第一章 岩体分类方法简介(拓展部分)(2013-3-20)

1、1第一章第一章 岩石力学性能及其分类方法岩石力学性能及其分类方法 北京科技大学北京科技大学纪洪广教授纪洪广教授2主要内容主要内容n岩体分类的目的和意义岩体分类的目的和意义n岩体分类的原则岩体分类的原则n分类的独立因素分类的独立因素n几种典型的分类理论和方法几种典型的分类理论和方法3（1 1）分析、评价工程岩体）分析、评价工程岩体稳定性稳定性的需要。的需要。（2 2）为岩石工程建设的勘察、）为岩石工程建设的勘察、设计设计、施工施工和编制和编制定额和概预算定额和概预算提提供必要的基本依据。供必要的基本依据。 （3 3）便于设计、施工方法的）便于设计、施工方法的总结总结, ,交流交流, ,推广。推广

2、。（4 4）为便于行业内技术）为便于行业内技术改革改革和和管理管理。 体现：体现：安全安全、经济经济、发展发展的思想，岩体分类是岩石力学研究领的思想，岩体分类是岩石力学研究领域的域的重要基础性课题重要基础性课题。一、分类的目的与意义一、分类的目的与意义4我国岩石分级工作是从解放后开始的。50年代初向苏联学习，引进了苏联的普氏和苏氏分级方法。地质部在80年代上半期组织勘探技术研究所、地质博物馆和武汉地质学院等单位，就压入硬度、摆球硬度、岩石研磨性、声波速度和用微钻钻进5种方法进行测定，然后制定综合平衡评定可钻性分级表。水利部门与80年代下半期出版了水利水电工程地质勘查规范及水工隧道设计规范，都对

3、岩石分级做了研究。冶金部于70年代后半期组织东北工学院对岩石可钻性、岩石爆破性、和岩石稳定性进行三个单项的岩石分级研究。1980年提出“凿碎法岩石可钻性分级”，1984年提出了“岩石爆破性分级”和“围岩稳定性的动态分级法”。1987年又提出“切槽法金刚石钻进岩石可钻性分级”。1991年冶金部对东北工学院林韵梅教授提出的“岩石三性综合分级”进行鉴定后，该项目获冶金部重大科技成果二等奖，1993年又获得国家科技进步三等奖。5二、分类原则二、分类原则 (1(1）有明确的）有明确的类级类级和和适用对象适用对象（专题性的、综合性的（专题性的、综合性的) )。（2 2）根据适用对象，选择）根据适用对象，选

4、择考虑因素考虑因素（单因素、多因素）（单因素、多因素）。（3 3）有）有定量定量的指标。的指标。（4 4）类级一般分）类级一般分五级五级为宜。为宜。（5 5）分类方法）分类方法简单明了简单明了、数字、数字便于记忆便于记忆和和应用应用。发展趋势：发展趋势：“多因素多因素、综合特征值综合特征值”分类法分类法 6三、分类的独立因素三、分类的独立因素（1 1）岩石材料的）岩石材料的质量质量（强度指标）。（强度指标）。 岩石强度，岩石强度，岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范（2 2）岩体的）岩体的完整性完整性，密集度、切割度、连续性等。，密集度、切割度、连续性等。（3 3）岩体结构面产状与岩体工程的）岩体

5、结构面产状与岩体工程的相对空间位置相对空间位置关系等。关系等。（4 4）地下水地下水（软化、冲蚀、降低有效正应力、（软化、冲蚀、降低有效正应力、c c、）（5 5）地应力地应力（大小、最大主应力方向）（大小、最大主应力方向）（6 6）其它因素（自稳时间、位移率）其它因素（自稳时间、位移率） 其中（其中（1 1）（）（2 2）是岩石）是岩石基本基本质量，（质量，（3 3）（）（6 6）是）是考虑考虑工程岩工程岩体特点体特点的其它因素的其它因素 7四、几种典型岩体分类理论和方法四、几种典型岩体分类理论和方法 1 1. .按岩石的单轴抗压强度按岩石的单轴抗压强度c c分类分类 岩石普氏系数(f=c/

6、10)分类法 （ ，1907 ）极硬（f20）、 很硬（f15）、 坚硬（f810）、较硬（f56） 普通（f 34）、 较软（f 1.52）、软层（f 0.81）、 松软（f1）等8类。优点：简单方便、工程早期，普氏系数在我国现行设计手册、工程定额、 概预算仍沿用。缺点：小尺寸试件不能反映岩体强度，应予淘汰。由此可推按单轴抗压强 度进行分类的方法均应予淘汰。82.2.按岩体完整性分类按岩体完整性分类a.a.按岩石质量指标按岩石质量指标 RQD RQD 分类分类 （Rock Quality DesignationRock Quality Designation）迪尔（Deer,D.U.) ,

