工程岩体分类

第五章工程岩体分类主要内容1.概述2.工程岩体分类3.我国工程岩体的分类标准4.工程岩体分类的具体应用31、概述1.1分级的目的:评价工程岩体的稳定性（1）通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。（2）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。（3）便于施工方法的总结,交流,推广，为便于行业内技术改革和管理。41.2分级的种类根据用途的不同，岩体工程分级有通用的分级和专用的分级两种。1）通用分类：原则的、大致的分类，未针对专门的工程领域，供各学科领域各部门安全使用的分类。（2）专用分类：专为某项工程目的服务的分类，考虑因素少一些，深入、细致。锚杆支护的围岩分级；地铁岩层分级；坝基岩体分级以及工程地质的岩石分级等等。（1）确定分类的目的和适用对象。（2）分类应该定量—便于用于技术计算和制定定额。（3）分类的级数适合—从工程实用看，一般五级。（4）分类方法和计算步骤应简单明了，数字便于记忆，便于应用。（5）因素要独立—基本因素：结构面、岩块质量（力学特性）、风化、水、地应力、工程施工条件和规模。1.3分类原则国际趋势：“综合特征值”分类法1.4影响岩体工程性质的主要因素岩石强度和质量强度(软、硬)变形性(结构上的致密、疏松)岩体的完整性软弱面、软弱带和其间充填的原生或次生物质的性质水的影响强度削弱（国内都用室内单轴抗压强度指标来反映）。（用结构面特征的统计结果或岩体弹性波来反映）岩石的物理力学性质恶化沿裂隙形成渗流影响岩体的稳定性。（软化、降低稳定性）1986年国家计委批准编制了《工程岩体分级标准》，并于1994年经国家建设部批准为强制性国家标准，于1995年7月1日起施行。该标准属于国家标准第二层次的通用标准，适用于各部门、各行业的岩石工程。1.5工程岩体分级的代表性方案2.工程岩体代表性分类2.1按岩块的单轴抗压强度（Ｒc）分类表5-1岩块按抗压强度分类类别岩石单轴抗压强Rc（MPa）岩石类别Ⅰ250~160特坚岩Ⅱ160~100坚岩Ⅲ100~40次坚岩Ⅳ40软岩2019/8/782.2RQD（rockqualitydesignation）分类RQD（岩体质量指标）：用直径为75mm的金刚钻头，双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯。长度大于10cm的岩芯总长度与钻进总进尺的比值，以百分数表示。岩石质量指标RQD（rockqualitydesignation）:%100)()10(岩芯进尺总长度的岩芯断块长度tPLcmLRQD类别RQD（%）工程分级Ⅰ90~100极好的Ⅱ75~90好的Ⅲ50~75中等的Ⅳ25~50差的Ⅴ0~25极差的表5-4按RQD大小的岩石工程分级2019/8/7115级分级，极好的～极差的。用RQD值来描述岩石的质量分级：例：某钻孔的长度为250cm，其中岩芯采取总长度为200cm,而大于10cm的岩芯总长度为157cm(图5-2)，则岩芯采取率：200/250=80%RQD=157/250=63%2.3按岩体结构类型分类指出弹性波速与岩石种类、密度、年代、裂隙和夹层等的关系。孔隙率、吸水率各向异性，平行层面垂直层面（1.67）变化（压力大，速度）结构面的存在使波速下降。中科院地质所古德振教授进行分类（见下表5-5）4类：整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。指标：波速Vp；岩土体/岩块，Vp之比；波可接收距离（m）。类别弹性波指示块状结构层状结构碎裂结构散体结构波速Vp（m/s）范围采用值最小值4000~5000450035003000~4000350025002000~35002750150020001500500岩体Vpm/Vpsr范围采用值最小值0.80.80.60.5~0.80.650.50.3~0.60.450.30.40.3—可接收距离（m）范围最小值5~1033~521~311—2019/8/714表5-5各类结构体中的弹性波传播特性表5-6日本铁路隧道围岩分类（池田和彦于1969）围岩强度分类岩质良好程度备注ABCDEF15.04.84.2好1．开挖面有涌水时，分类要降一级；2．膨胀性岩石（蛇纹岩，变质安山岩、石墨片岩、凝灰岩、温泉余土）的弹性波速值。要特殊考虑这种情况其速度值小于4.0km/s，泊松比大于0.3；3．对风化岩层泊松比小于0.3时，分类要提高一级到两级；4．单位：km/s25.0~4.44.8~4.24.2~3.634.6~4.04.8~4.24.4~3.83.8~3.22.6中等44.2~3.04.4~3.84.0~3.43.4~2.82.6~2.053.8~3.24.0~3.43.6~3.03.0~2.42.2~1.61.8~1.2差63.43.62.62.61.81.4~0.871.41.02019/8/715我国工程岩体分级标准（GB50218-94）分两步计算：（一）岩体基本质量分级－计算BQ，初步分级（二）岩体稳定性分级－考虑影响因素，修正BQ，再按照[BQ],进行详细分类。2.4我国工程岩体分类标准（GB50213—94）（1）岩体坚硬程度。（2）岩体完整程度。1、定性的确定岩体基本质量锤击声、回弹和手感易碎程度、变形情况吸水情况结构面发育程度主要结构面的结合程度结构面类型（表5-3）（表5-4）（1）岩石的坚硬程度—Rc（实测岩石单轴饱和抗压强度），按Rc划分5类坚硬度[60～5MPa]。表5-5Rc与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系Rc（MPa）6060~3030~1515~55坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩2019/8/7182、定量的确定岩体基本质量注意：Rc≥60坚硬岩,Rc5极软岩,与表5-1Rc=160~100有区别（2）岩体完整性指标Kv[0.75～0.15]m-massr-rockVpm—岩体弹性纵波速度（km/s）Vpr—岩石弹性纵波速度（km/s）or用Jv来核算KvprpmvVVK222019/8/719表5-7Jv与Kv对照表结论：Kv与定性划分的岩体完整程度对应。