關(guān)于工程巖體分級(jí)方法的綜述

1、關(guān)于工程巖體分級(jí)方法的綜述摘要：綜合分析我國(guó)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)，并討論與分類法和RR分類法的關(guān)系，在發(fā)展中他們有趨于統(tǒng)一和向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌的趨勢(shì)。關(guān)鍵字：工程巖體分級(jí)；國(guó)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

2、用帶來(lái)諸多的安全隱患，甚至?xí)诠こ痰氖┕ず褪褂眠^(guò)程中出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害，需要采取復(fù)雜加固措施來(lái)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。. 經(jīng)過(guò)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(guó)標(biāo)體系。自上世紀(jì)5060年代開(kāi)始，工程巖體分級(jí)問(wèn)題引起了國(guó)外巖土工程界的廣泛關(guān)注。國(guó)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(guó)內(nèi)的巖土工程界也開(kāi)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(guó)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)

3、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(guó)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(lái)，對(duì)國(guó)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(guó)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

4、，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),；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(guó)家規(guī)范的制定過(guò)程中均已考慮到了同國(guó)際接軌8。國(guó)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(guó)對(duì)巖體質(zhì)

5、量評(píng)價(jià)研究開(kāi)展的比較晚，工程巖體分級(jí)國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)在制定時(shí)，充分綜合考慮國(guó)內(nèi)與國(guó)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(guó)際接軌。綜述巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)特征.1巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)考慮因素國(guó)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(guó)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(guò)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(lái)確定。巖體的

6、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(lái)表征；定性指標(biāo)是在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)調(diào)查結(jié)構(gòu)面的組數(shù)、平均間距、張開(kāi)度、充填物情況來(lái)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(guò)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

7、水量，結(jié)合所在范圍，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(guò)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(wú)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(lái)確定。如上圖1分級(jí)因素。圖1 巖體分級(jí)考慮因素.巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)定級(jí)方法對(duì)巖體進(jìn)行初步定級(jí)，巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值計(jì)算公式：BQ=90+3Rc+250Kv。巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc，當(dāng)無(wú)法取得實(shí)測(cè)值時(shí)，可根據(jù)實(shí)測(cè)的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)I0.75S(50) 1 , RC=22.82I0.75S(50)，RC=3

8、060MPa較硬, 1530較軟, 515軟巖, 0.75完整 （或當(dāng)體積節(jié)理數(shù)JV3條/m3）KV=0.550.75較完整 (或當(dāng)體積節(jié)理數(shù)JV=310條/m3)KV=0.350.55較破碎 (或當(dāng)體積節(jié)理數(shù)JV=1020條/m3)KV=0.350.15破碎 (或當(dāng)體積節(jié)理數(shù)JV=2035條/m3)KV35條/m3)由BQ=90+3Rc+250Kv，巖體初步分為(BQ 550)、(BQ=50451)、0351）、（BQ=350251）、（BQ250）共五級(jí)。當(dāng)工程中遇到地下水、巖體穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面影響時(shí)，應(yīng)該結(jié)合不同工程類型的特點(diǎn)，進(jìn)行詳細(xì)分級(jí)，考慮各種影響因素進(jìn)行修正K1：地下水影響修正

9、系數(shù),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)等。BQ=BQ一100(k1+k2+k3)，憑此判斷巖體所處分級(jí)，并在實(shí)際工程中對(duì)巖體進(jìn)行處理。其中K1、K2、K3分別按表二、表三、表四來(lái)確定。BQ出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，應(yīng)按特殊情況處理。表二： 地下水影響修正系數(shù)（K1） BQ450450351350251250潮濕或點(diǎn)滴狀出水 00.10.20.30.40.6淋雨?duì)罨蛴苛鞒鏊?，水?.1MPa或者單位出水量10L/（minm） 0.10.20.30.40.60.70.9淋雨?duì)罨蛴苛鞒鏊畨?.1MPa或者單位出水量10L/（minm）0.20.40.60.70.91.0

10、表三：主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)（K2）結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及其與洞軸線的組合關(guān)系結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角30結(jié)構(gòu)面傾角3075結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角60結(jié)構(gòu)面傾角75 其他情況K20.40.600.20.20.4 表四：初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)（K3）BQ550550451450351350251250極高應(yīng)力區(qū)1.01.01.01.51.01.51.0高應(yīng)力區(qū)0.50.50.51.00.51.00.53巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與Q系統(tǒng)分類法和RR系統(tǒng)分類法的關(guān)系 3.1Q系統(tǒng)分類與RR分類方法1974年挪威學(xué)者巴頓、利恩與倫德提出了Q系統(tǒng)分類方法2，它主要考慮了巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD、節(jié)理組數(shù)Jn、節(jié)理面粗糙度J

11、r、節(jié)理蝕變程度Ja、裂隙水影響因素Jw以及地應(yīng)力影響因素名及尸等6項(xiàng)指標(biāo)。其計(jì)算公式為Q(RQD/Jn)(Jr/Ja)(Jw/SRF)。其中巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD根據(jù)鉆孔巖芯長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)得出，其余5項(xiàng)指標(biāo)都給出了相應(yīng)的表格，可以查表得出。在Q分類系統(tǒng)中，巖體質(zhì)量指標(biāo)Q值的范圍為0.0011000，據(jù)此將巖體分為9級(jí)。地質(zhì)力學(xué)RR分類方法由比尼奧斯基于1973一1975年間提出2。天入扭分類方法共有6個(gè)基本參數(shù)：巖塊單軸抗壓強(qiáng)度、巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD、節(jié)理間距、節(jié)理面性狀、地下水條件及節(jié)理產(chǎn)狀。6個(gè)基本參數(shù)都通過(guò)表格給出了相應(yīng)的評(píng)分值，巖體的RR評(píng)分值由這6個(gè)基本參數(shù)的評(píng)分值總和構(gòu)成。根據(jù)RR評(píng)分值將巖

