（环境工程专业论文）岩体质量分级的程序设计及应用.pdf

摘要 岩体质量分级是岩体工程特性好坏的综合反映，它既是研究岩体工程质量的一种 手段，又是表征岩体工程特性的一种方法，是工程岩体稳定分析的基础，在工程设计 和基础岩体工程间起着桥梁的作用。对于某些重要的工程，需要对岩体质量采取多种方 法分级，由于在分级过程中，每一种分级方法都需要进行大量的数据重复性计算工作， 纯手工计算费时费力，且易于出错，而岩体质量分级方法程序则可有效地解决上述问题， 为此有必要设计一个程序实现岩石质量分级计算的自动化。 本文总结了国内外广泛应用的岩体质量分级方法，详细介绍了各种岩体质量分级方 法体系及其采用的分级指标、应用条件等。用v i s u a lc + + 开发工具对三种常用的岩石质 量分级方法：r m r 分级方法、b q 分级方法、q 分级方法进行了程序设计，程序实现了 三种分级方法计算的自动化，并建立了各种岩体质量分级中不同级别岩体与其力学参数 ( 岩体变形模量、内聚力、内摩擦角) 的关系。通过输入不同岩体质量分级方法的分级 参数实测指标，即可快速获得岩体质量的分级结果并给出相应的岩体力学参数。程序并 将每次的分级结果保存下来，方便用户查询。 在上述程序开发设计基础上，以黄河上游玛尔挡高拱坝坝基岩体质量分级为应用研 究实例，对岩体质量进行分级计算，从而验证分级系统的适用性、精度及该系统的实用 性。同时根据上述分级结果对不同分级方法的分级结果进行了比较，并得出了不同岩体 质量分级方法之间的相关关系。 关键词：岩体质量分级，程序设计，v i s u a lc + + ，力学参数，玛尔挡水电站 a b s t r a c t r o c km a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o ni sag e n e r a ls t u d ym e t h o df o rr o c km a s sc h a r a c t e r i s t i c s i t sn o to n l yam e t h o do fs t u d y i n gt h e q u a l i t yo fr o c km a s sb u t a l s oam e t h o do f c h a r a c t e r i z i n gr o c km a s sp r o p e r t i e s b e s i d e s ，i t ss t i l lt h eb a s i so fs t a b l i t ya n a l y s i s ，s or o c k m a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o ni sc o n s i d e r e da sab r i d g eb e t w e e ne n g i n e e r i n gd e s i g na n dr o c k e n g i n e e r i n g f o rm a n yi m p o r t a n tr o c ke n g i n e e r i n gp r o j e c t s ，r o c km a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o n f r o mm u l t i - v i e w si sr e q u e s t e d i tm e a n st h a tt h ew o r kh a st ob er e p e a t e di ne v e r ys i n g l e p r o c e s s m o r e o v e r ，t h ep r o c e d u r e si nc u r r e n tr o c km a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o na r en o tp e r f e c t e n o u g h t oa d d r e s st h ep r o b l e m ，a na u t o m a t i cc l a s s i f i c a t i o np r o g r a mi se s s e n t i a la n du r g e n ti n r o c km a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o nf i e l d r o c km a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o nm e t h o d sw i d e l yu s e di nt h ew o r l dc u r r e n t l yi s s u m m a r i z e di nt h i sp a p e r ，i n c l u d i n gr a t i n gi n d e x ，a