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Barton-Q系統(tǒng)分類法及其在巖土工程中的應(yīng)用安龍東北大學(xué)深部金屬礦山安全開采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2014年3月內(nèi)容提綱Q系統(tǒng)分類法建立的背景及目的簡介Barton-Q系統(tǒng)分類法Q系統(tǒng)分類法與巖體力學(xué)參數(shù)Q系統(tǒng)分類法在巖土工程中的應(yīng)用4123實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備的介紹5Q系統(tǒng)分類法建立的背景及目的問題的提出隨著巖土工程向深度和廣度上發(fā)展,地下巖體工程的穩(wěn)定性問題已經(jīng)成為一個(gè)更加迫切需要解決的課題。相似的巖性及材料力學(xué)性質(zhì)所表現(xiàn)出的變形特征完全不同—受斷層、節(jié)理、地下水及原巖應(yīng)力的影響。影響地下巖體穩(wěn)定性的因素眾多,如何同綜合了各種資料的單一指標(biāo),來將巖體這樣一種連續(xù)變化的序列劃分為具有不同穩(wěn)定程度的有限級別,將定性分析變?yōu)槎垦芯?。如何將巖體的穩(wěn)定性與相應(yīng)的工程措施(如支護(hù)手段等)聯(lián)系起來。該巖塊未掉落是否可以說明其處于穩(wěn)定狀態(tài)?該巷道需要如何支護(hù),why?Q系統(tǒng)分類法建立的背景及目的Q系統(tǒng)分類法的提出基本案例收集案例分析總結(jié)相應(yīng)參數(shù)、指標(biāo)提出評定等級的提出評定等級的驗(yàn)證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立RQD:巖石質(zhì)量指標(biāo)Jn:巖體節(jié)理組數(shù)Jr:節(jié)理粗糙度系數(shù)Jw:裂隙水折減系數(shù)Ja:節(jié)理蝕變系數(shù)SRF:應(yīng)力折減系數(shù)Q指標(biāo)評價(jià)系統(tǒng)提出最初的212個(gè)工程案例1974年Barton等基于212個(gè)隧道和硐室開挖的實(shí)例數(shù)據(jù)庫(公路和鐵路隧道,地下水電硐室,地下廠房等)—1993年數(shù)據(jù)庫中的實(shí)例數(shù)已增至1250個(gè)。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)涵蓋了50多種巖石類型

大量的火成巖和變質(zhì)巖的數(shù)據(jù)

少量的沉積巖數(shù)據(jù)大量實(shí)例中具有含泥質(zhì)粘土的節(jié)理及斷層。大量實(shí)例中巖體都具有不同程度的風(fēng)化數(shù)據(jù)庫中60%的數(shù)據(jù)來自斯堪的納維亞半島(挪威和瑞典)數(shù)據(jù)庫中40%的數(shù)據(jù)來自歐洲,美國(其中也有少部分的數(shù)據(jù)來自香港和臺(tái)灣)50%的數(shù)據(jù)來自于挪威和瑞典的引水隧道。Q系統(tǒng)分類法數(shù)據(jù)庫的特征Q系統(tǒng)分類法建立的背景及目的NGI的Barton最初提出的巖石質(zhì)量Q分類法節(jié)理的粗糙度是否重要?節(jié)理的組數(shù)是否重要?節(jié)理充填物是否重要?巖芯質(zhì)量所放映的巖體特征?1974年Version1提出2014年VersionnJw提出支護(hù)系統(tǒng)的更新建立與RMR之間的關(guān)系Q系統(tǒng)分類法

