岩体力学04工程岩体分类

1、第四章 工程岩体分类方法：方法：通过岩体的一些通过岩体的一些简单和容易实测的简单和容易实测的指标，把工程地质条件和岩体力学性质参指标，把工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来，数联系起来，并借鉴已建工程设计、施工并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，和处理等方面成功与失败的经验教训，对对岩体进行归类岩体进行归类的一种工作方法。的一种工作方法。目的：目的：通过分类，通过分类，概括地反映各类工程岩概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。问题。为工程设计、支护衬砌、建筑物选为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等型

2、和施工方法选择等提供参数和依据提供参数和依据。一、按岩体结构类型分类一、按岩体结构类型分类中国科学院地质研究所谷德振教授等提出。特点是考虑到各类中国科学院地质研究所谷德振教授等提出。特点是考虑到各类结构面的地质成因，突出岩体的工程地质特性。分类将岩体结结构面的地质成因，突出岩体的工程地质特性。分类将岩体结构划分为整体块状、层状、碎裂状、散体状四种类型。前三类构划分为整体块状、层状、碎裂状、散体状四种类型。前三类又进一步划分亚类。又进一步划分亚类。岩体结构类型岩体结构类型岩体完整性岩体完整性主要结构面及其抗剪特性主要结构面及其抗剪特性岩块湿抗岩块湿抗压强度压强度/kPa类类亚类亚类结构面间结构面

3、间距距/cm完整性系完整性系数数I级别级别类型类型主要结构主要结构面摩擦系面摩擦系数数f代号代号名称名称代号代号名称名称I整体块整体块状结构状结构I1整体结构整体结构1000.75存在存在IV,V刚性结构面刚性结构面0.60600I2块状结构块状结构100500.750.35以以IV、V 级为级为主主刚性结构面局刚性结构面局部为碎裂结构部为碎裂结构面面0.40.6300,一一般般600II层状结层状结构构II1层状结构层状结构50300.60.3以以III、IV 级为级为主主刚性结构面柔刚性结构面柔性结构面性结构面0.30.5300II2薄层状结构薄层状结构300.40以以III、IV 级显级

4、显著著柔性结构面柔性结构面0.30.4300100III碎裂结碎裂结构构III1镶嵌结构镶嵌结构50600III2层状碎裂结层状碎裂结构构50(骨架骨架岩层中较岩层中较大大)0.40II、III、IV级级均发育均发育泥化结构面泥化结构面0.20.6300,骨骨架岩层在架岩层在300上下上下III3碎裂结构碎裂结构500.30碎裂结构面碎裂结构面0.160.40300IV散体结构散体结构0.20节理密集呈无节理密集呈无序状分布，表序状分布，表现为泥包块或现为泥包块或块夹泥块夹泥0.20无实际意无实际意义义注：岩体完整性系数注：岩体完整性系数I=(vm/vr)2，vm为岩体纵波速度，为岩体纵波速度

5、，vr为岩石纵波速度；为岩石纵波速度；f为岩体中起控制作用的结构面的摩擦系数为岩体中起控制作用的结构面的摩擦系数f=tan w3/23/20224二、岩体质量分级二、岩体质量分级（工程岩体分级标准工程岩体分级标准GB50218-94GB50218-94）两级分类：两级分类：首先，按岩体基本质量指标首先，按岩体基本质量指标BQBQ进行初步进行初步分级分级岩体基本质量分级岩体基本质量分级然后，根据天然应力、地下水和结构面然后，根据天然应力、地下水和结构面方位等对方位等对BQBQ进行修正，按修正后的进行修正，按修正后的BQBQ进行详细分级进行详细分级岩体稳定性分级岩体稳定性分级（1 1）岩体基本质量

6、分级）岩体基本质量分级岩体基本质量取决于岩石的坚硬程度和岩体的完整程度岩体基本质量取决于岩石的坚硬程度和岩体的完整程度。岩石的岩石的坚硬程度按岩石的饱和单轴抗压强度坚硬程度按岩石的饱和单轴抗压强度：岩石饱和单轴抗压强度岩石饱和单轴抗压强度cw(MPa)60603030151555坚硬程度坚硬程度坚硬岩坚硬岩较坚硬岩较坚硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩岩体完整性系岩体完整性系数数Kv0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度完整程度完整完整较完整较完整较破碎较破碎破碎破碎极破碎极破碎岩石的岩石的完整程度按完整性系数完整程度按完整性系数：岩石的岩石的完整程度也可按