p p l i c a t i o nc o n d i t i o n sa n ds oo n ap r o g r a m r e g a r d i n gt h r e eb a s i cr o c km a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o n - r m i lb qa n dqs y s t e mi sd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e db yu s i n gv i s u a lc + + d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，w h i c hm a k et h e t h r e e c l a s s i f i c a t i o n s m e t h o d sc a nb ed o n ea u t o m a t i c a l l y a l s o ，s o m ee q u a t i o n sb e t w e e ne a c h c l a s s i f i c a t i o nm e t h o da n dr o c km e c h a n i c a lp a r a m e t e r si n c l u d i n gd e f o r m a t i o nm o d u l u s ， c o h e s i o na n di n t e r n a lf r i c t i o na n g l ei se s t a b l i s h e d t h r o u g hi n p u t t i n gr a t i n gi n d e xo fr o c k m a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o n ，t h er e s u l t sf o rc l a s s i f i c a t i o na n dc o r r e s p o n d i n gr o c km e c h a n i c a l p a r a m e t e r sc a nb eq u i c k l yo b t a i n e d b e s i d e s ，i ti sv e r ye a s yt oi n q u i r yr e s u l t sb yp r o v i d i n g u s e r sas a v i n gf u n c t i o n a tt h ee n d ，ac a s es t u d yo nr o c km a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o nf r o mm a e r d a n gh i g ha r c h d a ml o c a t e da tu p s t r e a mo ft h ey e l l o wr i v e ri si n t r o d u c e da n da n a l y z e di no r d e rt ot e s ta n d e v a l u a t et h er e l i a b i l i t y ，a c c u r a c ya n du s a b i l i t yo ft h ed e s i g n e dp r o g r a m d e t a i l e dc o m p a r i s o n s a l ec o m p l e t e da m o n gd i f f e r e n tc l a s s i f i c a t i o nm e t h o d s a n ds o m eu s e f u l r e l a t i o n s h i p sa r e a c h i e y e d k e yw o r d s ：r o c km a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o n ，p r o g r a md e s i g n ，v i s u a lc + + ，m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s ，m a e r d a n gp o w e rs t a t i o n i i 长安大学硕t ：学位论文 1 1 选题背景及意义 第一章绪言 岩体分类是指针对不同类型岩体工程的特点，根据影响岩体稳定性的各种地质条件 和岩体物理力学特性，将岩体分成稳定程度不同的若干类别，并以此为依据对岩体的稳 定性作出初步评价【1 1 。而由岩石坚硬程度和岩体完整程度这两个因素所决定的工程岩体 性质则称为岩体基本质量( b a s i cr o c kq u a l i t y ) ；岩体质量是岩体分类和分级的依据，岩体 分类和分级是在充分考虑影响工程岩体质量各类因素的基础上，对岩体基本质量进行修 正后提出的。 