完整性分5类完整~极破碎表5-7Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系Jv（条/m3）33~1010~2020~3535Kv0.750.75~0.550.55~0.250.35~0.150.15Kv07530.75~0.550.55~0.350.35~0.150.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎2019/8/7203.岩体基本质量分级（1）岩体基本质量指标（BQ）式中，BQ—岩体基本质量指标；Rc—岩石单轴饱和抗压强度（MPa）；Kv—岩体完整性指数值。注：两条限制，Rc与Kv关系，Kv与Rc关系，有矛盾。v250390KRBQc2019/8/721a.计算岩体基本质量指标BQBQ=90+3σC+250KV式中：σC－岩石单轴饱和抗压强度,MPa;KV－岩体完整性指数值注：①当σC90KV+30,代σC＝90KV+30②当KV0.04RC+0.4,代KV＝0.04RC+0.4–（2）．按计算所得的BQ值按表5-8进行岩体基本质量分级，共分5级，BQ值≥550~250基本质量级别岩体基本质量的定性特征岩体基本质量指标（BQ）Ⅰ坚硬岩，岩体完整550Ⅱ坚硬岩，岩体较完整较坚硬岩，岩体完整550~451Ⅲ坚硬岩，岩体较破碎较坚硬岩或软硬岩岩层，岩体较完整较软岩，岩体完整450~35Ⅳ坚硬岩，岩体较破碎软坚硬岩，岩体较破碎~破碎较软岩或软坚硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整—较破碎；软岩，岩体完整—较完整350~251Ⅴ软软岩，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250（三）结合工程情况，进行岩体基本质量的修正[BQ][BQ]—岩体基本质量指标修正值；BQ—岩体基本质量指标；K1—地下水影响修正系数；K2—主要软弱结构面产状影响修正系数；K3—初始应力状态影响修正系数。K1、K2、K3值，分别见表5-19、表5-20、表5-21)(100][321KKKBQBQ2019/8/724K1BQ地下水出水状态450450~351350~251250潮湿或点滴状出水00.10.2~0.30.4~0.6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)0.10.2~0.30.4~0.60.7~0.9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·m)0.20.4~0.60.7~0.91.02019/8/725表5-9地下水影响修正系数k1表5-10主要软弱结构面产状影响修正系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30°结构面倾角75°其他组合K20.4~0.60~0.20.2~0.42019/8/726表5-11初始应力状态影响修正系数K3K3BQ初始应力状态550550~451450~351350~251250极高应力区1.01.01.0~1.51.0~1.51.0高应力区0.50.50.50.5~1.00.5~1.02019/8/7272.3岩体地质力学分类(RMR分类)•分类指标：岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水•方法：（1）根据各类指标的数值，按表5-13A的标准评分，求和得总分RMR值。（2）按表5-13B和表5-14的规定对总分作适当的修正。（3）用修正后的总分对照表5-13C求得岩体的类别及相应的无支护地下洞室的自稳时间和岩体强度指标(c，φ)值。@1973，南非科学和工业委员会（CSIR)毕昂斯基(Bieniaski)提出RMR计算式@1979年，提出修正RMR计算式@为什么要考虑节理方向对工程是否有利（R6）修正前五个评分之和？@看下面的几幅图的情况，如何？51iiRRMR61iiRRMR考虑节理方向对工程是否有利来修正前五个评分之和R6€根据6个参数之和RMR值，把岩体的质量划分为五类61iiRRMR2.4工程岩体分级的应用（一）岩体物理力学参数的选用2个参数物理表5-22峰值抗剪强度表5-232019/8/733表5-22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（MPa）泊松比内摩擦角（。）粘聚力C（MPa）Ⅰ26.5602.1330.2Ⅱ60~502.1~1.533~200.2~0.25Ⅲ26.5~24.550~391.5~0.720~60.25~0.3Ⅳ24.5~22.539~270.7~0.26~1.30.3~0.35Ⅴ22.5270.21.30.352019/8/734表5-23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粘聚力C（MPa）1坚硬岩，结合好370.222坚硬—较坚硬岩，结合一般；极软岩，结合好37~290.22~0.123坚硬—软坚硬岩，结合差；较软岩—软岩，结合一般29~190.12~E0.084软坚硬—软软财，结合差—结合很差；软岩、结合差；软质岩的泥化面19~130.08~0.055软坚硬岩及全部软质岩，结合很差；软质岩泥化层本身130.052019/8/735–（二）地下工程岩体自稳能力的确定表5-24地下工程岩体自稳能力岩体级别自稳能力Ⅰ跨度小于20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方Ⅱ跨方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Ⅲ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Ⅳ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