53工程岩体多因素综合分类Word格式.docx

1、2.5在中等应力下具有紧闭无充填结构面的岩体表5.11结构面粗糙度影响系数结构面粗糙度非连通式粗糙波状式光滑平整式1.5平整工带擦痕平整式被充填注： “被充填的”不连续面，如果结构面的平均间距超过3m时，再加上1.0。表5.12地下水的影响系数地下水干燥的中等水量流入0.66未充填的节理中大量水流入充填节理中大量水流入，充填物被冲出0.33高压的断续性水流0.20.1高压的连续性水流0.10.05巴顿等人根据Q值将岩体质量分成九个类别，如表5.13所示。表5.13Q系统分类Q值400.0隧道围岩质量特坏极坏很坏坏尚好好很好极好特好巴顿等人根据大量实际工程的规律，提出了没有支护条件下隧道最大安全

2、跨度D与岩体分类Q值之间的关系。 （5.5）巴顿等人提出的Q分类在地下工程的建设中，有着一定的指导作用。5.3.2 工程围岩的岩体力学分类法毕昂斯基（Bieniawski1974年）在研究影响工程岩体稳定性因素的基础上，根据各个因素对工程岩体稳定性影响的程度，分别给出了岩石抗压强度，岩体质量指标，结构面间距，结构面状态和地下水状态等5个主要因素在岩体质量分类中的评分标准，将5个因素的评分相加就得到岩体质量分类分值RMR（Rock Mass Rating），即RMR=+ （5.7）式中前5项确定后，又考虑到结构面的产状与工程相对位置关系不同对围岩稳定性影响程度也就不同，又增补了修正指标，是以负分

3、的形式赋值的。各指标的评分标准见表5.14表5.19表5.14根据点荷载试验强度或单向抗压强度确定的岩体分类评分点荷载指标（MPa）单轴抗压强度评分（）104102501510025012245010071225504不采用5252151表5.15 岩芯质量指标RQD确定的岩体分类评分RQD（%）90100759050752520171383表5.16 最具影响力的节理组间距所确定的岩体评分节理间距（m）表5.17由结构面壁的几何状态所确定的岩体分类评分结构面的状态说明评分值（尺寸有限的很粗糙的表面，硬岩壁30略微粗糙的表面，张开度小于1mm，硬岩壁略微粗糙的表面，张开度小于1mm，软岩壁光滑

4、表面，由断层泥充填厚度小于5mm；张开度15mm，节理延伸超过数米由厚度大于5mm的断层泥充填的张开节理，张开度大于5mm的节理，节理延伸超过数米表5.18由岩体中地下水状态所确定的岩体分类评分每10m洞长的流入量（L/min）裂隙水压力与最大主应力的比值总的状态无完全干的0.1潮湿的10250.10.2湿的251250.20.5有中等水压力的125有严重地下水问题的表5.19结构面分布方向对岩体质量影响的修正评分结构面方向对工程影响的评价对隧洞的修正评分（对岩基的修正评分对边坡修正评分很有利有利-2-5较好-7-25不利-10-15-50很不利-12-60RMR的取值范围为0100，其值越大

5、说明岩体的质量越好，以20分为一个级差把岩体的质量划分为“很好的”一直到“很差的”共五类，见表5.20。表5.20岩体质量分级级别岩体质量描述岩体质量评分（RMR）很好的岩石81100好的岩石6180较好的岩石4160较差的岩石2140很差的岩石020Bieniawski还给出了各类工程岩体对应的自稳时间（隧洞围岩无支护下的稳定时间）及其岩体的抗剪切强度参数：c，值，供工程者参考，见表5.21。表5.21岩体质量类别与工程岩体自稳时间和抗剪切强度参数对应表岩体分类平均自稳时间15m跨，20年10m跨，1年5m跨，一星期2.5m跨，10h1m跨，30min岩体的内聚力（kPa）400300400

6、200300100200100内摩擦角45354525351525RMR分类综合考虑了影响工程岩稳定性的主要因素，参数定义明确，取值方便。因此，在欧美等国得到较为广泛的应用。Bieniawski研究还发现RMR和Q值之间存在如下关系： （5.8）5.3.3 我国的多因素综合性工程围岩分类 多因素综合性工程围岩分类研究工作在我国开始较早，发展较快。上世纪八十年代前后，国内地质、铁路、煤炭、水电、军工、公路等部门，吸取了国际先进围岩分类方法，结合本地的地质、水文条件，认真总结了本部门岩体工程实践经验，研究各类岩体结构的形成机理和变形特性，先后陆续提出了比较适合本部门特点的工程围岩分类方法。表5.2