在岩石力学领域，岩体分类不只局限于对岩体结构、岩体质量作出定量的描述，还 要把岩体作为建筑物的一部分对其稳定性作出评价，例如在国内外广泛应用的地下围岩 分类的q 体系和南非体系，分类评分的成果可直接用于评价地下洞室的稳定性，并对需 要的加固措施提出建议【1 1 。 在水电工程建设实践中，岩体分类是在逐步认识岩体基本特性的基础上，通过对岩 体质量和稳定性的综合和分析，划分出一定的类型或等级，以反映岩体介质力学性质的 优劣、区别相应量的差异、分析分类指标体系中各指标的内在联系及其对工程的影响【1 1 。 岩体分类或分级可以按照特定的目的或用途，依据岩体的一、二个特性进行分类， 也可以按照不同工程建筑物的结构与力学特点及其对岩体的要求不同而进行分类，后者 在工程地质领域内多被采用【1 1 。 与水工建筑物相关的工程地质和岩石力学问题，通常划分为坝基，地下工程和边坡 工程三大类型。这三类岩石工程均已有相应的岩体分类( 级) 研究成果，例如中国水利 水电科学研究院在国家“八五 科技【2 1 攻关研究中，根据影响边坡岩体稳定性的各种因 素，将边坡岩体分成稳定性质不同的类别，并以此作为评价边坡稳定性的依据。 岩体质量分级是复杂岩体工程特性的综合，它既是研究岩体工程质量的一种手段， 第一章绪言 又是表征岩体工程特性的一种方法，是工程岩体稳定分析的基础，在工程设计和基础 岩体工程间起着桥梁的作用。 对于某些重要工程，岩体质量分级有可能被专门列为专门性研究工作，并采取多种 方法进行分级，最后综合给出分级结果。在分级过程中，每一种分级方法都需要进行大 量的数据重复性处理，纯手工计算费时费力，有必要设计一个程序来处理这种重复性工 作【3 1 。 因此，在导师的指导下，作者选择“岩体质量分级的程序设计及应用”作为研究方 向，希望能籍此实现岩石质量分级的自动化。并以实例( 如玛尔挡电站) 说明开发软件 的应用问题，并在此基础上建立各分级方法与岩体力学参数( 岩体变形模量、内聚力、 内摩擦角) 之间的相关关系。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 岩石质量分级方法的国外研究概况 国外的岩体质量分类研究起步较早，大致始于2 0 世纪4 0 年代，6 0 8 0 年代间发展 较快，先后经历了前苏联的萨瓦连斯基提出的岩石分级( 1 9 3 9 ) 、马斯洛夫提出的岩石 地质技术分级( 1 9 4 1 ) 、2 0 世纪4 0 年代的太沙基分类( 1 9 4 6 ) 1 4 、美国d e e r e 提出的岩石 质量指标r q d 分级( 1 9 6 4 ) 5 6 1 、1 9 6 9 年日本由土质工学会岩石力学委员会提出的“统一 岩体分类法 、南非波兰籍学者b i e n i a w s k i ( 1 9 7 3 ) 提出按岩体质量指标划分岩体类型的 方案( r m r ) p 3 - 1 7 l 、挪威学者b a r t o n ( 1 9 7 4 ) 提出了针对地下工程岩体的q 系统分判7 。舶、以 及m i l l e rr p 的以岩块抗压强度和模量比来作为分类标志的分类方案“1 8 1 和日本电力研 究所菊地宏吉提出的坝基岩体分类( 19 8 2 ) 等。日本岩体工程学会岩体工程分类标准委 员会针对软岩，硬岩和风化岩等提出了相应的分类方法( 2 0 0 4 ) 。日本的分类多适用于坝 基工程与隧洞工程，没有一个评价岩体的评分标准，主要以定性分类为主。与日本分类 方案不同的是，前述提及的q 分类、r m r 分类等均采用对分类因素赋予评分值的方法 2 长安大学硕士学位论文 来进行岩体质量的划分。目前，用风化程度、岩石强度以及岩体完整性和节理性状等参 数对坝基岩体进行定量和定性的评价的方法已被广泛的认同。此外，国外有一种简单的 分级方法在加拿大和南非某些工程中应用到，如加拿大地质专家康拜尔对我国二滩水电 站咨询时，提出岩体三级分类：- i - 程可利用岩体、经过工程措施处理后可利用的岩体、不 可利用的岩体三类。 1 2 2 岩石质量分级方法的国内研究概况 国内的岩体分类起步较晚，主要以岩体风化程度来对岩体进行风化状态分类，即 ( s d j l 4 7 8 ) 水利水电工程地质勘察规范【柳。在2 0 世纪7 0 年代以前，主要应用普 氏分级法或者以此方法为基础的一些修正方法。2 0 世纪7 0 年代以后，我国随着不断积 累的经验和数据，已开始提出自己的一些岩体分级方法。首先由铁道部门提出了各种铁 路隧道的围岩分级法；1 9 7 9 年，中国科学院地质所谷德振依据岩体结构将岩体划分成四 个等级八个亚级，又提出了岩体质量系数z 这个定量指标来评价岩体质型2 蚴】，同期， 长江流域规划办公室提出了用块度模数m k 来评价岩体质量，这些分级方法考虑了多种 分级因素，对推动我国水电工程岩体质量分类的研究起了促进作用。我国岩体分级方法藩 的研究，真正取得重大进展是在2 0 世纪8 0 年代，对坝基岩体分类和评价，已由单因素 向多因素、由定性向定量方向发展。