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1围岩分类classificationofrockmass围岩分类的目的是为了对隧道及地下建筑工程周围的地层进行工程地质的客观评价，判断坑道或洞室的稳定性，确定支护的荷载和设计参数，确定施工方法，选择钻孔和开挖等施工机械，以及确定施工定额和预算等。发展概况隧道及地下工程围岩分类是在长期实践的基础上发展起来的，并与地质科学、岩土工程和量测技术的发展密切相关。初期的围岩分类多以单一的岩石强度作为分类指标。例如1949年前中国采用的坚石、次坚石、软石、硬土、普通土和松软土的分类法，以及中华人民共和国成立后广泛应用的“”值分类法(即普罗托季亚科诺夫分类法,1907年)。这类方法在评价坑道或洞体稳定性方面是不充分的;但在选择钻孔机械,确定掘进机类型，尤其是确定松散围岩的地压值等方面仍有一定意义。1970年后，以岩体为对象的分类方法获得了迅速发展。如泰尔扎吉分类法(1974年)、巴顿分类法（1974年）、别尼亚夫斯基分类法（1974年）、法国隧道协会(AFTES)分类法（1975年）,以及中国铁路隧道围岩分类（1975年）和水工隧洞围岩分类(1983年)等。这些分类法多数是根据经验的定性分类，但由于反映了围岩的地质构造特征、围岩的结构面状态、风化状况、地下水情况以及洞室埋深等，因此在评价坑道或洞体稳定性、确定支护结构参数和选择施工方法等方面得到了广泛的应用。近期的围岩分类中，引进了岩体力学的基本概念和数理统计方法,如考虑初始应力场、坑道周边位移值,以及量测信息等，使围岩分类逐渐从定性分类向定量分类方向发展。如拉布采维茨-帕赫分类(1974年)、日本地质学会的新奥法围岩分类（1979年）、奥地利阿尔贝格隧道的围岩分类（1979年）、苏联顿巴斯矿区的围岩分类(1979年)等。围岩分类的重要发展是把量测信息引进到分类之中，即根据量测的初期位移速度，拱顶下沉和洞体水平向的收敛、变形等进行分类。这也为隧道及地下工程的信息设计和施工打下了基础。到目前为止，已经提出的和正在应用的围岩分类约有50多种，但其中绝大多数仍处于定性描述或经验判别的阶段，尚需进一步研究和完善。分类要素在围岩分类中，最有影响的要素有：①围岩的构造。指围岩被各种地质结构面切割的程度以及被切割的岩块的尺寸和组合形态，在分类中它是一个起主导作用的因素。视裂缝间距，即被结构面切割的岩块的大小，可将围岩分成如表[围岩类型]所示的几种类型。②原岩或岩体的物理力学性质。包括单轴或三轴强度和变形特性，如抗压强度、抗剪强度以及弹性模量或变形模量等。一般说，在完整岩体中，原岩的指标是基本的；在非完整（裂隙）岩体中，岩体的指标是主要的。③地下水。地下水的水量和水压等对分类有重大影响，尤其是对软岩和破碎、松散围岩，它们导致岩质软化、降低强度。在有软弱结构面的围岩中，地下水会冲走充填物或使夹层液化等。因而在一些分类法中，都考虑了它的定性的或定量的影响。④围岩的初应力场。在现代围岩分类中，尤其是对于深埋隧道和软弱围岩而言，这一要素占有重要的地位。初应力场通常以上覆岩（土）体的重力来决定，并视为静水应力场；也可通过实地量测大致判定原岩应力场的大小及其方向。分类依据①单一岩性指标。如岩石抗压强度和弹性模量等物性指标，以及诸如抗钻性、抗爆性、开挖难易度等工艺指标。在为某些特定目的的分类中，如确定钻孔工效、炸药消耗量等，可采用相应的工艺指标（钻孔速度等）进行分类。②综合岩性指标。指标是单一的，但反映的因素是综合的。如岩体弹性波速度，既可反映围岩的软硬程度，又可反映围岩的破碎程度。岩芯复原率是在反映岩体破碎程度的同时，还表示围岩软、硬分级的一个指标。这类指标，还有修正后的普氏系数、坑道自稳时间、围岩强度等。③复合岩性指标。是用两个或两个以上的单一岩性指标或综合岩性指标表示。例如，已确定分类要素为、、,则复合岩性指标可用下述方法之一来确定：2和差法＝±±积商法[606-01]然后用进行分类。