巖體工程分類課件

巖體工程分類

1巖體分類的目的1將巖體分成形態(tài)類似的組；2對了解巖體特性提供可靠的依據(jù)；3對解決實際工程問題，提供必要的定量數(shù)據(jù)，以便進行巖石工程的規(guī)劃和設(shè)計；4為學(xué)術(shù)交流提供有效的共同基礎(chǔ)?；疽螅?條款簡單明確；2以容易測量的實測參數(shù)為基礎(chǔ)。工程巖體分類的原則1確定類級的目的和使用對象；2分類應(yīng)該是定量的，以便于用在技術(shù)計算和制定定額上；3分類的級數(shù)應(yīng)合適，不宜太多或太少，一般都分為5～6級；4工程巖體分類方法與步驟應(yīng)簡單明了，數(shù)字便于記憶，便于應(yīng)用；5由于目的、對象不同，考慮的因素也不同。各個因素應(yīng)有明確的物理意義，并且還應(yīng)該是獨立的影響因素。一般來說，為各種工程服務(wù)的工程巖體分類須考慮：節(jié)理和巖塊的工程質(zhì)量、風(fēng)化程度、地下水、巖體的各種物理力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力、工程規(guī)模和施工條件。2.巖體分類的現(xiàn)狀按包含因素多少：單因素分類法、多因素分類法按目的：綜合性分類法、專題性分類法3.按巖石質(zhì)量指標RQD分類（Deere1963年提出并完善）

l——巖芯單節(jié)長，L——同一巖層中的鉆孔長度國內(nèi)現(xiàn)狀；國外現(xiàn)狀。4.按巖體彈性波（縱波）速度分類表4-8日本鐵路隧道圍巖分類圍巖強度分類巖質(zhì)良好程度備注ABCDEF1>5.0>4.8>4.2好1.開挖面有涌水時，分類要降一級；2.膨脹型巖石（蛇紋巖、變質(zhì)安山巖、石墨片巖、凝灰?guī)r、溫泉余土）的彈性波速度值，要特殊考慮這種情況其速度值小于4.0km/s，泊桑比大于0.3；3.對風(fēng)化巖層泊桑比小于0.3時，分類要提高一級到兩級；4.單位：km/s。25.0~4.44.8~4.24.2~3.634.6~4.04.8~4.24.4~3.83.8~2.8>2.6中等44.2~3.04.4~3.84.0~3.43.4~2.82.6~2.053.8~3.24.0~3.43.6~3.03.0~2.42.2~1.61.8~1.2差6<3.4<3.6<3.2<2.6<1.81.4~0.87<1.4<1.0日本池田和野1969年提出。巖質(zhì)分級表

5.節(jié)理巖體的RMR分類方法該法是由南非的Bieniawski在1976年提出后經(jīng)過多次修改，逐漸趨于完善的一種綜合分類方法。分類依據(jù)下列參數(shù)：(1)完整巖石材料的強度；(2)巖石質(zhì)量指標（RQD）；(3)節(jié)理間距；(4)節(jié)理狀況；(5)地下水狀況。表4-9節(jié)理巖體的RMR分類標準表4-12節(jié)理走向和傾角對隧道開挖的影響走向垂直于隧道軸線走向平行于隧道軸線不論什么走向沿傾向掘進反傾向掘進傾角傾角傾角傾角傾角傾角傾角45o～90o20o～45o45o～90o20o～45o45o～90o20o～45o0o～20o非常有利有利一般不利非常有利一般不利地下開挖體未支護跨度的穩(wěn)定時間與RMR指標的關(guān)系RQD／Jn

——巖塊尺寸Jr/Ja

——巖塊間的剪切強度Jw/SRF——主動應(yīng)力為了把隧道質(zhì)量指標與開挖體的形態(tài)和支護要求聯(lián)系起來，又規(guī)定了一個附加參數(shù)，稱為開挖體的‘當(dāng)量尺寸’De

