關(guān)于工程巖體分級(jí)方法的綜述

關(guān)于工程巖體分級(jí)方法的綜述摘要：綜合分析我國現(xiàn)行的工程巖體分級(jí)特征，重點(diǎn)介紹巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)在根據(jù)巖石的強(qiáng)度、巖體的完整性、地下水條件、初應(yīng)力狀況等多方面因素下進(jìn)行巖體分級(jí)，從而指導(dǎo)實(shí)地工程建設(shè)，并討論與Ｑ分類法和RＭR分類法的關(guān)系，在發(fā)展中他們有趨于統(tǒng)一和向國際標(biāo)準(zhǔn)接軌的趨勢(shì)。關(guān)鍵字：工程巖體分級(jí)；國標(biāo)；巖體基本質(zhì)量1.1巖體分級(jí)的重要性隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和土地資源的日益減少，水利水電、鐵道、交通、礦山、工業(yè)與民用建筑等各種類型、不同用途的巖體工程逐漸增多。質(zhì)量高、穩(wěn)定性好的巖體，不需要或只需要很少的加固支護(hù)措施，就可以保證工程施工和使用的安全；質(zhì)量差、穩(wěn)定性不好的巖體，常常會(huì)給工程的施工和使用帶來諸多的安全隱患，甚至?xí)诠こ痰氖┕ず褪褂眠^程中出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害，需要采取復(fù)雜加固措施來保證工程施工和使用的安全[8]。因此，在工程建設(shè)中，準(zhǔn)確而及時(shí)地進(jìn)行工程巖體的穩(wěn)定性判斷，對(duì)于保證工程施工和使用的安全具有十分重要的意義。１.２經(jīng)過巖土工程界半個(gè)世紀(jì)的努力，目前巖體分級(jí)指標(biāo)已形成了國標(biāo)體系。自上世紀(jì)50～60年代開始，工程巖體分級(jí)問題引起了國外巖土工程界的廣泛關(guān)注。國外學(xué)者提出了許多工程巖體分級(jí)方法，并在工程中得到了不同程度的應(yīng)用。自上世紀(jì)70年代以后，國內(nèi)的巖土工程界也開始了工程巖體分級(jí)方法的研究，以谷德振、黃鼎成[6]等為代表，在學(xué)習(xí)和消化國外研究成果，總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一些工程巖體分級(jí)方法，制定了相應(yīng)的工程巖體分級(jí)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速和健康發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)。自上世紀(jì)90年代以來，對(duì)國內(nèi)外的研究成果及工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，形成了現(xiàn)在《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》它是由水利部、建設(shè)部、鐵道部等部門組織有關(guān)單位共同起草制定的適用于各種巖體工程的統(tǒng)一分級(jí)方法。屬于國家最高層次的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，適用于各行業(yè)、各種類型巖石工程的巖體分級(jí)，是制定各行各業(yè)巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的基本依據(jù)。1.3巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)多屬于綜合分級(jí)，考慮巖石的強(qiáng)度、巖體的完整性、地下水條件、初應(yīng)力狀況等多方面因素。巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是一種多因素多指標(biāo)、定性與定量相結(jié)合的分級(jí)方法,它分兩步對(duì)工程巖體定級(jí)，即：先對(duì)巖體的基本質(zhì)量劃分級(jí)別，根據(jù)巖體固有并獨(dú)立于工程類型的地質(zhì)屬性—巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)基本因素確定巖體基本質(zhì)量的定性特征和定量指標(biāo),進(jìn)而綜合確定巖體質(zhì)量級(jí)別,按照其穩(wěn)定性分為5級(jí),Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>>Ⅳ>Ⅴ；再針對(duì)巖體的具體條件做出修正，根據(jù)各類工程特點(diǎn),考慮影響工程巖體基本質(zhì)量的其他重要因素，利用地下水條件、巖體主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和初應(yīng)力狀態(tài)對(duì)巖體基本質(zhì)量的影響等修正系數(shù),對(duì)巖體基本質(zhì)量(BQ值)進(jìn)行修正,再確定具體工程巖體級(jí)別。1.4《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》國家規(guī)范的制定過程中均已考慮到了同國際接軌[8]。國外工程巖體分級(jí)較早，在進(jìn)入20世紀(jì)70年代后,巖體的分類就已由定性向定量、由單因素(單指標(biāo))向多因素(或多指標(biāo))方向發(fā)展。我國對(duì)巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)研究開展的比較晚，工程巖體分級(jí)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)在制定時(shí)，充分綜合考慮國內(nèi)與國外巖體分級(jí)發(fā)展成果，避免單因數(shù)的局限性及定性的不確定性，同國際接軌。２綜述《巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》特征２.1《巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》考慮因素國標(biāo)分級(jí)采用分兩步走的方法進(jìn)行工程巖體分級(jí)，即:先對(duì)巖體的基本質(zhì)量劃分級(jí)別;再針對(duì)巖體的具體條件作出修正，確定工程巖體級(jí)別。國標(biāo)分級(jí)采用定性與定量相結(jié)合、經(jīng)驗(yàn)判斷與測(cè)試計(jì)算相結(jié)合的方法進(jìn)行。基本質(zhì)量分級(jí)主要考慮巖石的堅(jiān)硬程度和巖體的完整程度2個(gè)分級(jí)因素。巖石的堅(jiān)硬程度的定量指標(biāo)用巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度Rc表征；其定性指標(biāo)是在現(xiàn)場(chǎng)通過錘擊巖石聲音的清脆程度、擊碎難易程度、錘擊回彈情況以及吸水反映情況來確定。巖體的完整程度的定量指標(biāo)用巖體完整性系數(shù)Kv值，即巖體與巖塊彈性波波速之比的平方來表征；定性指標(biāo)是在現(xiàn)場(chǎng)通過調(diào)查結(jié)構(gòu)面的組數(shù)、平均間距、張開度、充填物情況來確定。各種工程巖體在初步定級(jí)時(shí)，可直接采用按基本質(zhì)量確定的級(jí)別，詳細(xì)定級(jí)時(shí)，應(yīng)結(jié)合不同工程類型的特點(diǎn)，考慮各種影響因素進(jìn)行修正。因而需要考慮的修正因素還有：地下水、主要軟弱結(jié)構(gòu)面及其產(chǎn)狀與地下酮室軸線的關(guān)系、初始應(yīng)力狀態(tài)的影響等等。根據(jù)各方面的工程經(jīng)驗(yàn)，分別列表對(duì)這些影響因素給出修正系數(shù)：k1，k2，k3，按照下列公式計(jì)算巖體基本質(zhì)量指標(biāo)的修正值，由此修正值就可以最終確定地下工程巖體的級(jí)別。k1通過對(duì)地下水的滲漏狀態(tài)，并進(jìn)一步根據(jù)水壓大小和單位出水量，結(jié)合所在ＢＱ范圍，查表計(jì)算。主要軟弱結(jié)構(gòu)面及其產(chǎn)狀與地下酮室軸線關(guān)系的影響因素k2根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察巖石結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和與洞軸線夾角得出。