巖體分類

1、,By River.sun,巖 體 分 類,目 錄,4.1 巖體分類的必要性和原則4.2 工程巖體分類的獨立影響因素4.3 幾種有代表性的分類方法4.3.1按巖石試件的單軸抗壓強度分類4.3.2按巷道巖石穩(wěn)定性分類4.3.3按巖體綜合指標(biāo)分類4.4 我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218-94),4.1工程巖體分類的必要性和原則,應(yīng)該與所涉及的工程性質(zhì)，即與使用對象聯(lián)系起來。盡可能采用定量的參數(shù)，以便于減少人為因素

2、的影響。分類的級數(shù)應(yīng)合適，不宜太多或太少，一般4-6級。步驟和方法應(yīng)簡單明了。各個因素應(yīng)有明確的物理意義并且盡量是獨立的影響因素。,為什么非得要進行巖體質(zhì)量分類？挺麻煩的，不搞可以不可以？答案是：不可以,（1）設(shè)計施工的需要,（2）計算的需要,不分段分區(qū)對巖體分類，設(shè)計施工沒有辦法搞。這里是有點好巖石，那里有點壞巖石，到底整體如何，要支護和加固嗎？,搞什么模型更能反映實際情況？均質(zhì)、各向同性，彈性體、塑性體，還是散體？區(qū)別可大了

3、......,（2）計算的需要,搞什么模型更能反映實際情況？均質(zhì)、各向同性，彈性體、塑性體，還是散體？區(qū)別可大了......,不分段分區(qū)對巖體分類，設(shè)計施工沒有辦法搞。這里是有點好巖石，那里有點壞巖石，到底整體如何，要支護和加固嗎？,（2）計算的需要,搞什么模型更能反映實際情況？均質(zhì)、各向同性，彈性體、塑性體，還是散體？區(qū)別可大了......,（1）設(shè)計施工的需要,不分段分區(qū)對巖體分類，設(shè)計施工沒有辦法搞。這里是有點好巖石，那里有點壞巖

4、石，到底整體如何，要支護和加固嗎？,（2）計算的需要,搞什么模型更能反映實際情況？均質(zhì)、各向同性，彈性體、塑性體，還是散體？區(qū)別可大了......,（3）Hoke&Brown: 把具體工程和別人的經(jīng)驗結(jié)合起來，巖體分類就起到了橋梁作用，使得工程師把從別的工程得來的經(jīng)驗和自己的工程結(jié)合起來。,4.1工程巖體分類的必要性和原則,例如：***巖石類別******** 穩(wěn)定性***********************計算方法***

5、* I 穩(wěn)定，埋深大地應(yīng)力高，注意巖爆 彈性理論 II 基本穩(wěn)定，可能產(chǎn)生掉塊，一般不支護 彈性理論 III 較不穩(wěn)定，局部楔體破壞，局部錨桿 塑性狀態(tài)，考慮松動圈 IV或V 不穩(wěn)定，破碎巖石、斷裂帶，系

6、統(tǒng)錨桿 散體理論*******************************************************************,* 某達(dá)人曾說，你若能自如玩巖體及分類，你掌握了巖石工程的精華之精華,*工程巖體分類的目的，是從工程實際需要出發(fā)，對工程建筑物基礎(chǔ)或者圍巖的巖體進行分類，并根據(jù)其好壞，進行相應(yīng)的試驗，賦予它必不可少的計算指標(biāo)參數(shù)，以便于合理的設(shè)計和采用相應(yīng)的工程措施，為巖石工程建設(shè)的勘察、設(shè)

7、計、施工和編制定額提供必要的基本依據(jù)，達(dá)到經(jīng)濟、合理、安全的目的,4.1工程巖體分類的必要性和原則,4.2 工程巖體分類的獨立影響因素,1、巖石材料的質(zhì)量。主要表現(xiàn)在巖石的強度和變形性質(zhì)方面。 （單軸抗壓強度/點載荷試驗） 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、巖心采取率、巖石質(zhì)量

8、指標(biāo)RQD以及完整性系數(shù)作為定量指標(biāo)進行描述。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、結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計特征） *、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，強度越低 。 （花崗巖風(fēng)化程度研究程度較深，

9、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。,4.3.1按巖石試件的單軸抗壓強度分類,1、普氏分類法（即普羅托季亞科諾夫分類法,1907年，解放初使用，土建施工定額使用） 普氏分類在我國曾應(yīng)用較廣。主要是考慮巖性，而未考慮巖體構(gòu)造和圍巖完整性。以巖石試件的單軸抗壓強度作

