工程巖體分類

巖體力學

RockMassMechanics第五章：工程巖體分類ClassificationofEngineeringRockMass本章內容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準（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準本章內容及基本要求試驗所得數據如何評價巖體工程問題？評價巖體質量的綜合因素?工程類比法的評價體系(同一巖體，不同工程)簡單的單參數到多參數的分類定性到半定量、定量的分類

分類考慮因素：強度（單軸），結構面，地質的賦存條件，地下水和地應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度分類巖石RQD分類我國的國標“工程巖體分級標準”

目前，國內外有幾十種分類方法，每種分類都有各自的優(yōu)點和相應的適用條件。5.1概述巖體復雜、理論不完善、靠經驗。從定性和定量兩個方面來評價巖體的工程性質，根據工程類型及使用目的對巖體進行分類，這也是巖體力學中最基本的研究課題。1、分類的目的（1）為巖石工程建設的勘察、設計、施工和編制定額提供必要的基本依據。（2）便于施工方法的總結，交流，推廣。（3）為便于行業(yè)內技術改革和管理。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，以便應用中減小人為因素。（3）分級不宜過多或過少，一般分4~6級為宜。（4）分類方法應簡單明了、分類的參數便于易現(xiàn)場獲取，且參數所賦予的數字便于記憶和應用。（5）根據適用對象，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和控制作用的有如下幾方面因素：

1、巖石材料的質量。主要表現(xiàn)在巖石的強度和變形性質方面。（單軸抗壓強度/現(xiàn)場點載荷試驗）2、巖體的完整性。巖體完整性取決于不連續(xù)面的組數和密度。可用結構面頻率、間距、巖芯采取率、巖石質量指標RQD以及完整性系數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的重要參數。（彈性波速試驗、結構面統(tǒng)計特征）

5.2工程巖體分類的目的及原則5.2.3分類的獨立因素結構面條件。包括結構面產狀、粗糙度和充填情況。巖體的工程性質主要取決于結構面的性質和分布狀態(tài)以及其間的充填物性質。巖體及結構面的風化程度。風化程度越高，巖體越破碎，強度越低。（花崗巖風化程度研究程度較深，標貫擊數—風化程度）4、地下水的影響。滲流，軟化，膨脹，崩解，靜、動水壓力等。5、地應力。地應力難于測定，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分類的獨立因素本節(jié)內容：1、按巖石的單軸抗壓強度分類（單軸抗壓強度，點荷載指標）——單因素指標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3、按巖體完整性分類（巖石質量指標RQD、彈性波波速）——單因素指標4、按巖石綜合指標分類（費蘭克林巖石工程分類、巖體的巖土力學分類、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度進行分類，簡單、早期，因此在工程上采用了較長的時間(普氏系數f)。沒考慮軟弱結構面影響，目前已很少使用。（一）巖石單軸抗壓強度分類(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度RC分類

由于巖石點荷載試驗可在現(xiàn)場測定，數量多而簡便，所以用點荷載強度指標分類得到重視。由倫敦地質學會與費蘭克林（Franklin）等人提出，見圖5-1。（二）以點荷載強度指標分類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，根據巷道圍巖的穩(wěn)定性進行分類，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

根據巖石抗壓強度、工程地質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）按巖石質量指標RQD分類（迪爾1963年提出RQD）（RockQualityDesignation）

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

工程實踐說明，RQD是一種比巖芯采取率更好的指標。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：彈性波變化能反映巖體結構特性和完整性。中科院地質所根據他們對巖體結構的分類，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度分類。首先按巖質分六類，再根據彈性波在巖體中速度，將圍巖強度分七類。（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度（點荷載強度指標）與巖體結構面間距綜合考慮，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按巖體綜合指標分類（二）巖體的巖土力學分類由畢昂斯基(Bieniaski1974)提出“綜合特征值”——RMR值分類，0<RMR<100（在歐美流行）

式中的6個指標的相關因素分別為：R1-巖石抗壓強度；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，節(jié)理的方向對工程的影響。這6個指標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按巖體綜合指標分類（1）與巖石強度相關的巖體評分值R1可以用標準試件進行單軸壓縮來確定，也可由點荷載試驗確定。表5-7巖石抗壓強度與巖體評分值R1的對應關系5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標分類（2）巖石質量指標RQD由修正的巖芯采取率確定（3）對應于節(jié)理組間距（關鍵組節(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）相關的巖體評分值R4，見表5-10（5）與地下水狀態(tài)相關的巖體評分值R5，見表5-115.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標分類（6）巖體工程的穩(wěn)定性與節(jié)理方向是否有利關系很大，所以最后提出了表5-12，來考慮節(jié)理方向對工程是否有利來修正前五個評分之和。(R6)5.3工程巖體代表性分類簡介5.3.4按巖體綜合指標分類根據以上六個參數之和RMR值，把巖體的質量劃分為五類，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按巖體綜合指標分類

（三）巴頓隧道工程的Q分類（1974，挪威巖土工程地質研究所，NGI）

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

Q值取值為0.001~1000,6個參數按表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按巖體綜合指標分類（1）確定巖體基本質量按定性、定量相協(xié)調的要求，最終確定巖石的堅硬程度與巖體完整性指數。

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

1994年11月頒布國標的工程巖體分級標準，于1995年7月開始施行。為通用標準，適合各類型巖體工程的巖體分級。b.巖體完整性指數（Kv）的確定——定量①用彈性波測試。5.4我國工程巖體分級標準（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，對不同的工程地質巖組進行節(jié)理裂隙統(tǒng)計，根據統(tǒng)計結果計算單位巖體體積的節(jié)理數（Jv）(條/m3)5.4我國工程巖體分級標準（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

表5-18Jv與

Kv的對照關系表5-19Kv與巖體完整性程度定性劃分的對應關系5.4我國工程巖體分級標準（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

c.巖石堅硬程度定性劃分-定性5.4我國工程巖體分級標準（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準（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進行地質調查的工程技術人員，對工程巖體實際觀察的結果。雖然會受到一定的人為因素的影響，但對巖體進行調查的具體做法及其對鑒定的詳盡描述，對于有一定經驗的地質工作者而言，應該能夠掌握，并能做出比較客觀地評價，從而獲得真實反映工程巖體的實際狀況，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準（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級的基本方法

（2）巖體基本質量分級a.巖體基本質量指標（BQ）按下式計算

BQ=90+3RC+250KV式中：RC－巖石單軸飽和抗壓強度的兆帕數值

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

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

（3）結合工程情況，計算巖體基本質量指標修正值[BQ]，并按表5-18的指標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