7、1968提出, 规定：金刚石钻头 RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10cm的岩芯总长度与钻孔长度的比，百分数表示为： %10010钻孔总长LcmlRQDi工程实践说明，RQD是一种比岩芯采取率更好的指标。9用用RQDRQD值来描述岩石的质量分级值来描述岩石的质量分级10例例 某钻孔的长度为某钻孔的长度为250250cmcm，其其中岩芯采取总长度为中岩芯采取总长度为200200cm,cm,而而大于大于1010cmcm的岩芯总长度为的岩芯总长度为157157cm(cm(如图所示如图所示) )，则岩芯则岩芯采取率：采取率：200/250=80% 200/250=80% RQDRQD=157/2

8、50=63%=157/250=63%岩体分类为：岩体分类为：类、中等岩体类、中等岩体11b. b. 以弹性波（纵波）速度分类以弹性波（纵波）速度分类依据：依据：弹性波速变化来反映岩体结构特性和完整性。梅里特（梅里特（Merritt)Merritt)提出提出龟裂系数龟裂系数( (KvKv) )：2)/(prpmvVVK Merritt的龟裂系数岩体分类的龟裂系数岩体分类Kv0.810.80.60.60.40.40.20.20级次岩体类别非常好好较好不好非常不好12 中科院中科院地质所地质所根据根据岩体结构的分类岩体结构的分类，列出了，列出了弹性波弹性波在各类岩体中传播特性在各类岩体中传播特性。1

9、3 日本，日本，池田和彦，池田和彦，19691969年提出了日本铁路隧道围岩分类；年提出了日本铁路隧道围岩分类； 先将岩质分先将岩质分6 6类类, ,再根据再根据弹性波在岩体中的速度弹性波在岩体中的速度, ,将围岩分为将围岩分为7 7类类14 岩体的地质力学分类（岩体的地质力学分类（CSIRCSIR分类分类) ) 毕昂斯基(Bieniaski,1973)提出RMR(Rock Mass Rating)值分类法南非科学和工业委员会南非科学和工业委员会（CSIR)61iiRRMR式中：式中：R R1 1- -岩石岩石抗压强度抗压强度评分，评分，R R2 2- -RQDRQD评分，评分，R R3 3-

10、 -节理间距节理间距评分，评分， R R4 4- -节理状态节理状态评分，评分， R R5 5- -地下水地下水状态评分，状态评分， R R6 6- -节理的方向对工程的影响节理的方向对工程的影响修正评分，修正评分， 这这6 6个指标分别由如下各表来确定。个指标分别由如下各表来确定。3.3.按岩体综合指标分类按岩体综合指标分类1 1151 1）与与岩石强度相关的岩体评分值岩石强度相关的岩体评分值R R1 1可以用标准试可以用标准试件进行单轴压缩来确定，也可由点荷载试验确定。件进行单轴压缩来确定，也可由点荷载试验确定。162 2）岩石质量指标）岩石质量指标RQDRQD评分评分R R2 23 3）

11、对应于节理组间距的岩石评分值）对应于节理组间距的岩石评分值R R3 3节理间距评分值R3节理间距/cm2006020020606206R3 评分值20151085174）与节理状态相关的岩体评分值R4185）与地下水状态相关的岩体评分值R519 1973 1973，南非科学和工业委员会南非科学和工业委员会（CSIR)CSIR) 毕昂斯基毕昂斯基( (BieniaskiBieniaski) )提出提出RMRRMR计算式计算式 1979 1979年，提出修正年，提出修正RMRRMR计算式计算式 为什么要为什么要考虑考虑节理方向对工程是否节理方向对工程是否 有利（有利（R R6 6 ）修正前五个评分

12、之和修正前五个评分之和 ？ 看下面的几幅图的情况，如何？ 51iiRRMR61iiRRMR20216 6）考虑考虑节理方向对工程是否节理方向对工程是否有利来修正前五个评分之和有利来修正前五个评分之和R R6 6 22 根据根据6 6个参数之和个参数之和RMRRMR值，把岩体的质量划分为值，把岩体的质量划分为五类五类61iiRRMR23 本分类还给出了对本分类还给出了对岩体稳定性岩体稳定性（隧洞岩（隧洞岩体自稳时间）以及对应的体自稳时间）以及对应的岩体岩体c,c,值值适用：坚硬、节理岩体，浅埋隧道适用：坚硬、节理岩体，浅埋隧道不适用：挤压、膨胀、涌水的及软岩体。不适用：挤压、膨胀、涌水的及软岩体

13、。24 巴顿岩体质量分类（巴顿岩体质量分类（Q Q分类分类) ) 巴顿(Barton,1974)提出Q值分类法挪威岩土工程研究所（挪威岩土工程研究所（Norwegian Geotechnical Institute)Norwegian Geotechnical Institute)（NGI)SRFJJJJRQDQwarn式中：RQD-岩石质量指标，Jn-节理组数，Jr-节理粗糙系数， Ja-节理蚀变系数， Jw-节理水折减系数SRF-应力折减系数. 3.按岩体综合指标分类按岩体综合指标分类225SRFJJJJRQDQwarn岩体完整性结构面形态、充填物特征及其次生变化程度表示水与其他应力存在时

14、对岩体质量的影响式中：RQD-岩石质量指标，Jn-节理组数，0.5-20Jr-节理粗糙系数，4-1.0Ja-节理蚀变系数，0.75-20Jw-节理水折减系数，0.05-1SRF-应力折减系数，0.5-2026Dr=27Q Q分类的优点：分类的优点：1 1）考虑因素相对全面；）考虑因素相对全面；2 2）适用于各种岩石（软、硬）；）适用于各种岩石（软、硬）；Q Q分类的缺点：分类的缺点：没有考虑节理方位（怕失去简单的特点，影响通用性）没有考虑节理方位（怕失去简单的特点，影响通用性）28 我国工程岩体分级标准我国工程岩体分级标准 （GB50218-94GB50218-94） 分两步计算：分两步计算：

15、1 1）岩体基本质量分级岩体基本质量分级计算计算BQBQ2 2）岩体稳定性分级岩体稳定性分级计算计算BQ,BQ,判断分类。判断分类。 3.3.按岩体综合指标分类按岩体综合指标分类3 3291 1 工程岩体分级的基本方法工程岩体分级的基本方法1）计算BQ(1(1）确定确定岩体基本质量岩体基本质量 两个指标：岩石的坚硬程度c； 岩体完整性指数Kv。 a.a.岩石坚硬程度的确定岩石坚硬程度的确定 岩石坚硬程度采用岩石单轴饱和抗压强单轴饱和抗压强（ c ） 30c与定性划分的岩石坚硬程度的关系与定性划分的岩石坚硬程度的关系b.b.岩体完整性指数（岩体完整性指数（K Kv v）的确定。的确定。用弹性波测

16、试，计算用弹性波测试，计算龟裂系数龟裂系数KvKv。选择有代表性露头或开挖面，对不同的工程地质选择有代表性露头或开挖面，对不同的工程地质 岩组进行岩组进行节理裂隙统计节理裂隙统计，节理数（，节理数（J Jv v）( (条条/ /m m3 3) )31J Jv v与与 K Kv v的对照关系的对照关系Kv与岩体完整性程度定性划分的对应关系32（2 2）基本质量分级）基本质量分级a.a.计算岩体基本质量指标岩体基本质量指标BQBQ BQ=90+3C C+250K+250KV V式中： C岩石单轴饱和抗压强度,MPa; KV岩体完整性指数值注：当C 90KV+30,代C 90KV+30 当KV0.0

17、4 RC+0.4,代KV0.04 RC+0.433b.按计算所得的BQ值分级342 2）结合工程情况结合工程情况，计算岩体基本质量指标修正，计算岩体基本质量指标修正 值值 BQBQ BQBQ100(K1+K2+K3) K1 地下水影响修正系数； K2 结构面产状影响修正系数； K3 地应力影响修正系数。35BQBQ100(K1+K2+K3)36BQBQ100(K1+K2+K3)37BQBQ100(K1+K2+K3)BQ=90+3C+250KV38按计算所得的BQ值分级BQBQ100(K1+K2+K3)392.工程岩体分级标准的应用工程岩体分级标准的应用2条条（1）岩体物理物理力学参数的选用4041（2 2）地下工程岩体）地下工程岩体自稳能力自稳能力的确定的确定 注：小塌方：塌方高度注：小塌方：塌方高度3m，或体积，或体积6