巖體分類與方法

1、3.2 巖體分類理論與方法,3.2 巖體分類理論與方法主要內(nèi)容,1 巖體分類的目的和意義 2 巖體分類的原則 3 分類的獨(dú)立因素 4 幾種典型的分類理論和方法,3.2 巖體分類的理論與方法,3.2.1 分類的目的與意義 （1）分析、評(píng)價(jià)工程巖體穩(wěn)定性的需要。 （2）為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計(jì)、施工和編制定額和概預(yù)算提供必要的基本依據(jù)。 （3）便于設(shè)計(jì)、施工方法的總結(jié),交流,推廣。 （4）為便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。 體現(xiàn)：安全、經(jīng)濟(jì)、發(fā)展的思想，巖體分類是巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性課題。 舉例說明,3.2.2. 分類原則,1）有明確的類級(jí)和適用對(duì)象（專題性的、綜合性的)。 （2）根據(jù)適用對(duì)象

2、，選擇考慮因素（單因素、多因素）。 （3）有定量的指標(biāo)。 （4）類級(jí)一般分五級(jí)為宜。 （5）分類方法簡(jiǎn)單明了、數(shù)字便于記憶和應(yīng)用。 發(fā)展趨勢(shì)：“多因素、綜合特征值”分類法,3.2.3 分類的獨(dú)立因素,1）巖石材料的質(zhì)量（強(qiáng)度指標(biāo)）。 （2）巖體的完整性，密集度、切割度、連續(xù)性等。 （3）巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與巖體工程的相對(duì)空間位置關(guān)系等。 （4）地下水（軟化、沖蝕、降低有效正應(yīng)力、c、） （5）地應(yīng)力（大小、最大主應(yīng)力方向） （6）其它因素（自穩(wěn)時(shí)間、位移率） 其中（1）（2）是巖石基本質(zhì)量，（3）（6）是考慮工程巖體特點(diǎn)的其它因素,3.2.4 幾種典型巖體分類理論和方法,1.按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度c

3、分類 巖石普氏系數(shù)(f=c/10)分類法 （ ，1907,極硬（f20）、 很硬（f15）、 堅(jiān)硬（f810）、 較硬（f56）、 普通（f34）、 較軟（f1.52）、 軟層（f0.81）、 松軟（f1）等8類,優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便、工程早期，普氏系數(shù)在我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)手冊(cè)、工程定額、 概預(yù)算仍沿用。 缺點(diǎn)：小尺寸試件不能反映巖體強(qiáng)度，應(yīng)予淘汰。由此可推按單軸抗壓強(qiáng) 度進(jìn)行分類的方法均應(yīng)予淘汰,2.按巖體完整性分類,a.按巖石質(zhì)量指標(biāo) RQD 分類 （Rock Quality Designation） 迪爾（Deere,D.U.) , 1963提出, 又與裂隙特性聯(lián)系1967, 1969 美國(guó)伊利諾斯

4、大學(xué)（Illinois University）教授 規(guī)定：內(nèi)徑56mm 金剛石鉆頭 RQD是選用堅(jiān)固完整的、其長(zhǎng)度大于等于10cm的巖芯總長(zhǎng)度與鉆孔長(zhǎng)度的比，百分?jǐn)?shù)表示為,工程實(shí)踐說明，RQD是一種比巖芯采取率更好的指標(biāo),用RQD值來描述巖石的質(zhì)量分級(jí),例 某鉆孔的長(zhǎng)度為250cm，其 中巖芯采取總長(zhǎng)度為200cm,而 大于10cm的巖芯總長(zhǎng)度為 157cm(如圖所示)， 則巖芯采取率： 200/250=80% RQD=157/250=63% 巖體分類為：類、中等巖體,b. 以彈性波（縱波）速度分類 依據(jù)：彈性波速變化來反映巖體結(jié)構(gòu)特性和完整性,梅里特（Merritt)提出龜裂系數(shù)(Kv,Me

5、rritt的龜裂系數(shù)巖體分類,中科院地質(zhì)所根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)的分類，列出了彈性波在各類巖體中傳播特性,日本，池田和彥，1969年提出了日本鐵路隧道圍巖分類； 先將巖質(zhì)分6類,再根據(jù)彈性波在巖體中的速度,將圍巖分為7類,巖體的地質(zhì)力學(xué)分類（CSIR分類) 畢昂斯基(Bieniaski,1973)提出RMR(Rock Mass Rating)值分類法 南非科學(xué)和工業(yè)委員會(huì)（CSIR,式中：R1-巖石抗壓強(qiáng)度評(píng)分，R2-RQD評(píng)分，R3-節(jié)理間距評(píng)分， R4-節(jié)理狀態(tài)評(píng)分， R5-地下水狀態(tài)評(píng)分， R6-節(jié)理的方向?qū)こ痰挠绊懶拚u(píng)分， 這6個(gè)指標(biāo)分別由如下各表來確定,3.按巖體綜合指標(biāo)分類1,1）與巖石