目前,许多分类都采用了这个方法。④量测数据。是用量测到的位移（坑道周边收敛值、拱顶下沉值、初始位移速度等），或荷载信息作为分类的指标，如苏联顿巴斯矿区、日本的新奥法设计和施工细则中所采用的。这类指标可以避免许多不确定的因素和影响，并能较好地反映坑道围岩的力学状态的变化。关宝树水利水电地下工程围岩综合分类3类别名称岩体状态结构面组合特征地下水活动主洞稳定状况山岩压力评价建议措施计算理论坍落高度I稳定岩石新鲜完整、构造影响轻微、节理裂隙不发育或稍发育,闭合且延伸不长,无或很少软弱结构面、断层带宽＜0.1米，与洞向近正交、岩体呈整体或块状砌体结构无不稳定组合干燥、或轻微潮湿,个别节理微弱渗水成形好，无坍塌掉块无山岩压力0不衬砌、局部岩块加砂浆锚杆、破碎带喷混凝土II基本稳定岩石新鲜或微风化，受构造影响一般。节理裂隙稍发育或发育。有少量软弱结构面、层间结合差。断层破碎带宽＜0.5米、与洞向斜交或正交、岩体呈块状砌体或层状砌体结构结构面组合基本稳定，局部有不稳定组合潮湿、沿裂隙面有渗水，滴水局部掉块落石、成形差、长期暴露有小坍落块体平衡理论、考虑部分落石荷载0～0.17B(B为洞室跨度,下同)喷混凝土结合锚杆为主、个别混凝土衬砌III稳定性较差岩石微风化或弱风化，受地质构造影响裂隙发育、部分张开充泥。软弱结构面分布较多、断层破碎带＜1米，与洞线斜交或平行、岩石呈碎石状镶嵌结构不利的组合体较多沿断裂有渗、滴或线状涌水成形差、无支撑时产生小规模坍塌、高边墙有局部失稳块体平衡或散体理论计算0.17～0.33B喷锚结构，局部用混凝土衬砌IV稳定性差与III类同。断裂及软弱结构面较多，断层破碎带＜2米，与洞平行，岩体呈碎石状镶嵌不利于围岩稳定沿断裂有渗、滴或线状涌水成形差、顶拱坍落而超挖，无支撑可能坍方较大、边墙有失稳散体理论0.33～0.66B混凝土衬砌、局部喷锚支护4结构，局部呈碎石状压碎结构V不稳定1．岩体：岩石弱风化、强风化或剧风化，构造影响严重，断裂极发育。断层＞2米、与洞向平行，以断层泥糜棱岩、压碎带为主，裂隙充填泥，岩体呈角砾、泥砂、岩屑状散体结构。2．散体：砂层滑坡堆积及碎、卵、砾质土。3．断裂带：挤压强烈的断裂带、裂隙杂乱呈土夹石或石夹土状零乱状不稳定组合位于水下时，有较大涌水，地下水活动引起围岩失稳，不断坍榻成形很差,极易坍塌,浅埋时地表下沉或冒顶散体理论0.6～1.2B或更大混凝土或钢筋混凝土衬砌，开挖时及时支护（２）岩体的工程分类工程应用分类是以岩体稳定性或岩体质量评价为基础的分类，为综合性分类。目前主要考虑三方面因素的指标：即与岩石工程性质有关的指标（力学性质）、岩体后期改造有关的指标(岩体结构)和岩体赋存条件方面的指标（如地下水或地应力等）。通常有：RMR(宾尼亚斯基分类，Bieniawski)；巴顿的Q分类；谷德振的岩体质量指标Z系统分类（1979）。不同工程目的岩体稳定5性评价中的一些基本问题见表1-3。（３）分类标准的定量化—岩体质量指标70年代以来岩体分类中采用了“岩体质量指标”或“综合特征指标”来判别岩体性能的优劣，因而含有这类指标的分类又被称为岩体质量分级，如上所述的RMR、Q和Z系统。分类中有了定量指标作为依据，更便于将做过详细勘探测试研究的场地的经验和成果应用于研究程度较差或处于勘探初级阶段的工地，从而达到简化或减少勘探程序和工作量的目的。分类中，为了探讨不同分类方案之间的相关性，鲁弗里奇等根据新西兰多个工程的经验，对RMR、RSR和Q系统三者得出如下关系式：RMR=1.35lgQ+43RSR=0.77RMR+12.4RSR=13.3lgQ+46.5表1-3岩体质量分类代表性方案分数方案岩体质量指标计算公式及方法参数等级划分6RMR系统RMR=A+B+C+D+E+F和差综合法(并联系统)(T.Bieniawski,1973)A－岩石烈度(点荷载、单轴压)分数15-0B－RQD(岩石质量指标)分数20-3C－不连续面间距(2m-66m)分数20-5D－不连续面性状(粗糙-夹泥)分数30-0E－地下水(干燥-流动)分数15-0F－不连续面产状条件(很好-很差)分数线0——-12Ⅰ很好RMR100-81Ⅱ好RMR80-61Ⅲ中等RMR60-41Ⅳ差RMR40-21Ⅴ很差RMR≤20RSR系统RMR=A+B+C和差综合法(并联系统)(G.E.Wickham1974)A－地质（岩石类型：按三大岩类由硬质至使碎划为四个等级。