12第12次课 岩体工程分类

1、 2 岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力。 很小，避免拉应力。 3 o 由于岩体实际受力条件是多种多样的， 加之岩体自身的物质组成、结构特征和力学 性质各异，以及复杂的环境因素等不同程度 影响，所以任何单一的岩体破坏形式均不会 居于主导地位。 挠曲挠曲 剪切剪切 拉伸拉伸 压缩压缩 4 破坏形式破坏形式 1.1.挠曲。挠曲。 挠曲破坏是指由于岩体 弯曲而产生拉伸张裂，并且 这种张裂逐渐发展扩大，从 而导致岩体破坏。 这种破坏形式经常发生 于矿井及其他地下硐室顶部 层状围岩中。 挠曲挠曲 剪切剪切 拉伸拉伸 压缩压缩 (a)挠曲破坏 (b)剪切破坏 (d)拉伸破坏 (a)挠曲破坏 (b)剪切破坏

2、 (d)拉伸破坏 (a)挠曲破坏 (b)剪切破坏 (d)拉伸破坏 自重力自重力 拉伸裂隙拉伸裂隙 裂隙裂隙 扩展扩展 5 破坏形式破坏形式 o2.2.剪切。剪切。剪切破坏是指由于剪应力达到或超过岩 体极限抗剪强度时而形成剪切裂面。当破坏后的岩体 沿着剪破裂面发生滑动时，剪应力便随之消减（消 散）。 挠曲挠曲 剪切剪切 拉伸拉伸 压缩压缩 剪切剪切 软弱岩体软弱岩体 开挖斜坡开挖斜坡 压性断层压性断层 破碎带破碎带 矿石坚硬矿石坚硬 顶底板软弱顶底板软弱 (a)挠曲破坏 (b)剪切破坏 (d)拉伸破坏 剪切裂面剪切裂面 6 破坏形式破坏形式 3.3.拉伸。拉伸。拉伸破坏是指由于拉应力（张应力）超

3、 过岩体极限抗拉强度时而形成张性破裂面。 挠曲挠曲 剪切剪切 拉伸拉伸 压缩压缩 (a)挠曲破坏 (b)剪切破坏 (d)拉伸破坏 凸向临空面的斜坡岩层凸向临空面的斜坡岩层 产生拉应力用于弥补下滑力产生拉应力用于弥补下滑力 横向结构面的斜坡岩体横向结构面的斜坡岩体 产生张性破裂面产生张性破裂面 形成贯穿形成贯穿 的滑动面的滑动面 7 破坏形式破坏形式 4.4.压缩。压缩。 其破坏过程包括由拉伸裂缝、挠曲和剪切作用 引起裂缝的增长，以及它们之间的相互影响等。 挠曲挠曲 剪切剪切 拉伸拉伸 压缩压缩 (1) 地下硐室开 挖，在切向 上由于加载 有时会发生 压缩破坏。 (2) 在矿井中，过 分开采拓宽

4、空 间，致使上覆 荷载及自重力 超过其极限抗 压强度。 (3) 大型或特大型 建筑物或构筑 物岩石地基， 当实际承受的 荷载超过其极 限抗压强度。 8 1、岩体单轴抗压强度的测定 3、岩体三轴压缩强度试验 二、岩体强度的测定二、岩体强度的测定 2、岩体抗剪强度的测定 岩体强度试验是在现场原位切割较大尺寸 试件进行单轴压缩、三轴压缩和抗剪强度试验。 9 2 cl ml V V K 1.准岩体强度 这种方法实质是用某种简单的试验指标来 修正岩块强度，作为岩体强度的估算值。 三三. .岩体强度岩体强度的估算的估算 cmc K tK mt 式中 Vml岩体中弹性波纵波传播速度， Vcl岩块中弹性波纵波

5、传播速度。 岩体种类岩体完整性系数K 完整0.75 块状0.450.75 碎裂状0.45 10 lHoek-Brown经验强度准则 2 331cc sm 其中: m, s为与岩体结构有关的参数 三三. .岩体强度岩体强度的估算的估算 2.裂隙岩体强度的经验估算 令3=0 ，可得岩体的单轴抗压强度mc： cmc S 对于完整岩块来说S1，则mc=c ，即为岩块 的抗压强度；对于裂隙岩体来说，必有S1.0。 11 第第5 5章章 工程岩体分类工程岩体分类 一、工程岩体分类的目的一、工程岩体分类的目的 二、工程岩体分类的影响因素二、工程岩体分类的影响因素 三、工程岩体分类的原则三、工程岩体分类的原则