7、结构面系数完整程度也可按结构面系数：Jv(条条/m3) 33101020203535Kv0.750.750.550.550.350.350.150.15完整性系数完整性系数Kv=Kv=岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方。通常根据声波测试确定。岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方。通常根据声波测试确定。结构面系数结构面系数Jv=Jv=单位体积岩体中结构面的条数。单位体积岩体中结构面的条数。岩体基本质量分级指标岩体基本质量分级指标BQBQ BQ=90+3BQ=90+3cw cw +250 Kv+250 Kv cwcw岩石饱和单轴抗压强度；岩石饱和单轴抗压强度；KvKv岩体完整性系数。岩体完整性系

8、数。使用时应注意：使用时应注意： 当当cwcw9090KvKv3030时，令时，令cwcw9090KvKv3030 当当KvKv0.040.04cwcw0.40.4时，令时，令KvKv0.040.04cwcw0.40.4基本质基本质量级别量级别岩体质量的定性特征岩体质量的定性特征岩体基本质岩体基本质量指标量指标(BQ)坚硬岩，岩体完整坚硬岩，岩体完整550坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整坚硬岩，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，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，岩体完整岩体完整45035

9、1坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎；较软岩或软硬岩互破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整层，且以软岩为主，岩体较完整较破碎；软岩，岩体完整较破碎；软岩，岩体完整较完整较完整350251较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎；全部极软岩及全部极破破碎；全部极软岩及全部极破碎岩碎岩250按按BQBQ值和岩体质量的定性特征将岩体划分为值和岩体质量的定性特征将岩体划分为5 5级：级：（2 2）岩体稳定性分级）岩体稳定性分级当地下洞室围岩处于当地下洞室围岩处于高天然应力区高天然应力区或围岩中有不利于岩体稳定的

10、或围岩中有不利于岩体稳定的软弱结软弱结构面构面和和地下水地下水时，岩体时，岩体BQBQ值应进行修正，修正值值应进行修正，修正值BQBQ按下式计算：按下式计算： BQBQBQBQ100(K100(K1 1K K2 2K K3 3) ) K K1 1- -地下水影响修正系数；地下水影响修正系数； K K2 2- -主要软弱面产状影响修正系数；主要软弱面产状影响修正系数； K K3 3- -天然应力影响修正系数。天然应力影响修正系数。K1BQ45045035035025025地地下下水水状状态态潮湿或点滴状出水潮湿或点滴状出水00.10.20.30.40.6淋雨状或涌流状出水，水压淋雨状或涌流状出水

11、，水压0.1MPa或单位水量或单位水量10Lmin0.10.20.30.40.60.70.9淋雨状或涌流状出水，水压淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa或单位水量或单位水量10Lmin0.2 0.40.60.70.91.0地下水影响修正系数地下水影响修正系数(K1)表表 结构面产状及其结构面产状及其与洞轴线的组合与洞轴线的组合关系关系结构面走向与洞轴线夹结构面走向与洞轴线夹角角30，倾角，倾角3075结构面走向与洞轴线结构面走向与洞轴线夹角夹角60，倾角，倾角75其他组合其他组合K20.40.500.20.20.4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(K2)表表 K3B

12、Q 550550450450350350250250天然应力状天然应力状态态极高应力极高应力区区1.01.01.01.51.01.51.0高应力区高应力区0.50.50.50.51.00.51.0天然应力影响修正系数天然应力影响修正系数(K3)表表 级级别别密度密度(g/cm3)抗剪强度抗剪强度变形模变形模量量E(GPa)泊松比泊松比围岩自稳能力围岩自稳能力()C(MPa)2.65602.1330.2跨度跨度20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方，可长期稳定，偶有掉块，无塌方2.6560502.11.533200.20.25跨度跨度1020m，可基本稳定，局部可掉块或小，可基本稳定，局部可掉块或

13、小塌方塌方;跨度跨度10m，可长期稳定，偶有掉块，可长期稳定，偶有掉块2.652.4550391.50.72060.250.3跨度跨度1020m，可稳定数日，可稳定数日1月，可发生小至月，可发生小至中塌方；跨度中塌方；跨度510m，可稳定数月，可发生局，可稳定数月，可发生局部块体移动及小至中塌方；跨度部块体移动及小至中塌方；跨度5m，可基，可基本稳定本稳定2.452.2539270.70.261.30.30.35跨度跨度5m，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动、小，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动、小塌方，进而发展为中至大塌方。埋深小时，以拱部松动为主，塌方，进而发展为中至大塌方。埋