构造由整体-强烈断裂褶皱分为4等），分数30-6B－节理裂隙特征（按整体至极密集分为6个等级，按走向倾角与掘进方向关系折减）分数45→7C－地下水（无至大量）分数25→6RSR变化范围25-100Q系统Q=(RQD/Jn)·(Jr/Ja)·(Jw/SRF)乘积法(串联系统)(Rarton,1974)RQD－岩石质量指标0_100Jn－裂隙组数,无裂→碎裂0.5-20Jr－裂隙粗糙,度粗糙→镜面，4→0.5Ja－裂隙蚀变程度数,鲜→蚀变夹泥0.→20Jw－裂隙水折减系数干燥→特大水流，1→0.05SRF－应力折减系数，表示洞室开挖中岩性和地应力对围岩抗变形能力的折减，高者可达20（高应力状态岩石趋于流动），低者2.5（接近地表的坚固岩石）特好Q400-1000极好Q100-400很好Q40-100好Q10-40一般Q4-10坏Q1-4很坏Q0.1-1极坏Q0.01-0.1特坏Q0.001-0.01Z系统Z=I·f·r乘积法(串联系统)谷德振,1979I－完整性系数，I=VmVrVm岩体中纵波速VR－岩石中纵波速f—结构面抗剪强度系数r－岩石坚固系数r=[σ]湿／100，[σ]湿为岩石湿单轴抗压强度Z变化范围为0.01-207第四节地下工程的围岩分类围岩分类是为解决地下洞室的围岩稳定和支护问题而建立的。因而围岩分类是围绕地下洞室的稳定性和支护的影响因素而作为分类原则，这些因素主要有：岩体的结构特征和完整状态；岩体强度；岩石的风化程度；地下水的影响；区域构造影响和地震影响等。在实际制定围岩分类时，一般主要考虑岩体强度、岩体结构特征和完整程度以及地下水活动等方面的因素。国内外的围岩分类所选取的基本因素大致都是这样，但在综合反映基本因素的指标上是不同的。一、“普氏”分类普氏分类在我国曾应用较广。主要是考虑岩性，而未考虑岩体构造和围岩完整性。围岩压力公式是把坚硬地层视作松散介质，形式上套用了松散地层中的压力拱理论和公式，即垂直压力为：Ｐ＝γ0ｈ1（8-26）式中Ｐ——垂直压力；ｈ1——压力拱拱高，ｈ1=ａ1／ｆkp；ａ1——压力拱半跨；ｆkp——岩石坚硬系数；γ0——围岩的重度。工程地质勘测工作基本上是根据地质条件和经验确定ｆkp值。见表8-16。或按下面的经验公式确定ｆkp值：ｆkp=Ｒc/10（8-27）式中Ｒc——岩石的单轴抗压强度（ＭＰa）。普氏岩石分类表8-16岩层种类坚硬程度地层岩石坚硬系数ｆkp8Ⅰ极度坚硬最坚硬、紧密及坚韧的石英岩和玄武岩，在强度方面为其他岩层所不及者20Ⅱ很硬很硬的花岗岩层、石英质斑岩，很硬的花岗岩、硅质片岩，比上述石英岩略弱的石英岩，最硬的砂岩及石灰岩15Ⅲ坚硬花岗岩（紧密的）和花岗岩层，很硬的砂岩和石灰岩，石英质矿脉，硬的砾岩，很硬的铁矿10Ⅲ—甲坚硬石灰岩（坚硬的）不硬的花岗岩，硬的砂岩，硬大理石，黄铁矿、白云石8Ⅳ相当坚硬普通片岩，铁矿6Ⅳ—甲相当坚硬砂质片岩，片岩状砂岩5Ⅴ普通硬的粘土质片岩，不硬的砂岩和石灰岩，软的砾石4Ⅴ—甲普通各种片岩（不硬的），紧密的泥灰岩3Ⅵ相当软软片岩，软石灰岩，白垩，岩盐，石膏，冻结土，无烟煤，普通的泥灰岩，破坏的砂岩，胶结的卵石和砂砾，掺石土2Ⅵ—甲相当软碎石土，破坏的片岩，散处的卵石和碎石，硬煤（ｆkp=1.4～1.8），硬化粘土1.5Ⅶ软地层粘土（紧密的），普通煤（ｆkp=1.0～1.4），硬冲积土，粘土质土壤1Ⅶ—甲软地层略带砂性粘土，黄土，略带砂性沃土，湿砂0.89Ⅷ土质地层种植土，泥炭，略带砂性沃土，湿砂0.6Ⅸ散粒地层砂，漂砾，小砂砾，松散土，开采出的煤0.5Ⅹ流砂地层流砂，沼泽土，含水黄土和其他含水土壤