RQD—巖體質(zhì)量指標(biāo)Jn—節(jié)理組數(shù)Jr—節(jié)理粗糙度系數(shù)Ja—節(jié)理蝕變系數(shù)Jw—裂隙水折減系數(shù)SRF—應(yīng)力折減系數(shù)結(jié)構(gòu)體尺寸結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度主動(dòng)(有效)應(yīng)力Q=1000(orbetter)Q=100/0.5x4/0.75x1/1Q=0.001(orworse)Q=10/20x1/8x0.5/20簡介Barton—Q系統(tǒng)分類法Q值from0.001to1000,Q值越大則表征巖體的穩(wěn)定性越好?。QD與JnRQD0~100Jn12~4RQD20~50Jn4→6→9RQD15~30Jn15(atleast!)RQD100Jn2→3RQD評分0~100Jn節(jié)理組數(shù)評分0.5~20簡介Barton—Q系統(tǒng)分類法RQD值越大表征巖體穩(wěn)定性越好!Jn值越小,巖體越完整!Jr—節(jié)理粗糙度系數(shù)Jr=3.0(atleast!)Jr評分0.5~4簡介Barton—Q系統(tǒng)分類法Jr=1.0Jr=1.5Jr值越大其抗剪切能力越大!Ja—節(jié)理蝕變系數(shù)巖體間直接接觸錯(cuò)動(dòng)后巖體間接觸巖體間不接觸Ja評分0.75~20簡介Barton—Q系統(tǒng)分類法Ja值越大其抗剪切能力越??!簡介Barton—Q系統(tǒng)分類法Jr/Ja=1.5/1.0Jr/Ja=1.0/2.0Jr/Ja=2.0/2.0Jw—裂隙水折減系數(shù)Jw評分0.1~1.0Jw1.0or0.66Jw0.5Jw0.1or0.2簡介Barton—Q系統(tǒng)分類法Jw值越大越利于巖體穩(wěn)定!Jw值與水量及水壓成反比SRF—應(yīng)力折減系數(shù)SRF評分10~1.0軟弱帶存在硬巖中的巖石應(yīng)力問題擠壓與膨脹簡介Barton—Q系統(tǒng)分類法SRF值越小越利于巖體穩(wěn)定!簡介Barton—Q系統(tǒng)分類法簡介Barton—Q系統(tǒng)分類法Q系統(tǒng)分類法與巖體力學(xué)參數(shù)F、RQD、Vp和Emass值的預(yù)測Sjogren1979與Barton2006年添加的Q值范圍初級階段實(shí)例:Q=20~25,UCS=200MpaQc=40~50,當(dāng)H=400m時(shí),Vp=5.8~5.9Km/sEmass=56~60MpaPr=0.017~0.018MpaQc參數(shù)的提出與相關(guān)參數(shù)預(yù)測Qc值的提出與參數(shù)預(yù)測的改進(jìn)Q系統(tǒng)分類法與巖體力學(xué)參數(shù)改進(jìn)的Qc—Vp—Emass—Pr綜合模型基于Q系統(tǒng)分類法的巷道支護(hù)方式的選擇基于巖體分類Q系統(tǒng)的永久支護(hù)和加固準(zhǔn)則ESR—開挖安全率礦山井巷臨時(shí)支護(hù)2~5礦山井巷的永久支護(hù)1.6~2.0鐵路、公路隧道支護(hù)1.0CCA—澆筑混凝土拱RRS+B—鋼筋拱+噴射混凝土+錨桿Sfr+B—噴射鋼纖維混凝土+錨桿B+(S)—錨桿+噴射混凝土支護(hù)B—連續(xù)的錨桿支護(hù)Sb—不連續(xù)錨桿支護(hù)Q系統(tǒng)分類法在巖土工程中的應(yīng)用基于Q系統(tǒng)分類法的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇Mathews穩(wěn)定圖法穩(wěn)定性系數(shù)水力半徑Q系統(tǒng)分類法在巖土工程中的應(yīng)用基于Q系統(tǒng)分類法的采場自穩(wěn)時(shí)間的判斷Barton統(tǒng)計(jì)分析了Q值與開挖后的自穩(wěn)能力之間的關(guān)系,得出了如下表達(dá)式,為隧道的設(shè)計(jì)施工提出必要的參數(shù)

式中:D為巖體開挖后無支護(hù)的情況下,巖體保持穩(wěn)定的最大跨度。Q系統(tǒng)分類法在巖土工程中的應(yīng)用工程實(shí)例—焦家金礦-390中段104#采場焦家金礦礦體賦存條件極為復(fù)雜,屬于典型的緩傾斜中厚破碎礦體。礦體主要受上盤斷裂蝕變帶的控制,礦體平均傾角為25°~35°,厚度10~20m。隨蝕變程度的增強(qiáng),巖體抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及模量值降低,受斷裂影響,節(jié)理切割嚴(yán)重,礦巖穩(wěn)固性差。目前礦山采用機(jī)械化上向進(jìn)路充填采礦法,采場沿礦體走向布置,進(jìn)路規(guī)格3.5m×3.5m,由于進(jìn)路規(guī)格小,嚴(yán)重制約礦山生產(chǎn)能力提高,導(dǎo)致工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低。焦家金礦開展巖石力學(xué)工作焦家金礦試驗(yàn)采場平面圖鉆孔巖芯地質(zhì)編錄現(xiàn)場原位巖石力學(xué)試驗(yàn)現(xiàn)場巖體結(jié)構(gòu)測繪實(shí)驗(yàn)室?guī)r石力學(xué)試驗(yàn)現(xiàn)場鉆孔攝像現(xiàn)場聲波測試Q系統(tǒng)分類法在巖土工程中的應(yīng)用現(xiàn)場聲波測試及鉆孔攝像基于攝影測量技術(shù)的現(xiàn)場巖體結(jié)構(gòu)測繪鉆孔地質(zhì)編錄實(shí)驗(yàn)室?guī)r石力學(xué)試驗(yàn)Q系統(tǒng)分類法與巖體力學(xué)參數(shù)位置下盤礦體上盤孔號(hào)010402030506RQD23.8139.5220.6823.0822.0529.77PLS4.425.221.731.62.842.62UCS806092Jn6915Jr211Ja122Jw0.660.660.66SRF2.52.52.5Q2.790.320.26A0.350.350.35B0.50.50.3C583N‘9.231.710.31巖體質(zhì)量評價(jià)參數(shù)匯總表修正的Mathews穩(wěn)定性圖表焦家金礦采場跨度設(shè)計(jì)采用Mathews穩(wěn)定圖解法進(jìn)行回采設(shè)計(jì),將采場跨度由原來的3.5m擴(kuò)大到7.5m,并通過現(xiàn)場試驗(yàn)證明回采過程中均未發(fā)生頂板冒落和圍巖垮落現(xiàn)象,采場的穩(wěn)定性良好。開挖前后聲波波速變化曲線回采完畢后進(jìn)路形態(tài)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備的介紹瑞典CD34便攜式坑道電動(dòng)鉆機(jī)設(shè)備輕便,易于搬運(yùn)和安裝,可用于代替坑內(nèi)鉆取芯工作技術(shù)規(guī)格:功率:3.3kW鉆頭直徑:36mm-70mm鉆進(jìn)深度:20m重量:鉆架24kg,主機(jī)14kgCD34便攜式坑道鉆機(jī)在紅透山銅礦的應(yīng)用數(shù)字鉆孔攝像及超聲波測試設(shè)備數(shù)字鉆孔攝像巖體聲波探測技術(shù)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備的介紹Sirovision巖體結(jié)構(gòu)掃描儀主要技術(shù)指標(biāo)工作范圍:3m到12m角度:垂直方向:360°

水平方向:360°精度

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