7、2和表5.23分别为煤炭系统围岩分类和公路隧道围岩分类。这是我国两种有代表性的分类方法，前者将围岩分为5类，从类至类，围岩的质量从最好过渡到最差；后者分为6类，从类至类，围岩的质量从最好过渡到最差。经过多年生产实践，在各部门围岩分类标准基础上，于1994年制订了工程岩体国家分级标准（GB50218-94），本节重点介绍这一分级标准。在我国工程岩体分级中，首先以岩石单轴饱和抗压强度和岩体完整性指标为基本参数，按给定的经验公式计算岩体的基本质量指标；再考虑地下水、结构面、原岩原应力等因素对岩体质量的影响，修正岩体基本质量指标，将修正后的岩体质量指标作为定量指标，结合定性描述，将岩体质量分为类5级；

8、最后还给出了各类岩体的力学性质参数和描述了各类岩体工程的自稳能力。表5.22煤炭系统围岩分类表围岩分类岩 层 描 述巷道开挖后围岩稳定状态（35m跨度）岩 种 举 例类别名称稳定围岩1完整坚硬岩层，Rb60Mpa不易风化；2层状岩层层间胶结好，无软弱夹层围岩稳定，长期不支护，无碎块掉落现象完整的玄武岩，石英质砂岩，奥陶纪灰岩，茅口灰岩，大治厚层灰岩稳定性较好的岩层1完整的比较坚硬岩层，Rb=4060Mpa；2层状岩层，胶结较好；3坚硬块状岩层，裂隙面闭合，无泥质充填物，Rb60Mpa围岩基本稳定，较长时间不支护会出现小块掉落胶结好的砂岩、砾岩，大治薄层灰岩中等稳定岩层1完整的中硬岩层，Rb=2

9、040Mpa；2层状岩层以坚硬层为主，加有少数软岩层；3比较坚硬的块状岩层，Rb=4060Mpa能维持1个月以上稳定，会产生局部岩块掉落砂层，砂质页岩，粉砂岩，石灰岩，硬质凝灰岩稳定性较差的岩层1较软的完整岩层，Rb20Mpa；2中硬的层状岩层；3中硬的块状岩层，Rb=2040Mpa围岩的稳定时间仅有几天页岩，泥岩，胶结不好的砂岩，硬煤不稳定岩层1易风化潮解剥落的松软岩层；2各类破碎岩层围岩很容易产生冒顶片帮灰质页岩，花斑泥岩，软质凝灰岩，煤，破碎的各类岩石1岩层描述：将岩层分为完整的、层状的、块状的、破碎的4种：（1）完整岩层：层理和节理裂隙的间距不大于1.5m；（2）层状岩层：层与层间距小

10、于1.5m；（3）块状岩层：节理裂隙间距小于1.5m大于0.3m；（4）破碎岩层：节理裂隙间距小于0.3m；2当地下水影响围岩的稳定时，应考虑适当降级；3Rb为岩石的单向饱和抗压强度。表5.23 公路隧道围岩分类围岩主要工程地质条件围岩开挖后的稳定状态 主要工程地质条件结构特征和完整状态 V1 硬质岩石（饱和抗压极限强度Rb60MPa），受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面（或夹层）；层状岩层为厚层，层间结合良好呈巨块状整体结构围岩稳定、无坍塌，可能产少岩爆V硬质岩石（Rb30MPa），受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面（或夹层）和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动，层

11、状岩层为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象，或为硬质岩石偶夹软质岩石呈大块状砌体结构暴露时间长，可能出现局部小坍塌；侧壁稳定；层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落软质岩石（Rb30MPa），受地质构造影响轻微，节理不发育；IV硬质岩石（Rb30MPa），受地质构造影响严重，节理发育，有层伏软弱面（或夹层），但其产状及组合关系尚不致产生滑动；层状岩层为薄层或中层，层间结合差，多有分离现象；或为硬、软质岩石互层呈块（石）碎（石）状镶嵌结构拱部无支护时可产中小坍塌，则壁基本稳定，爆破振动过大易塌软质岩石（Rb5以上30MPu），受地质构造影响严重，节理较发育；层状岩层为薄层、中层或厚层，层间结合一