6、 四、工程岩体代表性分类四、工程岩体代表性分类 12 第第5 5章章 工程岩体分类工程岩体分类 一、工程岩体分类的目的一、工程岩体分类的目的 岩石 结构面 岩体 岩体种类繁多结构复杂 岩石工程编制定额、设计、施工 岩体质量进行评价 适合的参数或采取技术措施 选择 岩体工程稳定性 满足 影响 分类 目的一： 目的二： 目的三： 13 第第5 5章章 工程岩体分类工程岩体分类 二、工程岩体分类的影响因素二、工程岩体分类的影响因素 结构面特性结构面特性岩石物理力学特性岩石物理力学特性 地应力地应力 施工条件施工条件 风化程度风化程度 工程规模工程规模 考虑考虑 因素因素 14 第第5 5章章 工程岩

7、体分类工程岩体分类 三、工程岩体分类的原则三、工程岩体分类的原则 确定分类的目的和适用对象确定分类的目的和适用对象1 分类应该是定量的分类应该是定量的2 分类的级数应合适分类的级数应合适3 分类方法与步骤应简单明了分类方法与步骤应简单明了4 根据适用对象，选择考虑因素5 15 第第5 5章章 工程岩体分类工程岩体分类 四、工程岩体代表性分类四、工程岩体代表性分类 1 1、按岩石的质量指标、按岩石的质量指标RQDRQD分类分类 2 2、按岩体结构类型分类、按岩体结构类型分类 3 3、我国工程岩体分级标准、我国工程岩体分级标准 4 4、岩体地质力学分类（、岩体地质力学分类（CSIRCSIR分类）分

8、类） 16 1 1、按岩石的质量指标、按岩石的质量指标RQDRQD分类分类（Rock Quality Rock Quality DesignationDesignation） 将长度在将长度在10cm10cm（含（含10cm10cm）以上的岩芯累计长度占钻）以上的岩芯累计长度占钻 孔总长度的百分比，称为岩石质量指标孔总长度的百分比，称为岩石质量指标RQDRQD。 按按RQDRQD大小将岩石分为五类。大小将岩石分为五类。 10cm10cm) 100%RQD L 以上(含岩芯累计长度 钻孔总长 第第5 5章章 工程岩体分类工程岩体分类 分类分类很差很差差差一般一般好好 很好很好 RQDRQD（）（

9、）259090 笛尔（笛尔（DeerDeer）于）于19641964 优点：能够反应岩石结构非连续性，简单易行，快速的评价岩石质量。优点：能够反应岩石结构非连续性，简单易行，快速的评价岩石质量。 缺点：缺点：RQDRQD指标没有反映岩体的节理方位、充填物的影响。指标没有反映岩体的节理方位、充填物的影响。 17 例例 某钻孔的长度为某钻孔的长度为250250cmcm， 而大于而大于1010cmcm的岩芯总长度的岩芯总长度 为为157157cm(cm(如图所示如图所示) )。 则则RQDRQD=157/250=63%=157/250=63% 岩体分类为：一般岩体分类为：一般 1 1、按岩石的质量指

10、标、按岩石的质量指标RQDRQD 2 2、按岩体结构类型分类、按岩体结构类型分类 第第5 5章章 工程岩体分类工程岩体分类 中国科学院地质研究所的谷德振教授提出的。 完整程度完整程度 结构面特征结构面特征 岩块单轴强度岩块单轴强度 考虑因素考虑因素 2 cl ml V V K 结构面类型和抗剪强度参数结构面类型和抗剪强度参数 饱和单轴抗压强度值饱和单轴抗压强度值 岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性 岩块湿抗 压强度 /10Pa 类亚类 结构面 间距/cm 完整性 系数I 级别类型 主要结构面 摩擦系数f代号名称代号名称 整体 块状 结构 1 整体 结构 1000.75 存在， 级 刚

11、性结构面0.60600 3 3、我国工程岩体分级标准、我国工程岩体分级标准 我国工程岩体分级标准GB50218-94提出两步 分级法： 第第5 5章章 工程岩体分类工程岩体分类 按岩体的基本质量指 标BQ进行初步分级 按修正后的BQ值进行 详细分级 对对BQBQ值进行修正值进行修正 地应力地应力 地下水地下水 结构面结构面 1 1）岩体基本质量分级：）岩体基本质量分级： 认为认为岩石的坚硬程度岩石的坚硬程度和和岩体完整程度岩体完整程度所决定的岩体基所决定的岩体基 本质量，是岩体固有的属性，是有别于工程因素的共性。本质量，是岩体固有的属性，是有别于工程因素的共性。 岩体基本质量好，则稳定性也好；

