第五章 工程岩体分类.docx

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第五章工程岩体分类

第五章工程岩体分类

第一节分类的目的与原则

为了便于异地试验成果、施工经验及研究成果的交流，合理地进行岩体工程的设计、施工，保证工程的安全和稳定，需要进行岩体分类。

岩体复杂、理论不完善、靠经验。

从定性和定量两个方面来评价岩体的工程性质，根据工程类型及使用目的对岩体进行分类，这也是岩体力学中最基本的研究课题。

一、分类的目的

（1）进行岩体质量评价，为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据和参数。

（2）便于施工方法的总结,交流,推广。

（3）为便于行业内技术改革和管理。

二、分类原则

（1）有明确的岩体工程背景和适用对象。

（2）尽量采用定量参数或综合指标，以便于工程技术计算和制订定额时采用。

（3）分类的级数应合适，一般分五级为宜。

（4）分类方法与步骤应简单明了、分类参数容易获取、分类中的数字便于记忆和应用。

（5）根据适用对象，选择考虑因素。

选择有明确物理意义、对岩体质量和危岩稳定性有显著影响的分类因素。

趋势：

“综合特征值”分类法。

即，多因素综合考虑，以及定量与定性、动态与静态相结合进行分类。

三、分类的控制因素

工程岩体分类方法虽然多达几十种，但通常在分类中起主导和控制作用的有如下几方面因素：

（1）岩石材料的质量（强度指标）

岩石强度是岩体固有的承载能力天然属性．是评价工程岩体稳定性的重要参数。

表示岩石强度的参数，通常由室内岩块试验获得，包括岩石的抗压强度、抗拉强度和杭剪强度等。

岩石的单轴抗压强度试验简单、参数直观、便于记忆、使用方便、符合工程岩体分类原则，因此几乎所有的工程岩体分类都用岩石的单轴抗压强度作为分类指标。

（2）岩体的完整性，结构面产状、密度、声波等。

通过对岩体性质的学习可知，岩体的完整性取决于岩体内结构面的空间分布状态、分布密度、开度、充填状态及其充填物质的特性等因素。

它直接影响岩体工程质量的优劣和工程围岩的整体稳定性，所以岩体完牲性的定量指标是表征岩体工程性质的重要参数。

（3）水稳状态（软化、冲蚀、弱化）

水对岩体的影响在前面已提及，包括两个方面：

一方面是岩石及结构面充填物的物理化学作用，使其物理力学性质劣化；另一方面是水与岩体在相互耦合作用下的力学效应，包括裂隙水压力与渗流动水压力等力学作用效应，直接影响岩体下程的稳定性。

在工程岩体的分类中通常根据岩体的单位出水量来修正分类指标，用软化系数来表示岩体强度的降低程度。

（4）地应力

岩体的变形、破坏，工程的稳定性均与地应力有关，所以．地应力应该是工程岩体分类中的重要因素之一。

但因其地应力测量困难、存在区域性、无法用统一指标描述，故通常并没有作为独立因素考虑。

（5）其它因素（自稳时间、位移率）

围岩的稳定性是以上各因素的综合反映。

分类中，通常用自稳时间（开挖至冒落或塌方的时间）反映工程的稳定性。

或用工程顶部沉降（位移）量来反映工程的稳定性。

二者是易测得直观参数。

其中：

岩性是最重要因素

四、分类方法

按分类目的，可分为综合性分类和专题性分类两种；

按分类所涉及的因素多少，可分为单因素分类法和多因素分类法两种。

本章分别介绍几种典型的单因素和多因素分类方法。

第二节工程岩体的单因素分类

一、按岩块的单轴抗压强度分类

是最基本、最简单、应用最广泛的分类方法。

而且常用的多因素综合分类中一般都将岩块的单轴抗压强度作为重要因素考虑。

如：

普氏强度分类法；

迪尔和米勒1966年提出的按干岩块单轴抗压强度分类方法（表5-1）：

我国《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）参考迪尔方法，以新鲜岩块饱和单轴抗压强度为指标，将岩块也分为五类：

见P121表2-9。

二、按岩体波速分类

岩体波速（弹性波在岩体中的传播速度）与岩体的均匀性和完整性密切相关。

一般：

岩体越致密、完整，波速越大；岩体中结构面越多波速越小。

因此，可按波速将岩体进行完整性分类。

岩体中传播的弹性波分为纵波（P）和横波（S），P波为压缩，S波为剪切波，P波速度较快，便于测试，因此岩体分类时一般用P波。

将同一岩性的岩体波速和岩块波速值班的平方定义为岩体完整性系数K，又称裂隙系数。

——弹性波在岩体内的传播速度；

——弹性波在岩块内的传播速度；

在我国《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）中，按岩体完整性系数K，将岩体的完整程度分为五类：

P121表2—10。

三、按岩石体质量指标（RQD）分类

1963年美国学者迪尔提出了岩石质量指标分类方法，后来又逐步完善。

RQD（RockQualityDesignation）——对钻孔取出的岩芯进行统计，将坚硬完整的、长度等于或大于10cm的岩芯总长度与钻孔长度之比，并用百分数表示，即：

其中：

h——单节长度大于或等于10mm的岩芯长度，cm;

