工程巖體分類

巖體力學(xué)

RockMassMechanics第五章：工程巖體分類ClassificationofEngineeringRockMass本章內(nèi)容5.1

概述5.2工程巖體分類的目的與原則5.3

工程巖體代表性分類簡介5.4

我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）基本要求了解工程巖體分類的目的與原則理解工程巖體代表性分類方法掌握我們工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)本章內(nèi)容及基本要求試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如何評價巖體工程問題？評價巖體質(zhì)量的綜合因素?工程類比法的評價體系(同一巖體，不同工程)簡單的單參數(shù)到多參數(shù)的分類定性到半定量、定量的分類

分類考慮因素：強(qiáng)度（單軸），結(jié)構(gòu)面，地質(zhì)的賦存條件，地下水和地應(yīng)力的影響以及巖體的自穩(wěn)時間等等。5.1概述有代表性的分類方法巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度分類巖石RQD分類我國的國標(biāo)“工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)”

目前，國內(nèi)外有幾十種分類方法，每種分類都有各自的優(yōu)點(diǎn)和相應(yīng)的適用條件。5.1概述巖體復(fù)雜、理論不完善、靠經(jīng)驗(yàn)。從定性和定量兩個方面來評價巖體的工程性質(zhì)，根據(jù)工程類型及使用目的對巖體進(jìn)行分類，這也是巖體力學(xué)中最基本的研究課題。1、分類的目的（1）為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)計(jì)、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)。（2）便于施工方法的總結(jié)，交流，推廣。（3）為便于行業(yè)內(nèi)技術(shù)改革和管理。5.2工程巖體分類的目的及原則5.2.1工程巖體分類的目的（1）有明確的類級和適用對象（哪些部門？哪些工程？）。（2）有定量的指標(biāo)，以便應(yīng)用中減小人為因素。（3）分級不宜過多或過少，一般分4~6級為宜。（4）分類方法應(yīng)簡單明了、分類的參數(shù)便于易現(xiàn)場獲取，且參數(shù)所賦予的數(shù)字便于記憶和應(yīng)用。（5）根據(jù)適用對象，選擇考慮因素。趨勢：“綜合特征值”分類法

5.2工程巖體分類的目的及原則5.2.2工程巖體分類的原則在分類中起主導(dǎo)和控制作用的有如下幾方面因素：

1、巖石材料的質(zhì)量。主要表現(xiàn)在巖石的強(qiáng)度和變形性質(zhì)方面。（單軸抗壓強(qiáng)度/現(xiàn)場點(diǎn)載荷試驗(yàn)）2、巖體的完整性。巖體完整性取決于不連續(xù)面的組數(shù)和密度?？捎媒Y(jié)構(gòu)面頻率、間距、巖芯采取率、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD以及完整性系數(shù)作為定量指標(biāo)進(jìn)行描述。這些定量指標(biāo)是表征巖體工程性質(zhì)的重要參數(shù)。（彈性波速試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)特征）

5.2工程巖體分類的目的及原則5.2.3分類的獨(dú)立因素結(jié)構(gòu)面條件。包括結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、粗糙度和充填情況。巖體的工程性質(zhì)主要取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)和分布狀態(tài)以及其間的充填物性質(zhì)。巖體及結(jié)構(gòu)面的風(fēng)化程度。風(fēng)化程度越高，巖體越破碎，強(qiáng)度越低。（花崗巖風(fēng)化程度研究程度較深，標(biāo)貫擊數(shù)—風(fēng)化程度）4、地下水的影響。滲流，軟化，膨脹，崩解，靜、動水壓力等。5、地應(yīng)力。地應(yīng)力難于測定，它對工程的影響程度也難于確定，因此，其影響一般在綜合因素中反映。其中：巖性是最重要因素