12、般III硬质岩石（Rb （30MPa），受地质构造影响很严重，节理很发育，层状软弱面（或夹层）巳基本被破坏呈碎石状压碎结构拱部无支护时，可产生较大的坍塌；侧壁有时失去稳定软质岩石（Rb 5以上30助Pa），受地质构造影响严重，节理发育1略具压密或成岩作用的粘性土及砂性土2一般钙质、铁质胶结的碎、卵石土、大块石土3黄土（Q1，Q2）1呈大块状压密结构2呈巨块状整体结构3呈巨块状整体结构II石质图岩位于挤压强烈的断裂带内，裂隙杂乱，呈石夹土或土夹石状呈角（砾）碎（石）状松散结构围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌；浅埋时易出现地表下沉（陷）或坍至地表一般第四系的半干硬硬塑的粘性土及稍湿

13、至潮湿的一般碎、卵石土、圆砾、角砾土及黄土（Q3 、Q4）非钻性土呈松散结构，粘性土及黄土呈松软结构I石质围岩位于挤压极强烈的断裂带内，呈角砾、砂、泥松软体呈松软结构围岩极易坍塌变形，有水时土砂常与水一齐涌出；浅埋时易坍至地表软塑状粘性土及潮湿的粉细砂等粘性土呈易蠕动的松软结构砂性土呈潮湿松散结构 注：1、公路隧道围岩分级表中“级别”和“围岩主要工程地质条件”栏，不包括特殊地质条件的围岩，如膨胀性围岩、多年冻土等。2、层状岩层的层厚划分为：厚层：大于0.5m；中层：0.10.5m；薄层：小于0.1m。5.3.3.1岩体基本质量指标（BQ）计算与基本质量分级岩体基本质量指标（BQ）按下式计算：

14、（5.9）式中 BQ岩体基本质量指标；岩石单轴饱和抗压强度（岩体完整性指数值，由式（5.2）计算。 使用公式（5.9）时，应遵守下列限制条件：（1）当时，应以和代入式（5.9）计算BQ值；（2）当代入式（5.9）计算BQ值。 根据BQ值，将岩体基本质量分为5级，见表5.24。表5.24 岩体质量分级基本质量级别岩体质量的定性特征岩体基本质量指标（BQ）坚硬岩，岩体完整550坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整550451坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软、硬岩互层，岩体比较完整；较软岩，岩体完整450351坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎；较软岩或软、硬岩互层，且以软岩为主，岩体较体

15、完整较破碎；软岩，岩体完整较完整350251较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎；全部极软岩及全部极破碎岩 表中，坚硬度和完整性划分的定量指标分别见表5.2和表5.5；定性描述见表5.25和表5.26。表5.25中的风化程度划分见表5.27。 表5.25 岩石坚硬程度的定性划分定性鉴定代表性岩石硬 质 岩坚硬岩 锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后，有轻微吸水反应未风化微风化的：花岗岩正长岩，辉绿岩，玄武岩，安山岩，片麻岩，石英片岩，硅质板岩，石英岩，硅质胶结的板岩，石英砂岩，硅质石灰岩等较坚硬岩锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎；1 弱风化的坚硬岩；2 未风化微风化：熔结凝灰岩

16、，大理岩，板岩，白云岩，石灰岩，钙质胶结的砂岩等软 质 岩较软岩锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后，指甲可刻出印痕1 强风化的坚硬岩；2 弱风化的较坚硬岩；3 未风化微风化的：凝灰岩，千枚岩，砂质泥岩，泥灰岩，泥质砂岩，粉砂岩，页岩等软岩锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后，手可掰开2 弱风化强风化的较坚硬岩；3 弱风化的较软岩；4 未风化的泥岩等极软岩锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成团1 全风化的各种岩石；2 各种半成岩表5.26 岩体完整程度的定性划分结构面发育程度主要结构面的结合程度主要结构面类型相应结构类型组 数平均间距（m）完整结合好或结合一般节理，裂隙