比国际上大约晚1 0 年。1 9 8 8 年中国水利水电规划 设计总院提出坝基岩体质量分级表【2 ，主要依据岩石强度、岩体结构特征、岩体受力条 件3 个基本因素进行分级，同时给出各类岩体力学参数，基本做到了定性与定量相结合； 后期的小湾水电站坝基岩体质量分类、“三峡y z p 法”岩体质量分类均主要是遵循此原 则进行1 2 4 - 2 6 】。 纵观国内外岩体质量分类，可以看出，随着时间的推移，岩体分类研究不管从深度上 还是从广度上都有了极大的发展1 2 1 , 2 6 。主要呈现出以下的特点及发展趋势：( 1 ) - v 程岩体 质量的影响因素很多，而早期的分级仅是对某个单一影响因素进行评价的，即多偏重于 单一指标的定性分类或单一指标的定量分类，这样仅对单一指标进行评价是远不能满足 1 第一章绪言 实际工程的需要的，同时自建立岩体和岩体结构的观念以来，人们亦渐渐意识到仅针对 岩体的某个单一因素进行评价已无法全面反映岩体的整体性质，这就促使岩体分级由单 因素向多因素综合分级方向逐步发展。( 2 ) 岩体质量分级因素逐步向定性和定量相结合 的方向发展。( 3 ) 在坝基岩体质量分级中，不宜过多的追求精确，过多的精确反而会变得 模糊，相反，适当的模糊可能会较精确。而实际上，加拿大康拜尔所主张的岩体三分概 念，是值得借鉴的。 为了清楚地了解目前国内外已有的分类方案，兹将应用最多的分类方法列于表1 1 。 表1 1 典型岩体质量分级方案【m 2 1 分级名称分级因素表达式级数 ( 苏) h h 马斯洛夫岩 岩石强度、可溶性、坝基变定性描述五大类 石地质技术分类1 9 4 1形性质、透水性十亚类 苏联混凝士重力坝设计同上，同时考虑灌浆处理情定性描述，给出了混凝土与基岩两大类 规范坝基岩体分类 况摩擦系数五亚类 1 9 6 0 ( 日) 电研式岩体分类岩石风化程度，节理结合状定性描述六级 ( 田中法) 1 9 6 0态 ( 日) 士质土工学会的岩体强度、节理间距、弹性定性描述六级 岩体分类1 9 6 9波速 ( 日) 土研式岩体分类岩石强度、节理性状定性描述四级 1 9 6 9 ( 美) d e e r e 岩石强度岩石强度、岩体完整性 岩石强度r c 、岩石质量指标r q d五级 及完整性分类 宾尼亚斯基r m r 分类，岩石强度、r q d 、节理间距、 定性和定量指标，和差法五级 1 9 7 3 ，1 9 7 9：节理状态、地下水 r q d 、节理组数、节理粗糙 巴顿q 分类，1 9 7 4 度、节理蚀变度、节理水折o ：r q o “九级 减系数、应力折减系数 j nj qs r f 杨子文等岩体质量指标岩石质量、岩体完整性、岩 m = s k y k r i 式中s 为岩 五级 的分类1 9 7 8石风化、含水性 石工程质量指标，k y 为风化程度 系数，鼬为软化系数，i 为岩体 完整性系数 谷德振岩体质量系数的岩石强度、岩体完整性、结 z = i f s ，式中i 为岩体完整 五级 分类1 9 7 9 构面强度 性系数，f 为结构面摩擦系数，s 为岩块坚硬系数 ( 西班牙) 图米罗 岩石强度、岩石和岩体的变 o 。、e t 、e 0 、v p 、v mf c 定量指标 六级 c t o m i n o 坝基岩体分形模量、水力断裂参数 类1 9 8 2 4 长安大学硕仁学位论文 表1 1 典型岩体质量分级方案蝴2 i( 续) 分级名称 分级因素表达式级数 ( 日) 菊地宏吉坝基岩岩石强度、风化程度、岩体 定性和r q d 、r c i 定量指标六级 体分类1 9 8 2 完整性、节理性状 岩石质量、岩体结构特征、 ，p l s 办 二滩岩体质量分级1 9 8 9岩体围压状态、风化特征、 么，竹= _ “六级九 西a 。及t ，l i 等定 亚类 透水性 量指标 李家峡岩体质量分类 岩石强度、岩体风化程度、 五级六 岩体结构类型、弹性波速、m d = r s e f k v 胍 1 9 8 9亚类 结构面特点 陈德基、刘特洪的块度结构面间距、块度、岩石单m ，= m r s 7 r ，式中胜为块 l， 。 模数m k 分级及岩体块 轴饱和抗压强度、主要结构 度模数，s 为岩块坚强系数，f 为 五级 度质量系数m l 分级面摩擦系数 主要结构面的摩擦系数。 岩体完整性指标( r q d 、k v ) 一权重2 0 ；饱和抗压强度 三峡多因子和差计分法 r b 一权重1 5 ：结构面间 距d 一权重2 0 ：结构面状五级 ( y z p 法) 态一权重2 0 ；岩体透水性 一权重l o ；变形特征一权 重1 5 。 岩石强度、节理间距、岩体 z = r c 4 - 面 。，式中r e 为岩 周思孟s i d 分级五级 完整性石单轴饱和抗压强度，k v 为岩体 完整性系数，d p 为i 了理间距 国标工程岩体分级标 岩石强度、岩体完整性、地 下水、主要软弱结构面产b q = 9 0 + 3 r c + 2 5 0 k v五级 准( g b 5 0 2 1 8 9 4 ) 状、初始应力 国标水力发电工程地 岩石强度、岩体结构、结构 定性描述 五大级 质勘察规范 面性状等七小级 ( g b 5 0 2 8 7 - 2 0 0 6 ) 1 2 3 岩体质量分级指标体系 岩体质量分级在工程建设中占有重要的地位，它是工程设计、开挖的直接依据，因 此，做好岩体质量的分级工作是一项需要慎重对待的问题。