5.2工程巖體分類的目的及原則5.2.3分類的獨(dú)立因素本節(jié)內(nèi)容：1、按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度分類（單軸抗壓強(qiáng)度，點(diǎn)荷載指標(biāo)）——單因素指標(biāo)2、按巷道巖石穩(wěn)定性分類（斯梯尼，前蘇聯(lián)巴庫地鐵）——單因素指標(biāo)3、按巖體完整性分類（巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD、彈性波波速）——單因素指標(biāo)4、按巖石綜合指標(biāo)分類（費(fèi)蘭克林巖石工程分類、巖體的巖土力學(xué)分類、巴頓隧道工程的Q分類）5.3工程巖體代表性分類簡介用巖塊單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分類，簡單、早期，因此在工程上采用了較長的時間(普氏系數(shù)f)。沒考慮軟弱結(jié)構(gòu)面影響，目前已很少使用。（一）巖石單軸抗壓強(qiáng)度分類(表5-1)5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.1按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度RC分類

由于巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)可在現(xiàn)場測定，數(shù)量多而簡便，所以用點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)分類得到重視。由倫敦地質(zhì)學(xué)會與費(fèi)蘭克林（Franklin）等人提出，見圖5-1。（二）以點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)分類5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.1按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度RC分類2、按巷道巖石穩(wěn)定性分類

（一）斯梯尼(Stini)分類

1950年，根據(jù)巷道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行分類，如表5-2所示。5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.2按巷道巖石穩(wěn)定性分類

根據(jù)巖石抗壓強(qiáng)度、工程地質(zhì)條件和開挖時巖體穩(wěn)定破壞現(xiàn)象，并給出建議措施，分四類，表5-3。（二）前蘇聯(lián)巴庫地鐵分類5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.2按巷道巖石穩(wěn)定性分類（一）按巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD分類（迪爾1963年提出RQD）（RockQualityDesignation）

RQD是選用堅(jiān)固完整的、其長度大于等于10mm的巖芯總長度與鉆孔長度的比，百分?jǐn)?shù)表示為（RQD以修正的巖芯采取率來確定）：

工程實(shí)踐說明，RQD是一種比巖芯采取率更好的指標(biāo)。5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.3按巖體完整性分類巖芯采取率：采取巖芯總長度與鉆孔在巖層中的長度之比。例：某鉆孔的長度為250cm，其中巖芯采取總長度為200cm，而大于10cm的巖芯總長度為157cm(圖5-2)，則巖芯采取率：200/250=80%RQD=157/250=63%5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.3按巖體完整性分類用RQD值來描述巖石的質(zhì)量--分級（表5-4）5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.3按巖體完整性分類（二）以彈性波（縱波）速度分類依據(jù)：彈性波變化能反映巖體結(jié)構(gòu)特性和完整性。中科院地質(zhì)所根據(jù)他們對巖體結(jié)構(gòu)的分類，列出了彈性波在各類巖體中傳播特性，如表5-5。5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.3按巖體完整性分類日本池田和彥1969年提出了日本鐵路隧道圍巖強(qiáng)度分類。首先按巖質(zhì)分六類，再根據(jù)彈性波在巖體中速度，將圍巖強(qiáng)度分七類。（表5-6）5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.3按巖體完整性分類將巖塊強(qiáng)度（點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)）與巖體結(jié)構(gòu)面間距綜合考慮，雙因素分類，分6類。圖5-3。（一）弗蘭克林巖石工程分類5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類（二）巖體的巖土力學(xué)分類由畢昂斯基(Bieniaski1974)提出“綜合特征值”——RMR值分類，0<RMR<100（在歐美流行）