6、強(qiáng)度相關(guān)的巖體評(píng)分值R1可以用標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行單軸壓縮來確定，也可由點(diǎn)荷載試驗(yàn)確定,2）巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD評(píng)分R2,3）對(duì)應(yīng)于節(jié)理組間距的巖石評(píng)分值R3,節(jié)理間距評(píng)分值R3,4）與節(jié)理狀態(tài)相關(guān)的巖體評(píng)分值R4,5）與地下水狀態(tài)相關(guān)的巖體評(píng)分值R5,1973，南非科學(xué)和工業(yè)委員會(huì)（CSIR) 畢昂斯基(Bieniaski)提出RMR計(jì)算式 1979年，提出修正RMR計(jì)算式 為什么要考慮節(jié)理方向?qū)こ淌欠?有利（R6 ）修正前五個(gè)評(píng)分之和 ？ 看下面的幾幅圖的情況，如何,6）考慮節(jié)理方向?qū)こ淌欠裼欣麃硇拚拔鍌€(gè)評(píng)分之和R6,根據(jù)6個(gè)參數(shù)之和RMR值，把巖體的質(zhì)量劃分為五類,本分類還給出了對(duì)巖體穩(wěn)定性

7、（隧洞巖體自穩(wěn)時(shí)間）以及對(duì)應(yīng)的巖體c,值,適用：堅(jiān)硬、節(jié)理巖體，淺埋隧道 不適用：擠壓、膨脹、涌水的及軟巖體,巴頓巖體質(zhì)量分類（Q分類) 巴頓(Barton,1974)提出Q值分類法 挪威巖土工程研究所（Norwegian Geotechnical Institute)（NGI,式中：RQD-巖石質(zhì)量指標(biāo)，Jn-節(jié)理組數(shù)，Jr-節(jié)理粗糙系數(shù)， Ja-節(jié)理蝕變系數(shù)， Jw-節(jié)理水折減系數(shù)， SRF-應(yīng)力折減系數(shù),3.按巖體綜合指標(biāo)分類2,Q分類的優(yōu)點(diǎn)： 1）考慮因素相對(duì)全面； 2）適用于各種巖石（軟、硬）； Q分類的缺點(diǎn)： 沒有考慮節(jié)理方位（怕失去簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，影響通用性,我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) （

8、GB50218-94） 分兩步計(jì)算： 1）巖體基本質(zhì)量分級(jí)計(jì)算BQ 2）巖體穩(wěn)定性分級(jí)計(jì)算BQ,判斷分類,3.按巖體綜合指標(biāo)分類3,1 工程巖體分級(jí)的基本方法 1）計(jì)算BQ (1）確定巖體基本質(zhì)量 兩個(gè)指標(biāo)：巖石的堅(jiān)硬程度c； 巖體完整性指數(shù)Kv。 a.巖石堅(jiān)硬程度的確定 巖石堅(jiān)硬程度采用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)（ c,c與定性劃分的巖石堅(jiān)硬程度的關(guān)系,b.巖體完整性指數(shù)（Kv）的確定。 用彈性波測(cè)試，計(jì)算龜裂系數(shù)Kv。 選擇有代表性露頭或開挖面，對(duì)不同的工程地質(zhì) 巖組進(jìn)行節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)，節(jié)理數(shù)（Jv）(條/m3,Jv與 Kv的對(duì)照關(guān)系,Kv與巖體完整性程度定性劃分的對(duì)應(yīng)關(guān)系,2）基本質(zhì)量分級(jí) a.計(jì)

9、算巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ BQ=90+3C+250KV 式中： C巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度,MPa; KV巖體完整性指數(shù)值 注：當(dāng)C 90KV+30,代C 90KV+30 當(dāng)KV0.04 RC+0.4,代KV0.04 RC+0.4,b.按計(jì)算所得的BQ值分級(jí),2）結(jié)合工程情況，計(jì)算巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正 值BQ BQBQ100(K1+K2+K3) K1 地下水影響修正系數(shù)； K2 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)； K3 地應(yīng)力影響修正系數(shù),BQBQ100(K1+K2+K3,BQ=90+3C+250KV,按計(jì)算所得的BQ值分級(jí),BQBQ100(K1+K2+K3,2.工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用2條 （1）巖體物理力學(xué)參數(shù)的選用,2）地下工程巖體自穩(wěn)能力的確定,注：小塌方：塌方