L——取芯钻孔总长度，cm。

注意：

①钻孔直径75mm;②原有裂隙面？

。

RQD是反映岩体完整性和岩石质量的有效指标，获取方便，概念简单明确，因此得到了广泛应用。

通常按RQD可将岩体分为五类，见表5-6。

（P119表2-7）

1976年，Priest等人根据RQD的定义，提出了勘测线确定RQD的方法。

（在岩体暴露面布置测线）

四、按巷道围岩稳定性分类

1950年，斯梯尼提出了根据巷道围岩的稳定性的分类方法，见表5-7。

五、按岩体结构类型分类

曾在工程地质课中讲到岩体的结构特征和结构类型。

中科院地质研究所谷德振教授提出岩体结构类型分类方法。

他将岩体结构归纳为四类：

见P120表2-8。

分类特点：

考虑到各类结构的地质成因，突出了岩体的工程地质体征。

对重大的岩体工程地质评价，是一种较好的分类方法，因此在国内外影响很大。

我国《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）也采纳了这种分类方法。

第三节工程岩体多因素综合分类

实际的工程岩体往往受到各种因素的影响，要想较准确、全面地评价工程岩体的质量，就应尽可能多地考虑这些因素进行综合分类。

多因素综合分类法——从影响工程岩体质量的多种参数中综合提取一种指标进行分类。

下面介绍几种典型的分类方法。

一、岩体质量分级法

我国国标《工程岩体分级标准》（GB50218-94）提出两步分级的方法：

第一步，按岩体基本质量指标BQ初步分级（单轴抗压强度、完整性系数）；

岩体的坚硬程度和岩体完整程度决定了岩体的基本质量，是岩体的固有属性，是有别于工程因素的共性。

基本质量好，则稳定性好，反之亦然。

所以有必要进行基本质量分级。

第二步，考虑其他影响因素对BQ指标进行修正（天然应力、地下水、结构面方位等），并按修正后的BQ进行详细分级。

1.岩体基本质量指标（BQ）计算与基本质量分级

（1）岩体基本质量指标（BQ）的计算：

以103个典型的岩体工程为抽样总体，采用多元逐步回归和判别分析的方法，建立了岩体基本质量指标表达式：

式中：

BQ——岩体基本质量指标；

σcw——岩石单轴饱和抗压强度，MPa；

Kv——岩体完整性系数；

公式使用条件：

P122

（2）岩体基本质量分级

按BQ值和岩体质量的定性特征将岩体划分为5级，如P122表2-12。

2.岩体基本质量指标的修正

岩体基本质量指标确定时只考虑了两个重要因素（σcw、Kv）。

工程岩体的稳定性，还与地应力、地下水、结构面有关，应结合工程特点，考虑各影响因素来修正质量指标，作为工程岩体分级的依据。

式中：

［BQ］——岩体基本质量指标修正值；

BQ——岩体基本质量指标；

K1——地下水影响修正系数；

K2——主要软弱结构面产状影响修正系数；

K3——原岩应力影响修正系数。

K1、K2、K3可分别由表2-14、2-13、2-14确定。

P122

根据修正后的［BQ］仍查表2-12，确定岩体质量分级。

根据岩体质量分级可估计岩体的物理力学性质和自稳能力，表2-16。

二、岩体地质力学分类（CSIR分类）

南非科学与工业委员会（CSIR）提出。

分类指标：

RMR（RockMassRating），由岩块强度、RQD、节理间距、节理状态、地下水等5种指标组成。

分类步骤：

（1）椐各指标数值按表2-17A的标准评分，并求和得总评分RMR值；P124

（2）考虑到结构面产状与工程相对位置的关系，按表2-7B和表2-18对总分中的节理方向评分作适当的修正；

（3）用修正的总分对照表2-17C，确定岩体级别。

方法特点：

RMR分类综合考虑了影响岩体稳定的主要因素，参数概念明确，取值方便。

因此得到了较广泛的应用。

注意：

该方法主要适用于坚硬岩体的浅埋洞室，对于软弱岩体不适用。

三、巴顿隧道岩体质量（Q）分类

巴顿等人总结了200多个隧道工程的岩体力学规律，1974年提出了隧道围岩Q分类方法。

六个参数：

RQD、岩体裂度（节理组数）影响系数Jn、结构面岩壁强度降低系数Ja、应力折减系数SRF、结构面粗糙度系数Jr和地下水的影响系数Jw。

经过统计分析后，提出了一个表示岩体质量好坏的Q值：

反映了岩体质量的三个方面：

岩体的完整性；结构面的形态、充填物特征及其次生变化程度；水及其他应力存在时对岩体质量的影响。

方法特点：

考虑的地质因素较全面；定性定量相结合；软硬岩体均适用；尤其是及其软弱的岩体推荐使用。

四、我国不同行业的多因素综合性围岩分类

多因素综合性工程围岩分类研究工作在我国开展较早，发展较快。

20世纪80年代前后，国内地质、煤炭、铁路、水电、公路、军工等行业和部门，参考了国际先进的围岩分类方法，陆续提出了比较适合本部门特点的工程围岩分类方法。

如：

煤炭系统围岩分类（由好到坏分为Ⅰ~Ⅴ类）；公路隧道围岩分类（由好到坏分为Ⅰ~Ⅵ类）。

具体分类请参看《岩石力学》。