50kg以内的巨砾，其含量为总体积10%以内
2000
泥板岩
2000
不含或含有重量达10kg的顽石
1950
松石
Ⅴ
含有重量在50kg以内的巨砾（占体积10%以上）的冰碛石
2100
小于200
－
部分用手凿工具、部分用爆破米开挖
~
矽藻岩和软白垩岩
1800
胶结力弱的砾岩
1900
各种不坚实的版岩
2600
石膏
2200
次坚石
Ⅵ
凝灰岩、和浮石
1100
200~400
用风镐的爆破法来开挖
2~4
灰岩多孔和裂隙严重的石灰岩和介质石灰岩
1200
中等硬变的片岩
2700
中等硬变的泥灰岩
2300
Ⅶ
石灰石胶结的带有卵石和沉积岩的砾石
2200
400~600
用爆破方法开挖
4~6
风化的和有大裂缝的粘土质砂岩
2000
坚实的泥板岩
2800
坚实的泥灰岩
2500
Ⅷ
砾质花岗岩
2300
600~800
用爆破方法开挖
6~8
泥灰质石灰岩
2300
粘土质砂岩
2200
砂质云片岩
2300
硬石膏
2900
普坚石
Ⅸ
严重风化的软弱的花岗岩、片麻岩和正长岩
2500
800~1000
用爆破方法开挖
8~10
滑石化的蛇纹岩
2400
致密的石灰岩
2500
含有卵石、沉积岩的碴质胶结的砾岩
2500
砂岩
2500
砂质石灰灰质片岩
2500
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定额分类
普氏分类
土壤及岩石名称
天然湿度下平均容重
极限压碎强度
用轻钻孔机钻进1m
开挖方法及工具
紧固系数
Kg/m3
Kg/cm2
min
f
一、二类土壤
Ⅰ
砂
1500
－
－
用尖锹开挖
~
砂壤土
1600
腐殖土
1200
泥炭
600
Ⅱ
轻壤土和黄土类土
1600
－
－
用锹开挖并少数用镐开挖
~
潮湿而松散的黄土，软的盐渍土和碱土
1600
平均15MM以内的松散而软的砾石
1700
含有草根的密实腐殖土
1400
－
－
用尖锹开挖并少数用镐开挖
~~
含有直径在30MM以内根类的泥炭和腐殖土
掺有卵石、碎石和石屑的砂和腐殖土
含有卵石、或碎石杂质的胶结成块的填土
含有卵石、碎石和建筑料杂质的砂壤土
三类土壤
Ⅲ
肥粘土其中包括石炭纪、侏罗纪的粘土和冰粘土
1800
－
－
用尖锹并同时用镐和撬棍开挖（30%）
~
重壤土、粗砾石、粒径为15-40MM的碎石或卵石
1750
干黄土和掺有碎石或卵石的自然含水量黄土
1790
含有直径大于30MM根类的腐殖土或泥炭
1400
掺有碎石或卵石和建筑碎料的土壤
1900
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定额分类
普氏分类
土壤及岩石名称
天然湿度下平均容重
极限压碎强度
用轻钻孔机钻进1m
开挖方法及工具
紧固系数
Kg/m3
Kg/cm2
min
f
普坚石
Ⅹ
白云石
2700
1000~2000
用爆破方法开挖
10~12
坚固的石灰岩
2700
大理岩
2700
石灰岩质胶结的致密砾石
2600
坚固的砂质片岩
2600
特坚石
Ⅺ
粗花岗岩
2800
1200~1400
用爆破方法开挖
12~14
非常坚硬的白云岩
2900
蛇纹岩
2600
石灰质胶结的含有火成岩之卵石的砾石
2800
石英胶结的坚固砂岩
2700
粗粒正长岩
2700
Ⅻ
具有风化痕迹的安山岩和玄武岩
2700
1400~1600
用爆破方法开挖
14~16
片麻岩
2600
非常坚固的石灰岩
2900
硅质胶结的含有火成岩之卵石的砾岩
2900
粗石岩
2600
ⅩⅢ
中粒花岗岩
3100
1600~1800
用爆破方法开挖
16~18
坚固耐用的片麻岩
2800
辉绿岩
2700
玢岩
2500
坚固的粗面岩
2800
中粒正长岩
2800
ⅩⅥ
非常坚硬的细粒花岗岩
3300
1800~2000
用爆破方法开挖
18~20
花岗岩麻岩
2900
闪长岩
2900
高硬度的石灰岩
3100
坚固的玢岩
2700
ⅩⅤ
安山岩、玄武岩、坚固的负页岩
3100
2000~2500
用爆破方法开挖
20~25
高硬度的辉绿岩和闪长岩
2900
坚固的辉长岩和石英岩
2800
ⅩⅥ
拉长玄武岩和橄榄玄武岩
3300
大于2500
小于60
用爆破方法开挖
大于25
：
小塌方：
塌方高度<3m，或体积<30m3；
中塌方：
塌方高度3～6m，或体积30～100m3；
大塌方：
塌方高度>6m，或体积>100m3；
表1-9按坚固性系数对岩石可钻性分级表
岩石
级别
坚固
程度
代表性岩石
f
Ⅰ
最坚固
最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的岩石。
20
Ⅱ
很坚固
很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩。
15
Ⅲ
坚 固
致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石。
