53工程岩体多因素综合分类Word格式.docx
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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
0.2～0.1
高压的连续性水流
0.1～0.05
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5.13 Q系统分类
Q值
<
0.01
0.01～0.1
0.1～1.0
1.0～4.0
4.0～10.0
10.0～40.0
40.0～100.0
100.0～400.0
>
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（Bieniawski 1974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（RockMassRating），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（
）
10
4～10
250
15
100～250
12
2～4
50～100
7
1～2
25～50
4
不采用
5～25
2
1～5
1
表5.15岩芯质量指标RQD确定的岩体分类评分
RQD（%）
90～100
75～90
50～75
25
20
17
13
8
3
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
光滑表面，由断层泥充填厚度小于5mm；
张开度1～5mm，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
10～25
0.1～0.2
湿的
25～125
0.2～0.5
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
-60
RMR的取值范围为0～100，其值越大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）
Ⅰ
很好的岩石
81～100
Ⅱ
好的岩石
61～80
Ⅲ
较好的岩石
41～60
Ⅳ
较差的岩石
21～40
Ⅴ
很差的岩石
0～20
Bieniawski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，φ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，10h
1m跨，30min
岩体的
内聚力（kPa）
400
300～400
200～300
100～200
100
内摩擦角
45°
35°
～45°
25°
～35°
15°
～25°
RMR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5.22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Ⅰ类至Ⅴ类，围岩的质量从最好过渡到最差；
后者分为6类，从Ⅵ类至Ⅰ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；
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
（3~5m跨度）
岩种举例
类别
名称
稳定
围岩
1．完整坚硬岩层，Rb>
60Mpa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=40~60Mpa；
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，Rb>
60Mpa
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=20~40Mpa；
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=40~60Mpa
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，Rb<
20Mpa；
2．中硬的层状岩层；
3．中硬的块状岩层，Rb=20~40Mpa
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；
3．Rb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Rb＞60MPa），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（Rb＞30MPa），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（Rb≈30MPa），受地质构造影响轻微，节理不发育；
IV
硬质岩石（Rb＞30MPa），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（Rb＝5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～3．0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：
0.1～0.5m；
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：
（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
550~451
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
450~351
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，岩体较体完整—较破碎；
软岩，岩体完整—较完整
350~251
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，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，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
2～3
1.0~4.0
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
0.4~0.2
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
450
450-351
350-251
潮湿或点滴状出水
0.2~0.3
0.4~0.6
淋雨状或涌流状出水，水压小于等于0.1MPa或单位出水量≤10L/（min·
m）
0.7~0.9
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<
30°
结构面倾角30°
~75°
结构面走向与洞
轴线夹角>
60°
结构面倾角>
75°
其他组合
K2
0.4~0.6
0.0~0.2
0.2~0.4
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
1.0~1.5
高应力区
0.5~1.0
5.3.3.2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γ
（KN/m3）
抗剪断峰值强度
变形模量
E（GPa）
泊松比
φ（°
粘聚力
C（MPa）
26.5
60
2.1
33
60~50
2.1~1.5
33~20
0.2~0.25
26.5~24.5
50~39
1.5~0.7
20~6
0.25~0.3
24.5~22.5
39~27
0.7~0.2
6~1.3
0.3~0.35
22.5
27
1.3
0.35
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的结合程度
内摩擦角φ
（°
粘聚力C
坚硬岩，结合好
37
0.22
坚硬—较坚硬岩，结合一般；
较软岩，结合好
37~29
0.22~0.12
坚硬—较坚硬岩，结合差；
较软岩—软岩，结合一般
29~19
0.12~0.08
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
19~13
0.08~0.05
5
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10~20m，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10~20m，可稳定数日至一个月，可发生小至中塌方；
跨度5~10m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小至中塌方；
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
①小塌方：
塌方高度小于3m，或塌方体积小于30m3；
②中塌方：
塌方高度3~6m，或塌方体积小于30~100m3；
③大塌方：
塌方高度大于6m，或塌方体积大于100m3。
④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
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