10、為分類依據(jù)，根據(jù)普氏堅固 性系數(shù) f 將巖石分為十級。 f 值越大，巖體越穩(wěn)定。 式中：Rc——巖石單軸抗壓強度，Mpa f ≥20 為1級，最堅固； f ≤0.3為第10級，最軟弱。 優(yōu)點：形式簡單，使用方便。 缺點：反映的是開挖的難易程度，未考慮巖體的完整性、巖體結(jié)構(gòu)特征對穩(wěn)定性影響，故不能準(zhǔn)確評價巖體的穩(wěn)定性。,4.3.1按巖石試件的單軸抗壓強度分

11、類,1、普氏分類法,4.3.1按巖石試件的單軸抗壓強度分類,1、普氏分類法,這種方法曾在我國較長時期內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。目前有些單位仍應(yīng)用此分類。但在長期工程實踐中，發(fā)現(xiàn)這種分類與其計算方法存在嚴(yán)重的缺陷。 1.它主要是為估計土石工程的工作量、確定施工開挖定額服務(wù)的。因此它只能說明巖石開挖的難易程度，不能全面反映巖體的穩(wěn)定性。 2.ｆkp值以巖石強度為基礎(chǔ)，大量工程實踐證明，決定巖體穩(wěn)定性的主要因素是巖體結(jié)構(gòu)特性，即它的完整性，在分類

12、中雖然也規(guī)定要根據(jù)巖石的物理狀態(tài)（風(fēng)化的、破碎的）劃歸于較低一類去，這樣給確定ｆkp值帶來了很大的主觀臆斷性。我國各部門由于工程特點不同，確定ｆkp值標(biāo)準(zhǔn)也不同。甚至在同一地點對同一洞室的巖石，不同的人可以得出相差很大的ｆkp值。 3.分類等級較多，給使用上帶來不便。由于選用的ｆkp值不同，相應(yīng)計算得到的圍巖壓力也相差很大。當(dāng)ｆkp=２和ｆkp=４時，則壓力可相差近一倍。 4.普氏壓力計算公式根據(jù)松散體理論而得，而地下洞室多位于堅硬

13、及中等堅硬以上較完整的巖體中，理論假設(shè)前提與客觀實際相差太大。一般來說，在堅硬地層中圍巖壓力公式計算結(jié)果偏大，而在松散地層中計算結(jié)果偏小。,4.3.1按巖石試件的單軸抗壓強度分類,1、普氏分類法的缺點,2、巖石單軸抗壓強度分類 我國工程界按巖石單軸抗壓強度將巖體分為四類：,4.3.1按巖石試件的單軸抗壓強度分類,3、按照巖石點載荷強度指標(biāo)分類（倫敦地質(zhì)學(xué)會Franklin分類）,4.3.2按巷道巖石穩(wěn)定性分類,

14、1、斯梯尼（Stini）分類(1950，德文出版的隧道工程地質(zhì)教科書),2、前蘇聯(lián)巴庫地鐵分類(1979年 ),1、按巖芯質(zhì)量指標(biāo)（RQD）分類（Rock Quality Designation） 蒂爾（Deer,1968)提出根據(jù)鉆探時巖芯完好程度來判斷巖體的質(zhì)量，對巖體分類。 式中：li —所取巖芯中≥10cm長度的巖芯段的長度；

15、 L—鉆進巖芯的總長度，m。,4.3.3按巖體完整性分類,Jv—體積節(jié)理數(shù)，當(dāng)<=4.5%時，RQD=100%,2、彈性波（縱波）速度分類 彈性波在巖體中傳播，顯然與在巖石中的傳播不同，巖體中結(jié)構(gòu)面的存在使得波速下降，并使其能量有不同程度的消耗，所以彈性波速度的變化一定程度上反映了巖體的結(jié)構(gòu)特性和完整程度。*中科院地質(zhì)所分類：* 日本鐵路隧道圍巖強度費雷（池田和彥，1969）,4.3.

16、3按巖體完整性分類,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,巖體質(zhì)量分類代表性方案,,,,,,1、巖體質(zhì)量評分的地質(zhì)力學(xué)圍巖分類(ＲＭＲ,Bieniawski，1974） 該分類法是由Bieniawski在所供職的南非科學(xué)和工業(yè)研究委員會（CSIR)提出的分類指標(biāo)RMR(Rock Mass Rating)基礎(chǔ)上修改而成，由巖塊強度(R1)、RQD值(R2) 、節(jié)理間距(R3) 、節(jié)理條件(R4)及地下水(R5) 和節(jié)理方

17、向?qū)こ痰挠绊懙男拚齾?shù)（R6） 6種指標(biāo)組成，即：,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,RMR分類現(xiàn)在很流行，主要是野外操作性強，歐美流行，國內(nèi)也用它也和Q法有簡單轉(zhuǎn)換，但建議專門計算Q,,,,,,,,,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,RMR取分表,* Bieniawski分類（RMR）中節(jié)理方向的修正值R6,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,按ＲＭＲ值劃分的質(zhì)量等級,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,注：巴頓的Q分類野外難操作，其與RMR換算關(guān)系