10
Ⅲa
坚 固
坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗岩。
8
Ⅳ
比较坚固
一般的砂岩、铁矿石
6
Ⅳa
比较坚固
砂质页岩，页岩质砂岩。
5
Ⅴ
中等坚固
坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾石。
4
Ⅴa
中等坚固
各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩。
3
Ⅵ
比较软
软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤。
2
Ⅵa
比较软
碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，坚固的煤，硬化的粘土。
Ⅶ
软
软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。
1
Ⅶa
软
软砂质粘土、砾石，黄土。
Ⅷ
土 状
腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。
Ⅸ
松散状
砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤。
Ⅹ
流沙状
流沙，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤。
奥国矿物学家摩氏（FrederichMohs）创立一种硬度表，作为评判矿物硬度的标准。
最软者为滑石，最硬者为金刚石，共有十种矿物，定为十级，分别为：
滑石（Talc）
石膏（Gypsum）
指甲
方解石（Calcite）
铜币
萤石（Fluorite）
磷灰石（Apatite）
钢刀
玻璃-6
正长石（Orthoclase）
钢锉
石英（Quartz）
黄玉（Topaz）
刚玉（Corundum）
金刚石（Diamond）
摩氏硬度表中所刊载的数字，并没有比例上的关系。
例如正长石硬度6，并不表示他是方解石硬度的两倍，数字的大小仅表明硬度排行而已。
当鉴定硬度时,如果没有以上的摩氏硬度计,可用其他东西代替,如小刀其硬度约为;铜币约为至4;指甲约为2至3;玻璃硬度为6。
关于矿石硬度等级的划分
矿石硬度等级
Kg/cm2
普氏硬度系数
可碎性系数
可磨性系数
岩石实例
很软
<200
<2
~
石膏，石板岩
软
200~800
2~8
~
~
泥灰岩、石灰石
中硬
800~1600
8~16
硫化矿，硬质页岩
硬
1600~2000
16~20
~
~
硅化页岩铁矿，硬沙岩
很硬
>2000
>20
~
硬花岗岩，玄武岩，含铁石英岩
M.M.普罗托齐雅科诺夫基于实际工程观察和模型试验结果，提出了天然平衡拱法分析围岩应力。
此法在我国简称为普氏fk法，得到了普遍的应用。
此法认为，洞室开挖后围岩一部分砂体失去平衡而向下塌落，塌落部位以上和两侧砂体，处于新的平衡状态而稳定。
塌落边界轮廓呈拱形。
若洞室侧围砂体沿斜面滑动，洞顶仍塌落后呈拱形。
若有支撑或衬砌，作用在支撑或衬砌上的压力，便是拱圈以内塌落的砂体重量，而拱圈以外的砂体已维持自身平衡。
这个拱便称为“天然平衡拱”。
设洞壁铅直，把侧围三角形滑塌体内最大主应力方向视为铅直的，则天然条件下滑塌斜面就会与侧壁呈45°－φ/2的夹角。
由此，对散粒土体根据静力平衡的平面问题做出假定条件后，便可求出拱圈（塌落体）高度。
普氏将此方法推广到岩体上，认为被许多裂隙切割的岩体也可以视为具一定凝聚力的松散体，并认为坚固系数为岩石抗压强度的1／100；对fk＜4的岩土，按上述方法计算洞顶和洞壁的围岩压力；对fk＞4的岩石，则只有洞顶出现围岩压力，一般没有侧壁围岩压力。
fk反映了岩土强度特性。
软弱岩石fk值均小于4，土的fk值均小于。
对于4＝0的浮砂及饱水淤泥，一般可按静水压力原则计算围岩压力。
普氏平衡拱理论有一定优点，把塌落体的重量视为围岩压力，很直观，易理解，也有理论根据。
但把所有围岩塌落体均视为拱形，便有很大局限性。
实际上，除一般土体外，岩体塌落体大都不呈拱形。
普氏理论完全不考虑岩体结构、构造应力，特别是围岩应力重分布的影响。
目前，由于长期实践，多数部门仍沿用坚固系数fk，并按fk法确定围岩塌落的拱高度，计算围岩压力。
当确定岩体坚固系数时，使其带有经验性质的系数，即反映了岩体具体的地质条件，如岩性、风化破碎及构造特征等，便更符合实际。
尽管如此fk法最好只用于土体和软弱岩体，对坚硬岩石的围岩应具体分析岩体结构等特征，去确定围岩压力
熟悉新奥法施工的原理和技术要点；了解矿山法（爆破法）的原理及技术要点；熟悉掘进机法、盾构法的特点及适用条件；了解太沙基理论的
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