開挖體支護比取值

表4-13隧道質(zhì)量指標Q詳細分類標準項目及詳細分類數(shù)值備注1巖石質(zhì)量指標RQD(%)1在實測或報告中，若RQD《10（包括0）時，則Q名義上取10。2RQD隔5選取就足夠精確，例如取100，95，90…等。A很差0~25B差25~50C一般50~75D好75~90E很好90~1002節(jié)理組數(shù)Jn1對于巷道交叉口，?。?Jn）。2對于巷道入口處，?。?Jn）。A整體性巖體，含少量節(jié)理或不含節(jié)理0.5~1.0B一組節(jié)理2C一組節(jié)理，再加些紊亂的節(jié)理3D兩組節(jié)理4E兩組節(jié)理，再加些紊亂的節(jié)理6F三組節(jié)理9G三組節(jié)理，再加些紊亂的節(jié)理12H四組或四組以上的節(jié)理，隨機分布特別發(fā)育的節(jié)理，巖體被分成‘方糖’塊，等等15I粉碎狀巖石，泥狀物203節(jié)理粗糙度Jr1若有關(guān)的節(jié)理組平均間距大于3m，Jr按左行數(shù)值再加1.0。2對于具有線理且?guī)Р梁鄣钠矫鏍罟?jié)理，若線理指向最小強度方向，則可取Jr=0.5。a節(jié)理壁完全接觸b節(jié)理面在剪切錯動10cm以前是接觸的A不連續(xù)的節(jié)理4B粗糙或不規(guī)則的波狀節(jié)理3C光滑的波狀節(jié)理2D帶擦痕面的波狀節(jié)理1.5E粗糙或不規(guī)則的平面狀節(jié)理1.5F光滑的平面狀節(jié)理1.0G帶擦痕面的平面狀節(jié)理0.5c剪切錯動時巖壁不接觸H節(jié)理中含有足夠厚的粘土礦物，足以阻止節(jié)理壁接觸1.0I節(jié)理含砂、礫石或巖粉夾層，其厚度足以阻止節(jié)理壁接觸1.0表4-13隧道質(zhì)量指標Q詳細分類標準根據(jù)Q指標的大小把巖體分成九類，分別描述為異常差、極差、很差、差、一般、好、很好、極好、異常好RMR比較重視結(jié)構(gòu)面的方位和傾角，但未考慮到巖體的應(yīng)力。Q系統(tǒng)不考慮節(jié)理方位，但考慮了最不利節(jié)理組的特性，粗糙度和蝕變影響均代表了巖體的抗剪強度。RMR與Q系統(tǒng)的優(yōu)缺點二者都認為結(jié)構(gòu)面方位和傾角的影響都遠比通常預(yù)想的要小。RMR=9logeQ+44二者關(guān)系：使用條件：RMR適合于淺埋的堅硬巖體；Q系統(tǒng)的適用范圍更廣，也可用于破碎的軟弱富含水巖體。7.我國工程巖體分級標準（GB50218-94）1工程巖體分級的基本方法分類指標：巖石的堅硬程度；巖體的完整性巖石的堅硬程度——用巖石飽和單軸抗壓強度衡量，加工標準試件，按飽和強度測定方法，在室內(nèi)用壓力機測定。巖體的完整性——用巖體完整性系數(shù)衡量，用聲波儀測定，按以下公式計算若沒有條件測定巖石的單軸飽和抗壓強度，可根據(jù)點載荷試驗換算。巖體基本質(zhì)量指標BQ：——巖石單軸飽和抗壓強度的兆帕數(shù)值；Kv——巖體的完整性系數(shù)。表4-17巖體基本質(zhì)量分級基本質(zhì)量分級巖體基本質(zhì)量的定性特征巖體基本質(zhì)量指標（BQ）Ⅰ堅硬巖，巖體完整>550Ⅱ堅硬巖，巖體較完整；較堅硬巖，巖體完整550~451Ⅲ堅硬巖，巖體較破碎；較堅硬巖或軟硬巖互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整450~351Ⅳ堅硬巖，巖體破碎；較堅硬巖，巖體較破碎~破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整~較破碎；軟巖，巖體完整~較完整350~251Ⅴ較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎~破碎；全部極軟巖及全部極破碎巖<250地下水影響修正系數(shù)K1BQ地下水出水狀態(tài)>450450~351350~251<250潮濕或點滴狀出水00.10.2~0.30.4~0.6淋雨狀或涌流狀出水，水壓小于等于0.1MPa或單位出水量≤10L/(min*m)0.10.2~0.30.4~0.60.7~0.9淋雨狀或涌流狀出水，水壓大于0.1MPa或單位出水量大于10L/(min*m)0.20.4~0.60.7~0.91.0初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K3