初始應(yīng)力影響修正因k3素也要通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定查表計(jì)算，因測(cè)試技術(shù)要求很高，花費(fèi)較大，在無實(shí)測(cè)資料時(shí)應(yīng)如何評(píng)估巖體初始應(yīng)力狀態(tài)，除少數(shù)重大工程項(xiàng)目外，只能靠分析、評(píng)估來確定。如上圖1分級(jí)因素。群圖1巖摔體分級(jí)考慮窯因素翅２.２《卡巖體分級(jí)標(biāo)換準(zhǔn)》定級(jí)方介法榜對(duì)巖體進(jìn)行射初步定級(jí)，饞巖體基本質(zhì)豆量指標(biāo)BQ報(bào)值計(jì)算公式南：BQ=9廚0+3Rc輔+250K右v。巖石單已軸飽和抗壓言強(qiáng)度Rc，極當(dāng)無法取得冒實(shí)測(cè)值時(shí)，貌可根據(jù)實(shí)測(cè)停的巖石點(diǎn)荷渠載強(qiáng)度指數(shù)轟I織墓0.75牙S(50)歌[1]豬,柴R牌C少=22.8好2漠I雄賭0.75唯S(50)枯，會(huì)R牲C破=30～6頭0MPa較血硬,1傅5～30較唐軟,5掘～15軟巖蹤,<5權(quán)極軟鋤。起巖體完整程稻度的定量指巧標(biāo)采用的是懲巖體完整性孔指數(shù)Kv的棍實(shí)測(cè)值，即笛K俗V剪=(V齊pm密/V嫩pr慰)暢2基,稅其中拒洲V亮pm殼——巖體揭中縱波聚波速(k蛋m/s),換V微pr腐——巖石羊中縱波心波速(k尿m/s)筐；但有些嘴工程中，沒臂有條件取得踐實(shí)測(cè)值時(shí)，器可采用巖體拾體積節(jié)理數(shù)才Jv按表一蘭確定。巖石癥完整性系數(shù)挎K腹V兵=(V糾pm爭(zhēng)/V括pr左)災(zāi)2亂,外處V微pm蓄——巖體波螞速(km隱/s),凡V瞇pr尸——巖石波僵速(km合/s)柏也可用采侮巖體體積節(jié)能理數(shù)Jv確嘴定，如下表值一。栗表一：公K敘V超分級(jí)狀態(tài)與擾Jv的關(guān)系豬：市K繳V原揀>此0.75案完整（雜或塔當(dāng)體積節(jié)理杜數(shù)J鎮(zhèn)V襪<磁3略條/m問3誦）較K嗎V好=0.55岸～0.75燕較完整(潮或霉當(dāng)體積節(jié)理折數(shù)J芽V鎮(zhèn)=3～10魂條/m誕3齡)些K賄V段=0.35藏～0.55亞較破碎(限或斯當(dāng)體積節(jié)理監(jiān)數(shù)J拼V諸=10～2悄0條/m蕉3偏)薯K碎V犁=總0.35櫻～但0.15吃破碎塔(圖或固當(dāng)體積節(jié)理懷數(shù)J逗V翻=乏20焦～賽35霧條/m精3籠)刷K銜V技<恭0.15淋極破碎殺(偵或哨當(dāng)體積節(jié)理暮數(shù)J魔V饒>牌35獅條/m鉆3隊(duì))蓄由BQ=9剛0+3Rc康+250K陶v，巖體初償步分為穗Ⅰ害(BQ>兼550)、唇Ⅱ局(BQ=5凝0~451抹)、明Ⅲ閱0~351袍）、扒Ⅳ作（BQ=3睬50~25徐1）、扎Ⅴ勁（BQ歌≤傻250）共霞五級(jí)。枝當(dāng)工程中遇按到地下水、彎巖體穩(wěn)定性雪受軟弱結(jié)構(gòu)雁面影響時(shí)，籃應(yīng)該結(jié)合不唯同工程類型洪的特點(diǎn)，進(jìn)昌行詳細(xì)分級(jí)盒，考慮各種咬影響因素進(jìn)粉行修正期——店K遷1沸：地下水域影響網(wǎng)修正品系數(shù)種,每恢K烤2擋：兼主要?dú)ぼ浫踅Y(jié)構(gòu)面血產(chǎn)狀影響牙修正系數(shù)慚,K久3仁：初始應(yīng)力碼狀態(tài)影響喊修正系數(shù)等狹。[BQ]甘=BQ一1盟00(k1放+k2+k臥3)，憑此蛙判斷巖體所術(shù)處分級(jí)，并最在實(shí)際工程醫(yī)中對(duì)巖體進(jìn)搬行處理。其與中四K玩1快、孟K慎2侄、岡K頃3伶分別按表二掠、表三、表便四來確定。炎[BQ]出頂現(xiàn)負(fù)值時(shí)，蔽應(yīng)按特殊情仆況處理。紹表二：地忙下水影響修拐正系數(shù)（搶K海1責(zé)）濾B件Q組>450叔450~3獄51財(cái)350~2激51臺(tái)≤岡250硬潮濕或點(diǎn)滴姻狀出水陳0象0.1妖0.乖2～詠0.3爹0.道4～甲0.6置淋雨?duì)罨蛴渴傲鞒鏊?，水述壓霉≤?.1MP戲a或者單位舌出水量國≤寫10L戰(zhàn)/逆（mi洲n?！は秏）吩0.1鼻0.昏2～姓0.3似0.定4～塌0.6賊0.沖7～攔0.9拖淋雨?duì)罨蛴康鞒鏊?，水揪壓?.1渴MPa或者菊單位出水量嚇＞10L標(biāo)/植（mi陸n龜·雷m）蠻0.2箭0.