普氏岩石硬度系数知识

1、极硬（f 20）、很硬（f 15）、坚硬（ f 8 10）、较硬（f 5 6）、普通（f 3 4）、较软（ f 2）、软层（ f 1）、松软（ f 1）等 8 类。额分类普氏分类土壤及岩石天然湿度下极限压碎强用轻钻孔机开挖方法 及紧固系数名称平均容重度钻进 1m工具Kg/m3Kg/cm2minf四类土壤土含碎石重1950用尖锹并同粘土，其中包时用镐和撬括石炭纪、侏棍开挖罗纪的硬粘土含有碎石、卵1950石、建筑碎料和 重 达 25kg的顽石（总体积 10%以内）等杂质的肥粘土和重壤土冰碛粘土，含2000有重量在50kg 以 内 的巨砾，其含量为总体积 10%以内泥板岩2000不含或含有1950重

2、 量 达 10kg的顽石松 石含有重量在2100小于 200部分用手凿50kg 以 内 的工具、部分用巨砾（占体积爆破米开挖10%以上）的冰碛石矽藻岩和软1800白垩岩胶结力弱的1900砾岩各种不坚实2600的版岩石膏2200次坚石凝灰岩、和浮1100200400用风镐的爆24石破法来开挖灰岩多孔和1200裂隙严重的石灰岩和介质石灰岩中等硬变的2700片岩中等硬变的2300泥灰岩石灰石胶结2200400600用爆破方法46的带有卵石开挖和沉积岩的砾石风化的和有2000大裂缝的粘土质砂岩坚实的泥板2800岩坚实的泥灰2500岩砾质花岗岩2300600800用爆破方法68泥灰质石灰2300开挖岩粘

3、土质砂岩2200砂质云片岩2300硬石膏2900普 坚 石严重风化的25008001000用爆破方法810软弱的花岗开挖岩、片麻岩和正长岩滑石化的蛇2400纹岩致密的石灰2500岩含有卵石、沉2500积岩的碴质胶结的砾岩砂岩2500砂质石灰灰2500质片岩上一页123下一页肥粘土其中包括石炭纪、侏罗纪的粘土和冰粘土重壤土、粗砾石、粒径为15-40MM的碎石或卵石干黄土和掺定额分类普氏分类土壤及岩石天然湿度下极限压碎强用轻钻孔机开挖方法 及紧固系数名称平均容重度钻进 1m工具Kg/m3Kg/cm2minf一、二类砂1500用尖锹开挖土 壤砂壤土1600腐殖土1200泥炭600轻壤土和黄1600用

4、锹开挖并土类土少数用镐开潮湿而松散1600挖的黄土，软的盐渍土和碱土平 均 15MM以1700内的松散而软的砾石含有草根的1400用尖锹开挖密实腐殖土并少数用镐含有直径在开挖30MM以 内 根类的泥炭和腐殖土掺有卵石、碎石和石屑的砂和腐殖土含有卵石、或碎石杂质的胶结成块的填土含有卵石、碎石和建筑料杂质的砂壤土三类土壤1800用尖锹并同时用镐和撬棍开挖（ 30%）17501790有碎石或卵石的自然含水量黄土含有直径大1400于 30MM根 类的腐殖土或泥炭掺有碎石或1900卵石和建筑碎料的土壤123下一页定额分类普氏分类土壤及岩石天然湿度下极限压 碎强用轻钻孔机开挖方法及紧固 系数名称平均容重度

5、钻进 1m工具Kg/m3Kg/cm2minf普坚石白云石27001000 2000用爆破方法1012坚固的石灰2700开挖岩大理岩2700石灰岩质胶2600结的致密砾石坚固的砂质2600片岩特坚石粗花岗岩28001200 1400用爆破方法1214非常坚硬的2900开挖白云岩蛇纹岩2600石灰质胶结2800的含有火成岩之卵石的砾石石英胶结的2700坚固砂岩粗粒正长岩2700具有风化痕27001400 1600用爆破方法1416迹的安山岩开挖和玄武岩片麻岩2600非常坚固的2900石灰岩硅质胶结的2900含有火成岩之卵石的砾岩粗石岩2600中粒花岗岩31001600 1800用爆破方法1618坚

6、固耐用的2800开挖片麻岩辉绿岩2700玢岩2500坚固的粗面2800岩中粒正长岩2800非常坚硬的33001800 2000用爆破方法1820细粒花岗岩开挖花岗岩麻岩2900闪长岩2900高硬度的石3100灰岩坚固的玢岩2700安山岩、玄武31002000 2500用爆破 方法2025岩、坚固的负开挖页岩高硬度的辉2900绿岩和闪长岩坚固的辉长2800岩和石英岩拉长玄武岩3300大 于 2500小于60用爆破方法大于25和橄榄玄武开挖岩：小塌方：塌方高度<3m，或体积 <30m3；中塌方：塌方高度36m，或体积30 100m3；大塌方：塌方高度>6m，或体积 >100

7、m3；表 1-9按坚固性系数对岩石可钻性分级表岩石坚固代表性岩石f级别程度最坚固最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的岩石。20很坚固很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚固的砂15岩和石灰岩。坚固致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚固的砾岩，很坚10固的铁矿石。a坚固坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗岩。8比较坚固一般的砂岩、铁矿石6a比较坚固砂质页岩，页岩质砂岩。5中等坚固坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾石。4a中等坚固各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩。3比较软软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，无烟煤，破

8、碎的砂岩和2石质土壤。a比较软碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，坚固的煤，硬化的粘土。软软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。1a软软砂质粘土、砾石，黄土。土状腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。松散状砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤。流沙状流沙，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤。奥国矿物学家摩氏 (Frederich Mohs)创立一种硬度表，作为评判矿物硬度的标准。最软者为滑石，最硬者为金刚石，共有十种矿物，定为十级，分别为：滑石 (Talc)石膏 (Gypsum)指甲方解石 (Calcite)铜币萤石 (Fluorite)磷灰石 (Apatite)钢刀玻璃-

9、6正长石 (Orthoclase)钢锉石英 (Quartz)黄玉 (Topaz)刚玉 (Corundum)金刚石 (Diamond)摩氏硬度表中所刊载的数字，并没有比例上的关系。例如正长石硬度6，并不表示他是方解石硬度的两倍，数字的大小仅表明硬度排行而已。 当鉴定硬度时 , 如果没有以上的摩氏硬度计 , 可用其他东西代替 , 如小刀其硬度约为 ; 铜币约为至 4; 指甲约为 2至3; 玻璃硬度为 6。关于矿石硬度等级的划分矿石硬度等Kg/cm2普氏硬度系可碎性系数可磨性系岩石实例级数数很软<200<2石膏，石板岩软20080028泥灰岩、石灰石中硬8001600816硫化矿，硬质页

10、岩硬160020001620硅化页岩铁矿，硬沙岩很硬>2000>20硬花岗岩，玄武岩，含铁石英岩M. M. 普罗托齐雅科诺夫基于实际工程观察和模型试验结果，提出了天然平衡拱法分析围岩应力。此法在我国简称为普氏 fk 法，得到了普遍的应用。此法认为，洞室开挖后围岩一部分砂体失去平衡而向下塌落，塌落部位以上和两侧砂体，处于新的平衡状态而稳定。 塌落边界轮廓呈拱形。 若洞室侧围砂体沿斜面滑动， 洞顶仍塌落后呈拱形。 若有支撑或衬砌，作用在支撑或衬砌上的压力，便是拱圈以内塌落的砂体重量，而拱圈以外的砂体已维持自身平衡。这个拱便称为“天然平衡拱”。设洞壁铅直，把侧围三角形滑塌体内最大主应力方

11、向视为铅直的，则天然条件下滑塌斜面就会与侧壁呈45° /2 的夹角。由此，对散粒土体根据静力平衡的平面问题做出假定条件后，便可求出拱圈( 塌落体 ) 高度。普氏将此方法推广到岩体上，认为被许多裂隙切割的岩体也可以视为具一定凝聚力的松散体，并认为坚固系数为岩石抗压强度的 1 100；对 fk 4的岩土， 按上述方法计算洞顶和洞壁的围岩压力；对 fk 4的岩石， 则只有洞顶出现围岩压力，一般没有侧壁围岩压力。fk 反映了岩土强度特性。软弱岩石fk 值均小于 4，土的 fk 值均小于。对于4 0的浮砂及饱水淤泥，一般可按静水压力原则计算围岩压力。普氏平衡拱理论有一定优点，把塌落体的重量视为

12、围岩压力，很直观，易理解，也有理论根据。但把所有围岩塌落体均视为拱形，便有很大局限性。实际上，除一般土体外，岩体塌落体大都不呈拱形。普氏理论完全不考虑岩体结构、构造应力，特别是围岩应力重分布的影响。目前，由于长期实践，多数部门仍沿用坚固系数fk ，并按 fk 法确定围岩塌落的拱高度，计算围岩压力。当确定岩体坚固系数时，使其带有经验性质的系数，即反映了岩体具体的地质条件，如岩性、风化破碎及构造特征等，便更符合实际。尽管如此 fk 法最好只用于土体和软弱岩体，对坚硬岩石的围岩应具体分析岩体结构等特征，去确定围岩压力熟悉新奥法施工的原理和技术要点； 了解矿山法 ( 爆破法 ) 的原理及技术要点； 熟

13、悉掘进机法、 盾构法的特点及适用条件；了解太沙基理论的分析方法；熟悉土体应力、地应力、应变测试和弹性波测试方法及应用。散体地压的两种计算方法l 地压的 普氏 计算方法(1) 破碎岩石强度条件的修正围岩未破碎时的强度条件： =c+ tan 产生散体地压时，非弹性变形区内的岩石已被破坏，c、值有所降低，强度曲线由原来的AA/，变 BB/ ，如图所示，相应 c、值降低为c/ 、 / 。由于降低后的c/ 、 / 很难测定，且松散岩体黏聚力很低，故可以通过原点的斜直线OD近似代替 BB/ ，即用角相对于角的变化，反映c、的降低值 c/ 、 / 。称角为“似内摩擦角”或“内阻力角”。因此，破碎岩石的强度条

14、件近似为：= tan 。式中tan =?，?为普氏 坚固性系数，? =Sc/100(Sc 为岩石单轴抗压强度) 。【例题 1】按照地压的 普氏 理论，破碎岩石的强度近似条件为：= tan ，岩石破碎前、后的内摩擦角分为、/ ，关于及、/ 的比较，下列各项中正确的是() 。A、 > > / ；B、 < < / ；C、 > > / ；D、 /> >；答案： A【例题 2】当地下洞室的围岩产生散体地压时，被破坏的岩石是指() 。A、弹性变形区内的岩石；B、塑性变形区内的岩石；C、被软弱结构面切割成块体的围岩；D、原已破碎的围岩；答案： B、 C、D(2

15、) 平巷地压 普氏 计算法普氏理论即自然平衡拱理论 。其主要之点是： 视冒落岩体为具有一定凝聚力的松散体；巷道顶板的冒落形式呈拱形最终稳定下来，这种拱称作自然平衡拱；自然平衡拱的轮廓线是一条抛物线。如图所示，拱上作用有均布重力荷载 q，取脱离体 OM，如图 (b) ，设 M点的坐标为 x、 y。作用于 OM上的外力有右半拱的水平推力 T，垂直均布荷载 q和左半半拱被截掉部分的反力 R。由拱的平衡条件取 MM=0普氏 坚固性系数 ?可按单轴抗压强度的百分之一， Sc/100 。为了更确切的反映岩体的实际强度，可结合地下工程具体条件加以修正。【例题 3】按照 普氏 理论，对于产生散体地压的围岩，其

16、作用于支护结构上的压力为() 。A、大于拱内岩石的重量；B、等于拱内岩石的重量；C、小于拱内岩石的重量；D、以上 A、 B、C三种情况均有可能产生；答案： B【例题 4】关于 普氏 坚固性系数 ?，下列各项中不正确的是() 。A、?可按单轴抗压强度的百分之一；B、?可按抗剪强度的百分之一；C、为了更确切的反映岩体的实际强度，?值可结合地下工程具体条件加以修正；D、?可按抗拉强度的百分之一；答案： B、 D【例题 5】自然 平衡拱理论 是指 () 。A、普氏 理论；B、太沙基理论；C、 TBM施工理论；D、 NATM施工理论；答案： A【例题 6】按照 普氏 理论，自然平衡拱的轮轮廓线为() 。

17、A、一条直线；B、一条对数线；C、一条单曲线；D、一条抛物线；答案： D2 地压太沙基计算方法太沙基理论也把破裂岩体看成松散体。它的特点是从应力传递的概念出发，推导出作用于支架上的垂直应力计算公式。当巷道埋深不大时，支护结构的弯曲和下沉引起覆盖岩层下滑，【例题 8】太沙基计算法的适用范围是() 。A、一般用于埋深不大的巷道地压计算；B、一般用于埋深较大的巷道地压计算；C、一般用于冲击地压计算；D、一般用于变形地压的计算；答案： A从松散体理论分析围岩压力计算公式中，不难看出，产生围岩压力的根本原因，在于两种不同的土体塌落：整体塌落或土柱底部局部塌落，从而建立两种围岩压力的计算公式。当埋深较浅，

18、土柱重量( 作用力 ) 大于土柱两侧的摩擦力和粘结力 ( 反作用力 ) ，地层不能形成拱作用，开挖地道时所引起的应力重分布会波及到地表面，这时土体塌落是整体的塌落；当埋深较大时，土柱两侧的摩擦力和粘结力迅速增大，并大于土柱的重量，这时地层能形成拱作用，地层中应力重分布不波及地面，土柱底部局部变形或塌落便是土层压力的来源。由此不难看出，土柱理论和压力拱理论是相联系的，土柱的稳定是压力拱存在的必要条件。如果从整体来看土柱不能处于稳定平衡状态，压力拱当然也不可能形成。【例题 9】某地下洞室以上覆盖层为松散破碎体，按照太沙基理论，下列各项中不正确的是() 。A、土体塌落为整体塌落，作用于支护结构上的力由塌落土体的重量决定；B、土体塌落为局部塌落，作用于支护结构上的力由拱内塌落土体的重