巖石力學第8章工程巖體分級課件

1、第 七 章 工程巖體分級重慶交通大學土木建筑學院隧道及巖土工程系本章內(nèi)容： 2-1 概述 2-2 巖石分級 2-3 工程巖體分級 1. 工程巖體分級的概念和意義； 2. 工程巖體分級的基本思想； 3. 工程巖體分級指標的選擇原則；重點、難點: 分類；分級；普氏系數(shù)；完整性系數(shù)；巖石RQD質(zhì)量指標；BQ指標；RMR分級指標；Q指標；RMI分級法關(guān)鍵術(shù)語: 要求：1. 須掌握本章重點難點內(nèi)容；2. 理解幾種有代表性的巖體分類方法；3. 了解我國工程巖體分級標準（GB5021894）7-1 概述 巖體分級是對影響巖體穩(wěn)定性和影響工程設計、施工和維護的各種因素建立一些評價指標，對工程轄區(qū)巖體進行評價，

2、劃分出不同的的級別或類別。 分級的目的：通過分類，概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預測可能出現(xiàn)的巖體力學問題。為工程設計、支護襯砌、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。 分級的方法：通過巖體的一些簡單和容易實測的指標，把工程地質(zhì)條件和巖體力學性質(zhì)參數(shù)聯(lián)系起來，并借鑒已建工程設計、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗教訓，對巖體進行歸類的一種工作方法。 分級、分類認識事物的同一性和差異性的方法就是將事物進行分類和分級分類：主要突出的是同一性，是質(zhì)的定性評價，強調(diào)的是屬性特征；分級：主要突出差異性，是量的界定，強調(diào)的是等級特征；是在分類的基礎上進行的。工程巖體分級：對工程巖體依據(jù)一定的特征指標

3、進行歸類分級。工程巖體分類的參考影響因素1. 巖石的質(zhì)量。主要表現(xiàn)在巖石的強度和變形性質(zhì)方面。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。可用結(jié)構(gòu)面頻率(裂隙度）、間距、巖心采取率、巖石質(zhì)量指標RQD以及完整性系數(shù)作為定量指標進行描述。這些定量指標是表征巖體工程性質(zhì)的重要參數(shù)。3. 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)。工程巖體分類的參考影響因素4. 巖體及結(jié)構(gòu)面的風化程度。風化程度越高，巖體越破碎，強度越低 。5. 地下水的影響。滲流，軟化，膨脹，崩解，靜、動水壓力等。6. 地應力。地應力難于測定，它對

4、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。 7-2 巖石分級式中：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：未考慮巖體的完整性、巖體結(jié)構(gòu)特征對穩(wěn)定性影響，故不能準確評價巖體的穩(wěn)定性。1. 普氏分級法 以巖石試件的單軸抗壓強度作為分類依據(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。2. Deere &Miller 雙指標分類分級指標：巖塊抗壓強度（c）、模量比（Et/c）類別巖塊分類c(MPa)巖石類型舉例A極高強度200石英巖、輝長巖、玄武巖B高強度100200大理巖、花崗巖

5、、片麻巖C中等強度50100砂巖、板巖D低強度2550煤、粉砂巖、片巖E極低強度125白堊、鹽巖類別Et/c分類Et/cH高模量比500M中等模量比200500L低模量比2003. 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： 類別 巖石單軸抗壓強度 c(Mpa)堅固性 250160特堅固 160100堅固 10040次堅固 0.750.750.550.550.350.350.151025015 4810025012 245010071225 504不采用5 252不采用1 51不采用 10（2）對應于巖芯質(zhì)量指標的巖體評分值R2RQD（）91100 76905175265

6、0 3 130.310.050.30.05評分值302520105（4）對于節(jié)理狀態(tài)的巖體評分值R4 說明評分值尺寸有限的粗糙的表面、硬巖壁25略粗糙的表面、張開度1mm，硬巖壁20略粗糙的表面、張開度5mm的斷層泥充填的張開節(jié)理;張開度5mm的節(jié)理，延伸超過數(shù)米0（5）取決于地下水狀態(tài)的巖體評分值R5每米隧道的涌水量（L/min）節(jié)理水壓力與最大主應力的比值總的狀態(tài)評分值無0完全干燥15101250.5有嚴重地下水問題，流水0（6）節(jié)理方位對RMR的修正值R6方位對工程的影響評價隧道地基邊坡很有利000有利225一般5725不利101550很不利1225（7）節(jié)理走向與傾角對隧道掘進的影響節(jié)