供4～息0.6就0.攀7～沫0.9鳳1.0浸屬表三：絕主要軟弱結(jié)圓構(gòu)面產(chǎn)狀影龜響修正系數(shù)買（好K管2撐）廁結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀攻及其與洞軸仰線的組合關(guān)犯系著結(jié)構(gòu)面走向音與洞軸線夾威角＜3學(xué)0芽°欣結(jié)構(gòu)面傾角磨30膏°虹～75承°戶結(jié)構(gòu)面走向爽與洞軸線夾損角＞60帽°陽結(jié)構(gòu)面傾角悅＞75鮮°救盞刑園其他情況鑄居K壘2某0.膝4～女0.6錄0～0.2卵0.構(gòu)2～0.4知表四愧：初始應(yīng)力凝狀態(tài)影響修躍正系數(shù)（頁K忘3惑）且BQ括＞550僚55涉0～451陳45蜂0～351行35聞0～251鉆≤武250國極高應(yīng)力區(qū)燦1.0跑1.0菠1.生0～1.5款1.銅0～1.5蚊1.0該高應(yīng)力區(qū)樸0.5爆0.5僅0.摸5～1.0粉0.煩5～1.0碑0.5片3《巖體貞分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》腫與Q系統(tǒng)分注類法和RＭ眉R系統(tǒng)分類長法的關(guān)系吼3.1Q賓系統(tǒng)分類與夠RＭR分類前方法銀1974年裙挪威學(xué)者巴算頓、利恩與扶倫德提出了吉Q系統(tǒng)分類伸方法[2]平，它主要考書慮了巖體質(zhì)貓量指標(biāo)RQ所D、節(jié)理組汪數(shù)Jn、節(jié)填理面粗糙度須Jr、節(jié)理零蝕變程度J馬a、裂隙水宮影響因素J是w以及地應(yīng)育力影響因素辟名及尸等6窮項(xiàng)指標(biāo)。其喂計(jì)算公式為嘉Q＝(RQ袍D/Jn稱)增×開(Jr/J朵a)廳×恢(Jw/S幫RF)。其戲中巖體質(zhì)量寸指標(biāo)RQD幅根據(jù)鉆孔巖犬芯長度統(tǒng)計(jì)檢得出，其余略5項(xiàng)指標(biāo)都召給出了相應(yīng)傳的表格，可敏以查表得出偷。在Q分類皺系統(tǒng)中，巖厲體質(zhì)量指標(biāo)除Q值的范圍泄為0.00委1~100覆0，據(jù)此將尺巖體分為9章級(jí)。旋地質(zhì)力學(xué)R溪ＭR分類方截法由比尼奧飄斯基于19畏73一19懸75年間提循出[2]。做天入扭分類鞋方法共有6施個(gè)基本參數(shù)裝：巖塊單軸職抗壓強(qiáng)度、捎巖體質(zhì)量指教標(biāo)RQD、攏節(jié)理間距、策節(jié)理面性狀臥、地下水條龜件及節(jié)理產(chǎn)資狀。6個(gè)基著本參數(shù)都通屠過表格給出僅了相應(yīng)的評(píng)貝分值，巖體艷的RＭR評(píng)把分值由這6執(zhí)個(gè)基本參數(shù)究的評(píng)分值總攔和構(gòu)成。根牛據(jù)RＭR評(píng)枕分值將巖體典分為5級(jí)。臘3.2三據(jù)種方法比較冊(cè)Q系統(tǒng)分類耍方法除了巖搶體質(zhì)量指標(biāo)教RQD外，筍其余5項(xiàng)指衣標(biāo)都是根據(jù)宇現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的邁描述查表得勾出，它基本施上是一個(gè)定痰性的分類方網(wǎng)法，需要有須經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)吳人員參加，慧主觀隨意性脹較大。地質(zhì)童力學(xué)RＭR括分類方法有模3個(gè)基本參甘數(shù)是定量的妙，另3個(gè)基頁本參數(shù)是定消性的，是一猶個(gè)半定量、料半定性方法樣，仍需要有律經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)抽人員參加。周上述兩種方滋法的優(yōu)點(diǎn)是舅除巖塊的單舌軸抗壓強(qiáng)度具外不需測(cè)試叛其他參數(shù)，賭方法比較簡(jiǎn)擠單。國標(biāo)《癢工程巖體分輩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》是仗一個(gè)定性與資定量相結(jié)合煉、經(jīng)驗(yàn)判斷毯與測(cè)試計(jì)算覽相結(jié)合的方陳法。定性分最級(jí)只需進(jìn)行話現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，交定量分級(jí)也平只需進(jìn)行單雷軸抗壓強(qiáng)度震、巖體與巖擋塊彈性波波收速的測(cè)試。澇比較這3種施方法，根據(jù)援大量實(shí)測(cè)數(shù)套據(jù)的統(tǒng)計(jì)分趕析，工程巖墾體質(zhì)量指標(biāo)耗BQ值與Q賊系統(tǒng)分類指紛標(biāo)Q值呈指調(diào)數(shù)關(guān)系，如茄下拒。鹿表四為國標(biāo)他級(jí)別、[B午Q]、Ｑ值池的關(guān)系。從火表二中可以箱看出國標(biāo)分劈級(jí)和Q系統(tǒng)勢(shì)分級(jí)的對(duì)應(yīng)協(xié)關(guān)系是比較員好的。國標(biāo)棵I級(jí)相當(dāng)于凱Q系統(tǒng)的2伯級(jí)上半級(jí)以羽上，為極好鄉(xiāng)、特別好的繪巖體。國標(biāo)泉V級(jí)相當(dāng)于壟Q系統(tǒng)的6篇級(jí)及6級(jí)以拳下為壞到特悉別壞的巖體樹。其余別兩律者相差約半杯級(jí)。護(hù)表四國厭標(biāo)與Q系統(tǒng)郵關(guān)系表呀工程巖體質(zhì)誠量指標(biāo)[B青Q]值與地舒質(zhì)力學(xué)分類撐RＭR值呈泊線性關(guān)系[協(xié)2]，其關(guān)諷系式為[B洲Q]=0.僻089RＭ睛R+21.假378，國慰標(biāo)I級(jí)相當(dāng)藥于RＭR的象Ⅱ高級(jí)上到I級(jí)第，國標(biāo)V級(jí)齡相當(dāng)于RＭ佳R的徑Ⅳ誓級(jí)到V級(jí)，屑其余各級(jí)別廟兩者相差約釋半級(jí)。唉國標(biāo)分級(jí)與濾RＭR分類俘同屬5級(jí)分志類法，但是妄RＭR分類連法考慮的范三圍比較廣，零覆蓋的面比單較大，然而秧特別好和特扒別壞的巖體香再細(xì)分，對(duì)愈工程意義不舒大，故將特禮別好和特別像壞的分別歸穴結(jié)到I級(jí)和差V級(jí)中。Q粗系統(tǒng)分類法急為9級(jí)分類界法，分得更盒細(xì)，特別是潑比較差的巖君體，所以國砍標(biāo)分級(jí)V級(jí)戰(zhàn)包含了Q系剩統(tǒng)分類法的臭6一9級(jí)。閘４巖體分州級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)慨例分析別某隧道洞口堡附近的圍巖研，實(shí)地勘察共巖體較破碎已，屬較堅(jiān)硬或巖，巖石單撥軸飽和抗壓疾強(qiáng)度為5扛0獄MPa，景在現(xiàn)場(chǎng)做巖堅(jiān)體波速試驗(yàn)汽=4.0k起m／s，在臭室內(nèi)對(duì)巖塊的進(jìn)行波速試尸驗(yàn)輛=5.謊6榮km／s，跡地下水影響納修正系數(shù)為叼0.2，主烘要軟弱結(jié)構(gòu)藍(lán)面產(chǎn)狀影響轉(zhuǎn)修正系數(shù)為燃0.3，初棟始應(yīng)力邀狀態(tài)下影響修正系塊數(shù)為0.衫5沾。根據(jù)《工粱程巖體分級(jí)載標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該憂工程巖體質(zhì)降量進(jìn)行詳細(xì)雕定級(jí)膽：補(bǔ)K筒v攝=(凱/溫)體2竊=(4.0騰/5.凈6周)煩2另=0.5瞧10辭BQ=90圈+3R俯c后+250K筍v霸=90+3課×勿50+25躺0銷×拳0.510館=368拖涼初步定級(jí)為樸Ⅲ枕級(jí)。紋而[BQ]它=BQ-1牧00(K灑1尺+K谷2污+K湊3苗)仿=90+3扶×械50+25致0攏×魯0.5-1救00撒×跪(0.2+茫0.3+0紋.5)=3且68-10罰0=268筍秋詳細(xì)定級(jí)舉為嶺Ⅳ殖級(jí)。根據(jù)定勵(lì)級(jí)結(jié)果，由祝于該隧道屬袖于較堅(jiān)硬巖狼，巖體較為鬼破碎，考慮借該隧道重要怪性，因而該險(xiǎn)隧道洞口附餃近圍巖按四絹級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)區(qū)的防護(hù)加固磁方案進(jìn)行防委護(hù)，確保崗隧道穩(wěn)固，帆提高安全系治數(shù)。5結(jié)語揮本文在查閱傷大量相關(guān)巖鑄體分級(jí)文獻(xiàn)絲基礎(chǔ)上，對(duì)摟巖體分級(jí)中捕的一些問題考進(jìn)行了歸納播和總結(jié)，力濁求系統(tǒng)、詳井盡