在工程分级过程中，首先要 对影响工程稳定的主要地质因素进行筛选，以确定纳入岩体质量分级的各项地质指标。 应该注意的是，这些指标必须是涉及岩体稳定性的最重要、最基本的因素，且不宜过多， 否则将使分级方法缺乏科学性与实用性。另外，各分级因素之间应具有相对独立性，避 免各分级因素的重复和搭接，如不宜将岩石的单轴抗压强度和点荷载强度同时作为独立 5 第一章绪言 的指标纳入分级因素等。 岩体质量的好坏同岩体的风化、卸荷有直接的关系，风化、卸荷较严重的地段必定 是岩体质量较差的地段。因此，岩体质量也同样存在带状分布特征。除个别的断层、裂 隙密集带以外，岩体质量从岸坡表部到深部总是变得越来越好。河床坝基地带也是如此， 把握住这一地质趋势规律，对于岩体质量的划分具有指导性的意义。 目前，岩体质量的划分趋势是：( 1 ) 采用多因素综合指标的岩体分类，考虑各种因 素的影响和相互关系，重视岩体结构对岩体质量的影响；( 2 ) 向定性和定量相结合的方 向发展；( 3 ) 利用简易测试研究岩体特性，初步判别岩类，使岩体分类简便易行；( 3 ) 重视新理论、新方法在岩体分类中的应用，如专家系统、模糊评价等；( 4 ) 强调岩体工 程分类与岩体力学参数估算的定量关系的建立，与工程岩体处理方法、施工方法相结合。 对于坝基岩体质量分类标准( 分类因子) 的选择，已建各大工程的选取并不一致， 如二滩水电站工程为3 项，小湾水电站工程为4 项，三峡水利枢纽工程则为5 项。实际 上，坝基岩体质量分类标准实际上均可归纳为3 项，即岩石强度、岩体完整性、结构面 特征，小湾水电站工程及三峡水利枢纽工程只不过是将其在以上基础上进一步细化而 已。因此，以易于获取的岩石单轴饱和抗压强度、岩体完整性( v p 及r q d 各占5 0 12 项作为最基本的评价因子，在两岸坝肩部分，可通过平硐及野外露头等获取结构面特 征，且结构面在两岸对工程影响较大时，将结构面特征作为一项评价因子参与评分较 合适：而对于河床坝基部分，由于结构面性状及强度等很难获取，且当无软弱夹层存 在时一般情况下结构面对大坝的影响主要在于浅层或深层抗滑稳定方面，对大坝承载 力及变形特性影响不是主要的，此种情况下结构面系数不再参与评分是可行的，而坝 基岩体质量分类主要以岩石强度及完整性2 项为主要指标，具体长大结构面、断层等的 影响由于需在坝肩、坝基抗滑稳定中专门研究，故在岩体质量分类中可暂不考虑f 2 6 1 。这 一思想实际上与我国工程岩体分级标准( g b 5 0 2 1 8 9 4 ) 2 2 1 相一致。选定分级因素指 标后，应该考虑采用何种表达方式进行分级，目前主要采用定性、定量相结合的方法。 6 长安大学硕上学位论文 其中定量表达中，基本上是和差法计分法和乘商计分法。其中和差法计分法中，不同因 素对岩体质量的贡献体现在各因素的评分上；而乘商计分法体现在两个方面：其一是该 法本身体现了分级因素和岩体质量间的非线性关系。其二，在岩体质量相同的岩体中， 完整性较差的岩体，就需要较高的岩石强度，但当完整性差到一定程度时，岩石强度再 高也对岩体质量没有大的改善，反之亦然。这也表明利用该方法进行岩体分级的合理性。 1 2 4 岩体质量分级软件的发展现状 ( 1 ) 发展现状 目前，作者查询了相关资料，岩石质量分级软件目前在国内外还没有得到广泛研究 与应用。文献【3 1 是国内仅见的有关这方面开发研究的论文，该论文对工程岩体分级标准、 水利水电围岩工程地质分类、岩体r m r 分类、q 系统围岩分类进行了程序设计，通过 。鬟 简单的程序，把重复性的计算化繁为简，大大提高了数据后期处理的效率。该程序整体 是基于对话框的应用程序，功能不够完善，对于计算结果不能保存下来。 ( 2 ) 存在的问题 目前岩石质量分级存在的问题： 。霉譬 由于每种分级方法影响因素条件都不是单一的，所以现有的分级方法软件在程序 设计上，分级方法影响因素不够完善。没有给出具体细分的条件影响因素。 分级方法中的评分标准，没能实现其自动化。每次分类都需要人工重复计算，这 对于大型的岩石工程来说，不仅由于野外观测数据种类多，而且每种类型的数据量都是 海量的，从而使人工计算不但繁琐，而且较易出现错误； 已有软件功能不够完善，对于计算结果不能保存下来，不方便查阅。 ( 3 ) 论文拟解决的问题 研究当前常用的岩石质量分级方法。用可视化v c 语言开发一套包含3 种常见岩石 质量分级方法的软件。软件界面友好，适应性强，操作简单，能用于一般工程岩石质量 的分级计算。并结合实例说明应用问题，建立分级方法与岩体力学参数关系。 7 第一章绪言 1 3 论文研究内容、研究思路、技术路线 1 3 1 主要研究内容 考虑到工作量的大小和论文的研究方向，本文仅对当前广泛使用的三种分级方法 r m r 分级，q 分级，b q 分级进行编程。并以实例( 黄河上游玛尔挡水电站坝基岩体) 说明应用问题，建立各分级方法与岩体力学参数( 岩体变形模量、内聚力、内摩擦角) 的关系。 