18、為RMR=13.5logQ+43,2、巴頓巖體質(zhì)量（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反映了巖體質(zhì)量的三個方面

19、：,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,2、巴頓巖體質(zhì)量（Q）分類 為巖體的完整性，也就是巖體結(jié)構(gòu)的影響； 表示結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、充填物特征及次生變化程度， 也就是節(jié)理壁或充填物的粗糙度和摩擦特性；

20、 表示水與其他應(yīng)力存在時對巖體質(zhì)量的影響，是一個復(fù)雜的經(jīng)驗系數(shù)。,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,2、巴頓巖體質(zhì)量（Q）分類 根據(jù)Q值，可將巖體分為9類，如圖：,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,2、巴頓巖體質(zhì)量（Q）分類 Q分類法考慮的地質(zhì)因素較全面，而且把定性分析與定量評價結(jié)合起來了，軟硬巖均適用，在處理極軟弱的巖層中推薦采用此分類法。

21、 賓尼奧夫斯基（Bieniawski，1976）在大量實測統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)Q值與RMR值之間具有如下條件關(guān)系：,地下開挖當(dāng)量直徑：,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,3、泰沙基分類 （1946）分類 泰沙基于1946年提出使用鋼拱支撐的隧道圍巖分類方法。他考慮了巖體的構(gòu)造、巖性以及影響建筑物穩(wěn)定的其他一些性質(zhì)（如受化學(xué)侵蝕、膨脹性等），推薦了不同巖性的支撐與襯砌上的荷載計算公式。 泰沙基

22、分類在英美等國應(yīng)用較廣。 我國有關(guān)單位在訂規(guī)范時也參考了這種分類。,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,4.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類,3、泰沙基分類 （1946）分類,1、確定巖體基本質(zhì)量 《標(biāo)準(zhǔn)》認(rèn)為巖石的堅硬程度和巖體完整程度決定巖體的基本質(zhì)量。巖體基本質(zhì)量好，則穩(wěn)定性好；反之，穩(wěn)定性差。 A、采用巖石飽和單軸抗壓強度RC劃分巖石堅硬程度 B、采用完整性系數(shù)Kv

23、劃分巖體完整程度,4.4 我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn) GB50218-94,式中：Vpm、Vpr—巖體、巖石彈性縱波速度（m/s)。,2巖體基本質(zhì)量分級 A、巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ)的計算： 式中：BQ——巖體基本質(zhì)量指標(biāo)； RC——巖石飽和單軸抗壓強度(Mpa); Kv——巖體完整性指數(shù)。

24、 注意： 當(dāng)RC > 90Kv+30 時，應(yīng)以RC=90Kv+30 代入上式計算Q值； 當(dāng)Kv > 0.04RC+0.4時，應(yīng)以Kv=0.04RC+0.4代入上式計算Q值,4.4 我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn) GB50218-94,公式中Ｋv值的大小是與巖體體積裂隙數(shù)Ｊv有關(guān)。它的含義是單位巖體體積內(nèi)的節(jié)理裂隙（結(jié)構(gòu)面）數(shù)目（條／ｍ3），并按下表所列的Ｊv

25、值來確定大Ｋv值。Ｋv值也可用聲波測試按照前述計算公式確定。,4.4 我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn) GB50218-94,Ｊv與Ｋv對照表 表8－24,注：巖體體積節(jié)理數(shù)Ｊv系單位巖體體積內(nèi)的節(jié)理（結(jié)構(gòu)面）數(shù)目,2 巖體基本質(zhì)量分級 B、巖體基本的確定：,4.4 我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn) GB50218-94,注：1.巖石堅硬程度按前述表格的單軸抗壓強度劃分；   

26、0;    2.巖體完整程度定量指標(biāo)應(yīng)采用實測的巖體完整性系數(shù)Ｋv值按前述表劃分；當(dāng)無法取得實測值時，也可用巖體體積節(jié)理數(shù)Ｊv按前述表確定Ｋv值。,3、工程巖體質(zhì)量分級的確定在確定了巖體基本的基礎(chǔ)上，根據(jù)下式進行修正，以確定工程巖體的質(zhì)量分級： 式中：[BQ]——巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值； K1——地下水影響修正系數(shù) ；

27、 K2——主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)； K3——初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。修正以后仍然可以按照前述表格評價巖體,4.4 我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn) GB50218-94,4.4 我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn) GB50218-94,地下水影響修正系數(shù)Ｋ1,,主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)K2,高初始應(yīng)力區(qū)巖體開挖主要現(xiàn)象