17、，层面整体状或巨厚层状结构较完整结合差块状或厚层状结构231.04.0块状结构较破碎节理，裂隙，层面小断层裂隙块状或中厚层状结构0.40.2结合好镶嵌碎裂结构结合一般中，薄层状结构破碎各种类型结构面裂隙块状结构0.2结合一般或结合差碎裂状结构极破碎无序结合很差散体状结构表5.27 岩石风化程度的划分名 称风 化 特 征未风化结构构造未变，岩质新鲜微风化结构构造,矿物色泽基本未变，部分裂隙面有铁锰质渲染弱风化结构构造部分破坏，矿物色泽较明显变化，裂隙面出现风化矿物存在风化夹层强风化结构构造大部分破坏，矿物色泽明显变化，长石，云母等多风化成次生矿物全风化结构构造全部破坏，矿物成分除石英外，大部分风

18、化成土状5.3.3.2岩体基本质量指标的修正 岩体基本质量指标的确定只考虑了岩体的坚硬度和完整性两个重要因素，此外，地下水、软弱结构面的产状和原岩应力状态等因素对岩体质的影响通常是不容忽视的，这几个因素对岩体质量的影响，可以按下式进行修正： （5.10）式中：BQ岩体基本质量指标修正值； BQ岩体基本质量指标；地下水影响修正系数；主要软弱结构面产状影响修正系数；原岩应力状态影响修正系数。、的值分别由表5.28、表5.29、表5.30查出；若表中没有所列的地质条件，修正系数应该取零。由式（5.9）计算出岩体基本质量指标，再通过式（5.10）的修正，最后根据岩体基本质量指标修正值查表5.24确定岩

19、体质量等级。表5.28地下水影响修正系数K1 BQ K1 地下水出水状态450450-351350-251潮湿或点滴状出水0.20.30.40.6淋雨状或涌流状出水，水压小于等于0.1MPa或单位出水量10L/（minm）0.70.9淋雨状或涌流状出水，水压大于0.1MPa或单位出水量大于10L/（min表5.29 主要软弱结构面产状影响修正系数K2结构面产状及其与洞轴线的组合关系结构面走向与洞轴线夹角60结构面倾角75其他组合K20.4 0.60.0 0.20.2 0.4表5.30 原岩应力状态影响系数K3 BQ K3初始应力状态 550 451极高应力区1.01.5高应力区0.51.05.

20、3.3.2 各类工程岩体的物理力学参数和工程自稳能力的确定 岩体的级别确定后，可以由表5.31和表5.32查出岩体的物理力学性质参数和结构面的强度参数；还可以由表5.33查出各类岩体地下工程的自稳时间。表5.31 岩体物理力学参数岩体基本质量级别重力密度（KN/m3）抗剪断峰值强度变形模量E（GPa）泊松比（粘聚力C （MPa）26.5602.13360502.11.533200.20.2526.524.550391.50.72060.250.324.522.539270.70.261.30.30.3522.5271.30.35表5.32 岩体结构面抗剪断峰值强度序号两侧岩体的坚硬程度及结构面

21、的结合程度内摩擦角（粘聚力C坚硬岩，结合好370.22坚硬较坚硬岩，结合一般；较软岩，结合好37 290.220.12坚硬较坚硬岩，结合差；较软岩软岩，结合一般29190.120.08较坚硬较软岩，结合差结合很差；软岩，结合差；软质岩的泥化面19130.080.055较坚硬岩及全部软质岩，结合很差；软质岩泥化层本身0.05表5.33 地下工程岩体自稳能力岩体级别自稳能力跨度小于20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方跨度1020m，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度小于10m，可长期稳定，偶有掉块跨度1020m，可稳定数日至一个月，可发生小至中塌方；跨度510m，可稳定数月，可发生局部块体位

22、移及小至中塌方；跨度小于5m，可基本稳定跨度大于5m，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中至大塌方。埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度小于5m，可稳定数日至一个月无自稳能力小塌方：塌方高度小于3m，或塌方体积小于30 m3；中塌方：塌方高度36m，或塌方体积小于30100 m3；大塌方：塌方高度大于6m，或塌方体积大于100 m3。当实际自稳能力与表中相应级别的自稳能力不相符时，应对岩体级别作适当调整。习 题1、谈一谈工程围岩分类的目的、意义和一般原则，通常考虑哪些因素？2、什么是岩体的完整性系数？什么是岩石质量指标（RQD）？3、试比较岩体按Q指标分类、按 RMR 指标分类和按BQ指