BQ初始應(yīng)力狀態(tài)>550550~451450~351350~251<250極高應(yīng)力區(qū)1.01.01.0~1.51.0~1.51.0高應(yīng)力區(qū)0.50.50.50.5~1.00.5~1.0巖體物理力學(xué)參數(shù)巖體基本質(zhì)量級別重力密度（kN/m3）抗剪斷峰值強度變形模量E（GPa）泊桑比υ內(nèi)摩擦角φ（°）粘聚力C（MPa）Ⅰ>60>2.1>33<0.2Ⅱ>26.560~502.1~1.533~200.2~0.25Ⅲ26.5~24.550~391.5~0.720~60.25~0.3Ⅳ24.5~22.539~270.7~0.26~1.30.3~0.35Ⅴ<22.5<27<0.2<1.3>0.35結(jié)構(gòu)面抗剪斷峰值強度巖體級別兩側(cè)巖體的堅硬程度及結(jié)構(gòu)面的結(jié)合程度內(nèi)摩擦角（°）粘聚力（MPa）1堅硬巖，結(jié)合好>37>0.222堅硬—較堅硬巖，結(jié)合一般；較軟巖，結(jié)合好37~290.22~0.123堅硬—較堅硬巖，結(jié)合差；較軟巖—軟巖，結(jié)合一般29~190.12~0.084較堅硬—較軟巖，結(jié)合差—結(jié)合很差；軟巖、結(jié)合差；軟質(zhì)巖的泥化面19~130.08~0.055較堅硬巖及全部軟質(zhì)巖，結(jié)合很差；軟質(zhì)巖泥化層本身<13<0.05地下工程巖體自穩(wěn)能力巖體級別自穩(wěn)能力Ⅰ跨度小于20m，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊，無塌方Ⅱ跨度10~20m，可基本穩(wěn)定，局部可發(fā)生掉塊或小塌方；跨度小于10m，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊Ⅲ跨度10~20m，可穩(wěn)定數(shù)日至一個月，可發(fā)生小至中塌方；跨度5~10m，可穩(wěn)定數(shù)月，可發(fā)生局部塊體位移及小至中塌方；跨度小于5m，可基本穩(wěn)定Ⅳ跨度大于5m，一般無自穩(wěn)能力，數(shù)日至數(shù)月內(nèi)可發(fā)生松動變形、小塌方、進而發(fā)展為中至大塌方。埋深小時，以拱部松動破壞為主，埋深大時，有明顯塑性流動變形和擠壓破壞；跨度小于5m，可穩(wěn)定數(shù)日至一個月Ⅴ無自穩(wěn)能力巖體質(zhì)量評價及其分類的發(fā)展趨勢1采用多因素綜合指標的巖體分類。在分類中力求充分考慮各種因素的影響和相互關(guān)系，重視巖體的不連續(xù)性，把巖體的結(jié)構(gòu)和巖石質(zhì)量因素作為影響巖體質(zhì)量的主要因素和指標；2向定性和定量相結(jié)合的方向發(fā)展；3利用簡易巖體力學(xué)測試（如鉆孔巖心、波速測試、點荷載實驗等）研究巖體特性，初步判別巖類，減少費用昂貴的大型試驗，使巖體分類簡單易行；4重視新理論、新方法在巖體分類中的應(yīng)用。計算機等先進手段的迅速發(fā)展，使一些新理論、新方法（如專家系統(tǒng)、人工智能、模糊評價等）相繼應(yīng)用于巖體分類中，出現(xiàn)了一些新的分類方法；5強調(diào)巖體工程分類與巖體力學(xué)參數(shù)估算的定量關(guān)系的建立，與工程巖體處理方法、施工方法相結(jié)合。巖石結(jié)構(gòu)面充填物巖體+