三种分级方法：r m r 分级，q 分级，b q 分级等。 1 3 2 研究思路 本软件开发分成2 个部分： 软件系统：包括总窗体的设计和通用菜单的设计，数据等。 分级方法计算予系统； 计算 1 3 3 技术路线 岩石单轴抗压强度、岩石质量指标r q d 、节理间距、节理面 性状、地下水状态、主要结构面与工程关系 岩石质量指标、节理组数、节理粗糙系数、节理蚀变系数、节 理水折系数、应力折减系数 岩石单轴饱和抗压强度、岩体弹性波纵波波速、岩块弹性波纵 波波速 技术路线如图1 1 所示： 8 长安大学硕士：学位论文 图1 1 本文技术路线图 9 第二章岩石质量常见分级方法 2 1r m r 方法 第二章岩石质量常见分级方法 该方法首先由南非的比尼奥斯基f 1 5 。1 7 1 于1 9 7 3 年提出，它综合考虑了岩块强度、岩 石质量指标( r q d ) 、节理间距、节理条件、地下水等因素。采用和差积分法，计算岩 体的分类指标；后经进一步的完善，于1 9 8 9 年提出了修正的r m r 分级方法，根据节理 方位与不同类型岩石工程之间的关系进行修正，来评价岩石工程的稳定性( 表2 1 2 3 ) 。 r m r 分级方法中的六个参数分别是： 岩石单轴抗压强度( a 1 ) ； 岩石质量指标( r q d ) ( a 2 ) ； 节理间距( a 3 ) ； 节理状态( a 4 ) ； 地下水状态( a 5 ) ； 节理走向( a 6 ) 。最后的评定结果是六个参数评分之和1 2 7 1 ， 如式( 2 1 ) r m r ：a 1 + a 2 + a 3 + a 4 + a 5 + a 6 ( 2 1 ) 表2 1岩体质量分级方法一r m r 分级参数分级多数指标与定额分值关系 强i s 、i p a l o4 一l o 2 4 l 一2 单轴压缩试验 1度 r c 、伊a 2 5 0l o o 一2 5 05 0 1 2 5 5 05 2 51 5 l 定额分值1 51 2 74 2lo r q d9 1 步v l 7 5 9 0 5 伊一7 5 2 5 5 0 2 m0 6 , 一2 m0 2 - - - 0 6 m 0 0 6 , - - 铷0 6 m 3 0 2 m 定额分值2 01 51 085 节理面有 节理面很节理面略 节理面略 擦痕或断 粗糙，不粗糙，张粗糙，张 层泥厚 软弱的断层泥厚 节理状态连续、闭开度开度 5 m m 或张开度 4 合，岩壁 o 5 一般状况完全干燥 稍潮湿潮湿滴水流出或溢出 定额分值 1 51 074o 注：地下水参数三项指标中可按任一项给定分值。 表2 2r m r 岩体质量分级中节理走向的调整分值 节理走向与顿向 非常有利有利中等不利非常不利 隧洞 o2 - 5 1 0一1 2 分 地基 o27一量52 5 值 边坡 0- 2- 2 55 06 0 表2 3r m r 岩体质量分级 定额分值 8 1 1 6 1 8 04 1 6 02 1 4 0 9 0 k v + 3 0 时，以r c = 9 0 k v + 3 0 和k v 代入上式计算b q ； 当k v 0 0 4 r e + 0 4 时，以k v = 0 0 4 r c + 0 4 和r c 代入上式计算b q 。 表2 4b q 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( b q ) i坚馒岩，岩体完整 5 5 0 坚硬岩，岩傩较完整； n 5 5 0 一隼5 l 较坚硬岩，岩傩完整 坚硬岩，岩俸较破碎； i i i较坚硬岩或软、磋互层，岩俸较完整；4 5 5 l 较软岩，岩俸完整 坚硬岩，岩体破碎； 较坚硬岩，岩傩较破碎一破碎； 3 5 5 l 软岩或软硬互层，且以软岩为主，岩捧较完整一较破碎； 软岩，岩体完整较完整 较软岩，岩体破碎； v 软岩，岩体较破碎一破碎； 4 5 04 5 5 03 5 0 2 5 0 1 0 l ! m i n ， 表2 6 主要软弱结构面产状影响修正系数( ) 表 结构向产状及翼与洞结构曲走向与洞轴线夹角结构血走向与洞轴线夹 其他组合 轴线的组合关系a 3 0 。，顿角丑事7 5 。 k ：o 年卸60 l 毋2o 2 m 4 表2 7 地应力影响修正系数( 1 【s ) 表 一 5 5 05 5 0 4 5 l4 5 瞄5 l3 5 0 2 5 l z 5 0 、 地应力状态 。、忒 极高压力区( a )1 o1 o 1 供一1 51 岱一1 5 1 o 高应力区( m p a ) o 5o 5o 5 o 孓一1 oo 5 - 一1 0 2 3q 方法 该分类由挪威岩土工程研究所的巴顿，林恩和伦德等人提出，它主要考虑了岩块尺 寸( r q d i n ) ，岩块间的抗剪强度( j r j a ) ，主应力( j w s r f ) 等因素。b a r t o n 的分类体 系在地下工程中应用较为广泛，在边坡工程中应用则较少。 j 3 第二章岩石质量常见分级方法 分类指标q 值按下式计算： 皑掣d r t ) ( o d a ( 意) ( 2 4 ) 3 k p 式中：r q d 为岩石质量指数； j n 为节理组数系数： j r 为节理面糙度系数； j a 为节理面蚀变度系数； j w 为节理水折减系数； s i 为应力折减系数。 q 值从o o o l 至l o o o ，共分为9 级，见表2 8 。q 系统中的基本参数r q d 、j n 、j r 、 j a 、j w 、s r f 取值分别见( 表2 9 2 1 4 ) 。 表2 8q 岩体质量分级 q 值 o l 曲o lo 0 1 - o 1o 1 1l o4 _ i o1 0 - 4 0似扣l 1 0 0 - 4 0 04 0 0 - 1 0 0 0 质量异常差极差很差差一般好 很好 极好异常好 描述 表2 9 岩石质量指标r q d 岩石质量指标r q d ( * 0备注 a 很差 0 2 5 若戳团萱。 b 差2 5 5 0 时，q 取l o c 一般 5 0 7 0 d 好 7 0 9 0 e 很好 9 0 1 0 0 表2 1 0 节理组数j 取值标准 节理组敦 j n 备注 a 整体性岩傩，含少量节理或不舍节理 0 5 1 - o i 对于巷 b 一组节理2道交叉口， c 一组节理再加些紊乱的节理 3取3 0 j n d 两组节理 4 2 对于巷 e 1 0 2 7 2 5 1 6 两组节理再加些紊乱的节理 6 道入口处， f 三组节理 9取2 0 x j n g 三组节理再加些紊乱的节理 1 2 也四组或四组以上的节理，随机分布特别发育的节理，岩体被 1 5 分成“方糖丹块，等等 j 粉碎状岩石，泥状物 2 0 1 4 长安大学硕上学位论文 表2 1 1 节理粗糙度j r 取值标准 节理粗糙度 j f 备注 a 节理壁完全接触节理组平 b 节理面在剪切错动1 0 吼以前是接触的均间距大 厶不连续的节理 4 于3 n 按左 b 粗糙或不规m l j 的波状节理 3 行数值加i c 光滑的波状节理 3 d 带擦痕面的波状节理 1 5 e 粗糙或不规则的平面状节理 1 5 f 光滑的平面状节理 1 0 g - 帝擦痕面平面状节理 o 5 c 剪切错动时岩壁不接触 h 节理中含有足够厚的粘土矿物，足以阻止节理壁接触 1 0 j 节理含砂、砾石或岩粉夹层，其厚度足以阻止节理壁接触 1 o 表2 1 2 节理蚀变影响因素j a 节理蚀受影响凼素 j a a 节理完全闭合 a 节理壁紧密接触，坚硬、无软化、充填物不透水 0 7 5 b 节理壁无蚀变、表面只有污染物1 - 0 c 节理壁轻度蚀变、不含软矿物覆盖层、砂粒和无粘土的解体岩石等 2 0 d 含有粉砂质或砂质粘土覆盖层和少量祜土细粒( 非软化的) 3 0 e 含有软化或摩擦力低的粘土矿物覆盖层，如高岭土和云母它可以是绿 4 0 泥石、滑石和石墨等，以及少量的l 影胀性枯土( 不连续的覆盖层，厚度 = 1 2 砌n ) b 节理壁在剪切错动1 0 c m 前是接触的 f 含砂粒和无粘的解俸岩石等4 0 g 含有高度超固结的，非软化的粘土质矿物充填物( 连续的厚度小于5 姗) 6 0 h - 含有中等( 或轻度) 固结的软化的粘土矿物充填物( 连续的厚度小于 8 0 5 m m ) j 含膨胀性粘土充填物，如蒙脱石( 连续的厚度，小于5 触) 4 0 1 2 0 c 剪切错动时节理壁不接触的 k 含有解体岩石或岩粉以及粘土的夹层( 见关于粘土条件的第qh 和j 款) 6 0 l 同上 8 0 瓢同上 n 由粉砂质或砂质粘土和少量粘土微粒( 非软化的) 构成的夹层 8 0 1 2 0 q 含有厚而连续的粘土夹层( 见关于粘土条件的第g jh 和j 款) 5 0 p 同上 1 0 0 1 3 0 r 同上1 3 o 一2 0 0 1 5 第二章岩石质量常见分级方法 表2 1 3 节理水折减系数, 1 w 节理水折碱糸敦 j w a 隧道干燥或只有极少重的渗水，即局部地区渗流重小于5 l a i n 1 0 b 中等流量或中等压力，偶尔发生节理充填物被冲刷现象 0 6 6 c 节理无充填物，岩质坚固，流量大或水压高0 5 d 流量大或水压高，大量充填物均被冲出 0 3 3 e 爆破时，流量特大或压力特高，但随时间增长而碱弱 0 1 寸2 f 持续不衰碱的特大流量，或特高水压 0 0 5 吣1 表2 1 4 应力折减因素s r e 应力折、碱因素 s r f a - 软弱区穿切开挖俸，当隧道掘进时s r f 开挖俸可能引起岩体松动 a 含粘土或化学分解的岩石的软弱区多处出现，围岩十分松敌( 深浅不限) 1 0 0 b 含粘土或化学分解的岩石的单一软弱区( 开挖深度 5 0 m ) 2 5 d 岩石坚固不含粘土但多处出现剪切帝，围岩松敌( 深度不限)7 5 e 不含粘土的坚固岩石中的单一剪切带( 开挖深度 5 0 m )2 5 g 含松软的张开节理，节理很发育或像“方糖”块( 深度不限) 5 0 b 坚固岩石，岩石应力问题 h 低应力，接近地表 2 5 i 中等应力1 0 丁高应力，岩体结构非常紧密( 一般有利于稳定性，但对侧帮稳定性可能 0 5 2 0 不利) l 【轻微岩爆( 整体岩石) 5 1 0 l 严重岩爆( 整体岩石) 1 0 2 0 c 挤压性岩石，在很高的应力影响下不坚固岩石的望性流动 m 挤压性徽弱的岩石压力 5 1 0 i , i 挤压性很大岩石压力 1 0 2 0 c 膨胀性岩石，化学膨胀活f 生取、央于水存在与否 0 膨胀性微弱的岩石压力 5 1 0 p 膨胀性很大的岩石压力 1 0 2 0 1 6 长安大学硕士学位论文 3 1 本软件系统分析 3 1 1 可行性分析 第三章系统综合开发 ( 1 ) 技术可行性 作者在大学时期学习计算机科学与技术专业，熟练掌握v c 和c 撑语言的编程，并 曾用c 撑为某智能小区物业管理系统进行过软件开发，具备良好的论文研究、软件开发 的基础。 ( 2 ) 操作可行性 导师所在的课题组计算机及相关应用软件、设备较为齐全，为完成论文的计算及编 量 程等工作提供了硬件保障。 - ( 3 ) 经济可行性 论文所需经费由导师科研项目及研究生业务经费承担，研究经费充裕。 3 1 2 开发工具选择 & m i c r o s o f tv i s u a lc + + 是一个功能强大的可视化软件开发工具。v i s u a lc + + 的源程序 要求用c + + 语言编写，不仅支持面向对象设计方法，并可以使用功能强大的微软基础类 库m f c ，用v i s u a lc + + 开发出来的软件稳定性好，可移植性强，而且软件与硬件相互独 立；利用v i s u a lc + + 可以编制各种各类型的w i n d o w s 应用程序，从最简单的单文档和对 话框程序到复杂的多文档和组合界面程序，并且v i s u a lc + + 作为v i s u a l s t u d i o 可视化组 件家庭中最重要的一个成员，与其他可视化工具如v i s u a lb a s i c 、v i s u a lj + + 及v i s u a lc 样 紧密地集成在一起，可进行不同类型的程序开发工作，适用于特殊、复杂和综合软件项 目的开发以及系统软件的设计 2 8 1 。因此本系统用v i s u a lc + + 作为开发工具。 1 7 第三章系统综合开发 3 2 系统设计 程序整体为基于单文档的应用程序，在主界面菜单栏有“分级方法 菜单选项，通 过选择分别进入r m r 分级方法，b q 分级方法及q 分级方法三个子窗体。系统技术路线 图如图3 1 所示： 图3 1 系统技术路线图 ( 1 ) 先利用向导生成一个基于单文档的应用程序r o c k ，其它采用默认设置。 ( 2 ) 利用资源编辑器添加r m r m e t h o d ，b q m e t h o d ，q m e t h o d 三个对话框，对话框内的控 件布局按照各种分级标准来定。 ( 3 ) 三种分级方法都需要在基本分级的基础上，再考虑到影响因素进一步修正。例如 在r m r 分级中，有子界面三个；b q 分级中，子界面五个；q 分级中，子界面五个。 因此利用资源编辑器分别添加对话框d l g r m r l 、d l g r m r 2 ，d l g r m r 3 、d l g b q l 、d l g b q 2 、 d l g b q 3 、d l g b q 4 、d l g b q 5 、d l g q l 、d l g q 2 、d l g q 3 、d l g q 4 、d l g q 5 。在子界面影响因素 中，将影响因素值返回到上一级界面的编辑框内。 1 8 长安大学硕士学位论文 ( 4 ) 各个分级方法的影响因素值，只需输入各个指标的实测值，即可自动评分。本程 序把评分标准，内建于程序中。 ( 5 ) 分别给各个对话框创建一个基于c d i a l o g 的对话框类，在相应的对话框类中加入变 量和需要实现的代码。其中，对话框r m r m e t h o d 创建c r m r d l g 类；b q m e t h o d 对话框 创建c b q d i g 类；q m e t h o d 对话框创建c q d l g 类。 ( 6 ) 为了保存每次计算结果，分别在c r m r d l g 类，c b q d l g 类，c q d l g 类中添加v o i d w r i t e f i l e o ；将计算中的参数和结果保存在“d ：岩石质量分级系统数据文件下。 在v o i dc r m r d l g ：w r i t e f i l e oq 丁添加代码： c s t r i n gs t r t e m p f i l e = ”d ：岩石质量分级系统数据文件l r m r 分级t x t ”； c s t d i o f i l et e m p f i l e ； 在v o i d c b q d l g ：w r i t e f i l e ( ) 中添加代码： c s t r i n gs t r t e m p f i l e = ”d ：岩石质量分级系统数据文件k b q 分级t x t ”； c s t d i o f i l et e m p f i l e ； 在v o i d c q d l g ：w r