7、理走向垂直于隧道軸線節(jié)理走向平行于隧道軸線傾角00200順傾向掘進逆傾向掘進傾角450900200450450900200450450900200450不考慮走向很有利有利一般不利很不利一般一般根據(jù)總分確定巖體分級 類別 巖體描述巖體評分值RMR 很好81100 好6180 較好4160較差2140 很差0205. 巴頓巖體質(zhì)量（Q）分級 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)表達的巖體質(zhì)量指標Q，作為巖體質(zhì)量分級的依據(jù)。式中：RQD巖石質(zhì)量指標；Jn節(jié)理組數(shù)評分；Jr節(jié)理面粗糙度評分；Jw按裂隙水條件評分；Ja節(jié)理蝕變程度評分；SRF按地應力影響評分（

8、應力折減系數(shù)）。Q反映了巖體質(zhì)量的三個方面：為巖體的完整性；表示結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、充填物特征及次生變化程度； 表示水與其他應力存在時對巖體質(zhì)量的影響。 （1）節(jié)理組數(shù)影響（Jn)（2）節(jié)理粗糙度影響（Jr)（3）節(jié)理蝕變程度影響（Ja)（4）裂隙水影響（Jw)地下開挖當量直徑：根據(jù)Q值，可將巖體分為9類，如圖： Q分級法考慮的地質(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。 賓尼奧夫斯基（ Bieniawski，1976)在大量實測統(tǒng)計的基礎上，發(fā)現(xiàn)Q值與RMR值之間具有如下條件關(guān)系：6. 國標（GB50218-94) BQ分級(1) 工程巖

9、體分級的基本方法 按巖體基本質(zhì)量指標BQ進行初步分級 根據(jù)天然應力、地下水和結(jié)構(gòu)面方位等對BQ進行修正 按修正后的BQ進行詳細分級 確定巖體基本質(zhì)量 標準認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 采用飽和巖石單軸抗壓強度C劃分巖石堅硬程度 C (Mpa)60 60303015155 0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度完整較完整較破碎破碎極破碎Jv35Kv0.750.750.550.550.350.350.15 90Kv+30 時，應以C=90Kv+30 代入上式計算BQ值；當Kv 0.04 C+0.

10、4時，應以Kv=0.04C+0.4代入上式計算BQ值；式中：BQ巖體基本質(zhì)量指標； C巖石飽和單軸抗壓強度(Mpa); Kv巖體完整性系數(shù)。B 按BQ值進行巖體基本質(zhì)量分級基本質(zhì)量級別巖體基本質(zhì)量定性特征巖體基本質(zhì)量指標(BQ)堅硬巖，巖體完整；550堅硬巖，巖體較完整；較堅硬巖，巖體完整；550451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；450351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；350251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；45045035

11、1350251250潮濕或點滴出水 0 0.10.20.30.40.6淋雨狀或涌流狀出水，水壓0.1MPa或單位出水量10L/(min.m) 0.10.20.30.40.60.70.9淋雨狀或涌流狀出水，水壓0.1MPa或單位出水量 10L/(min.m) 0.20.40.60.70.9 1.0B 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)面走向與洞軸線的夾角600結(jié)構(gòu)面傾角750其它組合 K2 0.40.600.20.20.4C 初始應力狀態(tài)修正系數(shù)K3初始應力狀態(tài) BQ55055045145035135025126.5602.133 0.260502.11.53

12、3200.20.2526.524.550391.50.72060.250.324.522.539270.70.261.30.30.3522.5270.2 0.35巖體級別與巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強度參數(shù)基本質(zhì)量級別兩側(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(0)粘結(jié)力C(Mpa)堅硬、結(jié)合好37 0.22堅硬較堅硬、結(jié)合一般；軟弱巖，結(jié)合好37290.220.12堅硬較堅硬、結(jié)合差；較軟弱巖，結(jié)合一般29190.120.08較堅硬較軟巖、結(jié)合差很差；軟弱巖、結(jié)合差；軟質(zhì)巖的泥化面19130.080.05較堅硬及全部軟質(zhì)巖、結(jié)合很差；軟質(zhì)巖泥化層本身13 0.05巖體級別與地下工程巖體自穩(wěn)能力基本質(zhì)量級別 自穩(wěn)能力跨度20m，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊，