工程巖體分類(lèi)

巖體力學(xué)

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

概述5.2工程巖體分類(lèi)的目的與原則5.3

工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.4

我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）基本要求了解工程巖體分類(lèi)的目的與原則理解工程巖體代表性分類(lèi)方法掌握我們工程巖體分級(jí)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(píng)價(jià)巖體工程問(wèn)題？評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量的綜合因素?工程類(lèi)比法的評(píng)價(jià)體系(同一巖體，不同工程)簡(jiǎn)單的單參數(shù)到多參數(shù)的分類(lèi)定性到半定量、定量的分類(lèi)

分類(lèi)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(shí)間等等。5.1概述有代表性的分類(lèi)方法巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度分類(lèi)巖石RQD分類(lèi)我國(guó)的國(guó)標(biāo)“工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”

目前，國(guó)內(nèi)外有幾十種分類(lèi)方法，每種分類(lèi)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?jī)蓚€(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)巖體的工程性質(zhì)，根據(jù)工程類(lèi)型及使用目的對(duì)巖體進(jìn)行分類(lèi)，這也是巖體力學(xué)中最基本的研究課題。1、分類(lèi)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(lèi)的目的及原則5.2.1工程巖體分類(lèi)的目的（1）有明確的類(lèi)級(jí)和適用對(duì)象（哪些部門(mén)？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(jí)不宜過(guò)多或過(guò)少，一般分4~6級(jí)為宜。（4）分類(lèi)方法應(yīng)簡(jiǎn)單明了、分類(lèi)的參數(shù)便于易現(xiàn)場(chǎng)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(duì)象，選擇考慮因素。趨勢(shì)：“綜合特征值”分類(lèi)法

5.2工程巖體分類(lèi)的目的及原則5.2.2工程巖體分類(lèi)的原則在分類(lèi)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(chǎng)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(lèi)的目的及原則5.2.3分類(lèi)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(dòng)水壓力等。5、地應(yīng)力。地應(yīng)力難于測(cè)定，它對(duì)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(lèi)的目的及原則5.2.3分類(lèi)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(lèi)（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(lèi)（斯梯尼，前蘇聯(lián)巴庫(kù)地鐵）——單因素指標(biāo)3、按巖體完整性分類(lèi)（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(lèi)（費(fèi)蘭克林巖石工程分類(lèi)、巖體的巖土力學(xué)分類(lèi)、巴頓隧道工程的Q分類(lèi)）5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介用巖塊單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分類(lèi)，簡(jiǎn)單、早期，因此在工程上采用了較長(zhǎng)的時(shí)間(普氏系數(shù)f)。沒(méi)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(lèi)(表5-1)5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.1按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度RC分類(lèi)

由于巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)可在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，數(shù)量多而簡(jiǎn)便，所以用點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)分類(lèi)得到重視。由倫敦地質(zhì)學(xué)會(huì)與費(fèi)蘭克林（Franklin）等人提出，見(jiàn)圖5-1。（二）以點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)分類(lèi)5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.1按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度RC分類(lèi)2、按巷道巖石穩(wěn)定性分類(lèi)

（一）斯梯尼(Stini)分類(lèi)

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

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

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

工程實(shí)踐說(shuō)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(lèi)簡(jiǎn)介5.3.3按巖體完整性分類(lèi)巖芯采取率：采取巖芯總長(zhǎng)度與鉆孔在巖層中的長(zhǎng)度之比。例：某鉆孔的長(zhǎng)度為250cm，其中巖芯采取總長(zhǎng)度為200cm，而大于10cm的巖芯總長(zhǎng)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(lèi)簡(jiǎn)介5.3.3按巖體完整性分類(lèi)用RQD值來(lái)描述巖石的質(zhì)量--分級(jí)（表5-4）5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.3按巖體完整性分類(lèi)（二）以彈性波（縱波）速度分類(lèi)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(duì)巖體結(jié)構(gòu)的分類(lèi)，列出了彈性波在各類(lèi)巖體中傳播特性，如表5-5。5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.3按巖體完整性分類(lèi)日本池田和彥1969年提出了日本鐵路隧道圍巖強(qiáng)度分類(lèi)。首先按巖質(zhì)分六類(lèi)，再根據(jù)彈性波在巖體中速度，將圍巖強(qiáng)度分七類(lèi)。（表5-6）5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.3按巖體完整性分類(lèi)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(lèi)，分6類(lèi)。圖5-3。（一）弗蘭克林巖石工程分類(lèi)5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)（二）巖體的巖土力學(xué)分類(lèi)由畢昂斯基(Bieniaski1974)提出“綜合特征值”——RMR值分類(lèi)，0<RMR<100（在歐美流行）

式中的6個(gè)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(gè)指標(biāo)分別由如下各表來(lái)確定。5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)（1）與巖石強(qiáng)度相關(guān)的巖體評(píng)分值R1可以用標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行單軸壓縮來(lái)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(píng)分值R1的對(duì)應(yīng)關(guān)系5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)（2）巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD由修正的巖芯采取率確定（3）對(duì)應(yīng)于節(jié)理組間距（關(guān)鍵組節(jié)理間距）的巖石評(píng)分值R3，表5-95.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)（4）與節(jié)理狀態(tài)（粗糙度、張開(kāi)度、充填狀態(tài)、延伸方向等）相關(guān)的巖體評(píng)分值R4，見(jiàn)表5-10（5）與地下水狀態(tài)相關(guān)的巖體評(píng)分值R5，見(jiàn)表5-115.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)（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(lái)考慮節(jié)理方向?qū)こ淌欠裼欣麃?lái)修正前五個(gè)評(píng)分之和。(R6)5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)根據(jù)以上六個(gè)參數(shù)之和RMR值，把巖體的質(zhì)量劃分為五類(lèi)，見(jiàn)表5-135.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)本分類(lèi)還給出了對(duì)巖體穩(wěn)定性（隧洞巖體自穩(wěn)時(shí)間）以及對(duì)應(yīng)的巖體c,φ值，建議值見(jiàn)表5-14。5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)

（三）巴頓隧道工程的Q分類(lèi)（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(gè)用6個(gè)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(lèi)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(gè)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(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)5.3工程巖體代表性分類(lèi)簡(jiǎn)介5.3.4按巖體綜合指標(biāo)分類(lèi)（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(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級(jí)的基本方法

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

②選擇有代表性露頭或開(kāi)挖面，對(duì)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(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級(jí)的基本方法

表5-18Jv與

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

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

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

評(píng)價(jià)：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(duì)工程巖體實(shí)際觀察的結(jié)果。雖然會(huì)受到一定的人為因素的影響，但對(duì)巖體進(jìn)行調(diào)查的具體做法及其對(duì)鑒定的詳盡描述，對(duì)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(píng)價(jià)，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(jí)的對(duì)比使得該方法相對(duì)比較合理。5.4我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級(jí)的基本方法

（2）巖體基本質(zhì)量分級(jí)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(jí)見(jiàn)表5-18（分為5級(jí)）

5.4我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級(jí)的基本方法

5.4我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB50218-94）5.4.1工程巖體分級(jí)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(jí)別。

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