12、反之则差。岩体基本质量好，则稳定性也好；反之则差。 岩石的坚硬程度和岩体的完整程度，应采用岩石的坚硬程度和岩体的完整程度，应采用定性划分定性划分 和和定量指标定量指标两种方法确定。两种方法确定。 第第5 5章章 工程岩体分类工程岩体分类 21 1 1）岩体基本质量分级：）岩体基本质量分级： 岩石坚硬程度的定量指标：岩石坚硬程度的定量指标：采用实测的岩石单轴饱和抗压强度来衡量。采用实测的岩石单轴饱和抗压强度来衡量。 岩石坚硬程度划分表岩石坚硬程度划分表 岩石饱和单轴抗压强度岩石饱和单轴抗压强度 /MPa60603030151550.750.750.550.550.350.350.15550 坚硬

13、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 较完整； 较软岩，岩体完整。 450351 坚硬岩，岩体破碎； 较坚硬岩，岩体较破碎或破碎； 较软岩或较坚硬岩互层，且以软 岩为主，岩体较完整或较破碎； 软岩，岩体完整或较完整 350251 较软岩，岩体破碎； 软岩，岩体较破碎或破碎； 全部极软岩及全部极破碎岩 450450450450351351 350350251251250/minm/minm 0.20.20.40.40.60.6 0.70.70.90.91.01.0 主要软弱结构面产状影响修正系数主要软弱结构面产状影响修正系数K K

14、2 2 结构面产状及结构面产状及 其与洞轴线的其与洞轴线的 组合关系组合关系 结构面走向与洞轴线结构面走向与洞轴线 夹角夹角306060结结 构面倾角构面倾角7575 其它组合其它组合 K2K20.40.40.60.60 00.20.20.20.20.40.4 初始地应力状态影响修正系数初始地应力状态影响修正系数K K3 3 K K3 3 BQBQ 初始应力状态初始应力状态 550550550550451451450450351351350350251251250250 极高应力区极高应力区1.01.01.01.01.01.01.51.51.01.01.51.51.01.0 高应力区高应力区0

15、.50.50.50.50.50.50.50.51.01.00.50.51.01.0 根据修正值根据修正值BQBQBQBQ100(K100(K1 1+K+K2 2+K+K3 3) )的工程岩的工程岩 体分级仍然按表体分级仍然按表5-85-8进行。进行。 4 4 、岩体地质力学分类（、岩体地质力学分类（CSIRCSIR分类）分类） 本分类方法是由南非科学和工业委员会提出的。本分类方法是由南非科学和工业委员会提出的。 CSIRCSIR分类指标值分类指标值RMRRMR（Rock Mass RatingRock Mass Rating）由）由岩块强度岩块强度、 RQDRQD值值、节理间距节理间距、节理条

16、件节理条件及地及地下水下水等等5 5种指标组成。种指标组成。 分类时，按各种指标的数值按表分类时，按各种指标的数值按表5-13A5-13A的标准评分，求的标准评分，求 和得和得总分总分RMRRMR值值，然后按表，然后按表5-13B5-13B和表和表5-145-14的规定对总分的规定对总分 作适当的修正。最后用修正的总分对照表作适当的修正。最后用修正的总分对照表5-13C5-13C求得所求得所 研究岩体的类别及相应的无支护地下工程的自稳定时间研究岩体的类别及相应的无支护地下工程的自稳定时间 和岩体强度指标（和岩体强度指标（C C，）值。）值。 28 第第5 5章章 工程岩体分类工程岩体分类 29

17、 习题 选择题选择题 1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（ ）。）。 （ A ）岩体中含有大量的不连续面）岩体中含有大量的不连续面 （ B ）岩体中含有水）岩体中含有水 （ C ）岩体为非均质材料）岩体为非均质材料 （ D ）岩石的弹性模量比岩体的大）岩石的弹性模量比岩体的大 2、岩体的尺寸效应是指（、岩体的尺寸效应是指（ ）。）。 （ A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关 系系 （ B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （ C ）岩体的力学参数随试件的增大而减

18、少的现象）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （ D ）岩体的强度比岩石的小）岩体的强度比岩石的小 30 3 、影响岩体质量的主要因素为（、影响岩体质量的主要因素为（ ）。）。 （A）岩石类型、埋深）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度）岩石类型、含水量、温度 （C）岩体的完整性和岩石的强度）岩体的完整性和岩石的强度 （D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深 4、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？ （ ） （A）原生结构面（）原生结构面（B）构造结构面）构造结构面 （C）次生结构面）次生结构面 31 5、我国工程岩体分级标准中岩体完整性确定是依据、我国工程岩体分级标准中岩体完整性确定是依据 （ ）。）。 （A）RQD （B）节理间距）节理间距 （C）节理密度）节理密度 （D）岩体完整性系数或岩体体积节理数）岩体完整性系数或岩体体积节理数 6、我国工程岩体分级标准中是根据哪些因素对岩石基本、我国工程岩体分级标准中是根据哪些因素对岩石基本 质量进行修正的？（质量进行修正的？（ ）。）。 地应力大小；地应力大小； 地下水；地下水； 结构面方位；结构面方位； 结结 构面粗糙度。构面粗