12、體分為5級(jí)。3.2三種方法比較Q系統(tǒng)分類方法除了巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD外，其余5項(xiàng)指標(biāo)都是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的描述查表得出，它基本上是一個(gè)定性的分類方法，需要有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)人員參加，主觀隨意性較大。地質(zhì)力學(xué)RR分類方法有3個(gè)基本參數(shù)是定量的，另3個(gè)基本參數(shù)是定性的，是一個(gè)半定量、半定性方法，仍需要有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)人員參加。上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是除巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度外不需測(cè)試其他參數(shù)，方法比較簡(jiǎn)單。國(guó)標(biāo)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)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。定性分級(jí)只需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，定量分級(jí)也只需進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度、巖體與巖塊彈性波波速的測(cè)試。比較這3種方法，根據(jù)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，工程巖體質(zhì)量

13、指標(biāo)BQ值與Q系統(tǒng)分類指標(biāo)Q值呈指數(shù)關(guān)系，如下 。表四為國(guó)標(biāo)級(jí)別、BQ、值的關(guān)系。從表二中可以看出國(guó)標(biāo)分級(jí)和Q系統(tǒng)分級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系是比較好的。國(guó)標(biāo)I級(jí)相當(dāng)于Q系統(tǒng)的2級(jí)上半級(jí)以上，為極好、特別好的巖體。國(guó)標(biāo)V級(jí)相當(dāng)于Q系統(tǒng)的6級(jí)及6級(jí)以下為壞到特別壞的巖體。其余別兩者相差約半級(jí)。表四 國(guó)標(biāo)與Q系統(tǒng)關(guān)系表工程巖體質(zhì)量指標(biāo)BQ值與地質(zhì)力學(xué)分類RR值呈線性關(guān)系2，其關(guān)系式為BQ=0.089RR+21.378，國(guó)標(biāo)I級(jí)相當(dāng)于RR的級(jí)上到I級(jí)，國(guó)標(biāo)V級(jí)相當(dāng)于RR的級(jí)到V級(jí)，其余各級(jí)別兩者相差約半級(jí)。國(guó)標(biāo)分級(jí)與RR分類同屬5級(jí)分類法，但是RR分類法考慮的范圍比較廣，覆蓋的面比較大，然而特別好和特別壞的巖體再

14、細(xì)分，對(duì)工程意義不大，故將特別好和特別壞的分別歸結(jié)到I級(jí)和V級(jí)中。Q系統(tǒng)分類法為9級(jí)分類法，分得更細(xì)，特別是比較差的巖體，所以國(guó)標(biāo)分級(jí)V級(jí)包含了Q系統(tǒng)分類法的6一9級(jí)。 巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例分析某隧道洞口附近的圍巖，實(shí)地勘察巖體較破碎，屬較堅(jiān)硬巖，巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度為50 MPa，在現(xiàn)場(chǎng)做巖體波速試驗(yàn)=4.0kms，在室內(nèi)對(duì)巖塊進(jìn)行波速試驗(yàn)=5.6kms，地下水影響修正系數(shù)為0.2，主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)為0.3，初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)為0.5。根據(jù)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該工程巖體質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)定級(jí)：Kv=(/)2=(4.0/5.6)2=0.510BQ=90+3Rc+250Kv =90+3

15、50+2500.510=368 初步定級(jí)為級(jí)。而B(niǎo)Q=BQ-100(K1+K2+K3)=90+350+2500.5-100(0.2+0.3+0.5)=368-100=268 詳細(xì)定級(jí)為級(jí)。根據(jù)定級(jí)結(jié)果，由于該隧道屬于較堅(jiān)硬巖，巖體較為破碎，考慮該隧道重要性，因而該隧道洞口附近圍巖按四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的防護(hù)加固方案進(jìn)行防護(hù) ，確保隧道穩(wěn)固，提高安全系數(shù)。5 結(jié)語(yǔ)本文在查閱大量相關(guān)巖體分級(jí)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，對(duì)巖體分級(jí)中的一些問(wèn)題進(jìn)行了歸納和總結(jié)，力求系統(tǒng)、詳盡和全面。鑒于筆者水平和掌握的資料有限，有些敘述可能不夠全面和妥當(dāng)，有些觀點(diǎn)也有待進(jìn)一步完善。參考文獻(xiàn)1 董學(xué)晨.工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的編制, 1991,人民長(zhǎng)江第22卷12期.2 蔡斌,喻勇,吳曉銘.工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與Q分類法、RMR分類法及變形參數(shù)估算J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2001,20(增): 1677-1679.3 郝哲. 對(duì)我國(guó)現(xiàn)行巖體分級(jí)系統(tǒng)的綜述和建議,金屬礦山, 2005,總第351期2005年第9期.4 蔡斌, 國(guó)標(biāo)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題, 武漢：長(zhǎng)