式中的6個指標(biāo)的相關(guān)因素分別為：R1-巖石抗壓強(qiáng)度；R2-RQD；R3-節(jié)理間距R4-節(jié)理狀態(tài)；R5-地下水狀態(tài)；R6-修正系數(shù)，節(jié)理的方向?qū)こ痰挠绊憽＿@6個指標(biāo)分別由如下各表來確定。5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類（1）與巖石強(qiáng)度相關(guān)的巖體評分值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。表5-7巖石抗壓強(qiáng)度與巖體評分值R1的對應(yīng)關(guān)系5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類（2）巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD由修正的巖芯采取率確定（3）對應(yīng)于節(jié)理組間距（關(guān)鍵組節(jié)理間距）的巖石評分值R3，表5-95.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類（4）與節(jié)理狀態(tài)（粗糙度、張開度、充填狀態(tài)、延伸方向等）相關(guān)的巖體評分值R4，見表5-10（5）與地下水狀態(tài)相關(guān)的巖體評分值R5，見表5-115.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類（6）巖體工程的穩(wěn)定性與節(jié)理方向是否有利關(guān)系很大，所以最后提出了表5-12，來考慮節(jié)理方向?qū)こ淌欠裼欣麃硇拚拔鍌€評分之和。(R6)5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類根據(jù)以上六個參數(shù)之和RMR值，把巖體的質(zhì)量劃分為五類，見表5-135.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類本分類還給出了對巖體穩(wěn)定性（隧洞巖體自穩(wěn)時間）以及對應(yīng)的巖體c,φ值，建議值見表5-14。5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類

（三）巴頓隧道工程的Q分類（1974，挪威巖土工程地質(zhì)研究所，NGI）

挪威巴頓（Barton）等人于1974年根據(jù)隧道工程的調(diào)查，提出一個用6個參數(shù)表達(dá)的巖體質(zhì)量指標(biāo)Q，作為巖體質(zhì)量分類的依據(jù)。式中：RQD——巖體質(zhì)量指標(biāo)；Jn——節(jié)理組數(shù)；Jr——節(jié)理粗糙系數(shù)；Jw——節(jié)理水折減系數(shù)；Ja——節(jié)理蝕變系數(shù)；SRF——應(yīng)力折減系數(shù)。

Q值取值為0.001~1000,6個參數(shù)按表5-15選取，RQD直接按所求得的值選取。5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類（1）確定巖體基本質(zhì)量按定性、定量相協(xié)調(diào)的要求，最終確定巖石的堅(jiān)硬程度與巖體完整性指數(shù)。

a.巖石堅(jiān)硬程度的確定——定量5.4我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

1994年11月頒布國標(biāo)的工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)，于1995年7月開始施行。為通用標(biāo)準(zhǔn)，適合各類型巖體工程的巖體分級。b.巖體完整性指數(shù)（Kv）的確定——定量①用彈性波測試。5.4我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

②選擇有代表性露頭或開挖面，對不同的工程地質(zhì)巖組進(jìn)行節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果計(jì)算單位巖體體積的節(jié)理數(shù)（Jv）(條/m3)5.4我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

表5-18Jv與

Kv的對照關(guān)系表5-19Kv與巖體完整性程度定性劃分的對應(yīng)關(guān)系5.4我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

c.巖石堅(jiān)硬程度定性劃分-定性5.4我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

d.巖體完整程度的定性劃分——定性5.4我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

評價：確定的方法主要是根據(jù)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查的工程技術(shù)人員，對工程巖體實(shí)際觀察的結(jié)果。雖然會受到一定的人為因素的影響，但對巖體進(jìn)行調(diào)查的具體做法及其對鑒定的詳盡描述，對于有一定經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)工作者而言，應(yīng)該能夠掌握，并能做出比較客觀地評價，從而獲得真實(shí)反映工程巖體的實(shí)際狀況，加上與定量分級的對比使得該方法相對比較合理。5.4我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

（2）巖體基本質(zhì)量分級a.巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）按下式計(jì)算

BQ=90+3RC+250KV式中：RC－巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度的兆帕數(shù)值

KV－巖體完整性指數(shù)值注：①當(dāng)RC>90KV+30，代RC＝90KV+30②當(dāng)KV>0.04RC+0.4，代KV＝0.04RC+0.4b.按計(jì)算所得的BQ值分級見表5-18（分為5級）

5.4我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

5.4我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

（3）結(jié)合工程情況，計(jì)算巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]，并按表5-18的指標(biāo)值確定本工程的工程巖體級別。

[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)K1，K2，K3值，可分別按表5-19、5-20