14、深小时，以拱部松动为主，埋深大时，有明显塑性流动和挤压破坏；跨度埋深大时，有明显塑性流动和挤压破坏；跨度5m，可稳定数，可稳定数日至日至1月月2.25270.21.30.35无自稳能力无自稳能力 根据修正值的根据修正值的BQBQ进行重新分级（按前表）并确定各级岩体的物理力学进行重新分级（按前表）并确定各级岩体的物理力学参数和围岩自稳能力（下表）。参数和围岩自稳能力（下表）。2 2、洞室围岩分类、洞室围岩分类( (锚杆喷射混凝土支护技术规范锚杆喷射混凝土支护技术规范GBJ86-2002)分类指标：分类指标：岩体结构、结构面发育特征、岩石强度及岩体声岩体结构、结构面发育特征、岩石强度及岩体声学性质

15、、学性质、优点：优点：给出了毛洞自稳性的工程地质评价，给出了各类围岩给出了毛洞自稳性的工程地质评价，给出了各类围岩的喷锚支护设计参数及围岩物理力学性质的计算指标。的喷锚支护设计参数及围岩物理力学性质的计算指标。围围岩岩类类别别主要工程地质特点主要工程地质特点毛洞稳毛洞稳定情况定情况岩体结岩体结构构构造影响程度，结构面发育情况构造影响程度，结构面发育情况和组合状态和组合状态岩石强度岩石强度指标指标岩体声波岩体声波指标指标岩岩体体强强度度应应力力比比Sm单轴单轴饱和饱和抗压抗压强度强度cw(MPa)点荷点荷载强载强度度(MPa) 岩体纵岩体纵波度波度vmp(kms) 岩体岩体完整完整性系性系数数K

16、v 整体状及整体状及层间结合层间结合良好的厚良好的厚层状结构层状结构构造影响轻微，偶有小断层。结构面不发育，仅有构造影响轻微，偶有小断层。结构面不发育，仅有两到三组，平均间距大于两到三组，平均间距大于0.8m，以原生和构造节理，以原生和构造节理为主，多数闭合，无泥质充填，不贯通。层间结合为主，多数闭合，无泥质充填，不贯通。层间结合良好，一般不出现不稳定块体良好，一般不出现不稳定块体602.55 0.75毛洞跨度毛洞跨度510m时，长时，长期稳定，一期稳定，一般无碎块掉般无碎块掉落落 3 3、岩体地质力学分类、岩体地质力学分类(RMR(RMR分类分类) )分类指标：分类指标：岩块强度、岩块强度、

17、RQDRQD值、节理间距、节理条件及地下值、节理间距、节理条件及地下水水分类方法：分类方法：（1 1）根据各类指标的数值，按标准评分，求和得总分）根据各类指标的数值，按标准评分，求和得总分RMRRMR值。值。（2 2）总分作适当的修正。）总分作适当的修正。（3 3）用修正后的总分求得岩体的类别及相应的无支护地下洞室）用修正后的总分求得岩体的类别及相应的无支护地下洞室的自稳时间和岩体强度指标的自稳时间和岩体强度指标(c(c，)值。值。具体分类方法如下：具体分类方法如下：（1 1）根据各类指标的数值，按下表的标准评分，求和得总分）根据各类指标的数值，按下表的标准评分，求和得总分RMRRMR值。值。

18、 分类参数分类参数数数 值值 范范 围围1完整岩石完整岩石强度强度(MPa)点荷载强点荷载强度指标度指标104102412对强度较低的岩石宜用单对强度较低的岩石宜用单轴抗压强度轴抗压强度单轴抗压单轴抗压强度强度250100250501002550525151评评 分分 值值1512742102岩心质量指标岩心质量指标RQD()9010075905075255025评评 分分 值值201510833节理间距节理间距(cm)2006020020606206评评 分分 值值201510854节理条件节理条件节理面很粗糙，节节理面很粗糙，节理不连续，节理宽理不连续，节理宽度为零，节理面岩度为零，节理面

19、岩石坚硬石坚硬节理面稍粗糙，节理面稍粗糙，宽度宽度1mm，节理面岩石坚节理面岩石坚硬硬节理面稍粗糙，节理面稍粗糙，宽度宽度1mm，节理面岩石软节理面岩石软弱弱节理面光滑或含厚度节理面光滑或含厚度5mm的软弱夹层，的软弱夹层，张开度张开度15mm，节理，节理连续连续含厚度含厚度5mm的软弱夹层，的软弱夹层，张开度张开度5mm，节理连续，节理连续评评 分分 值值3025201005地下水条地下水条件件每每10m长的长的隧道涌水量隧道涌水量(L/min）无无10102525125125节理水压力节理水压力/最大主应力最大主应力比值比值或或 0或或 0.1 或或 0.10.2 或或 0.20.5或或

20、0.5总条件总条件或或完全干燥完全干燥或或潮潮 湿湿或或 只有湿气只有湿气(有裂有裂隙水隙水)或或 中等水压中等水压或或 水的问题严重水的问题严重评评 分分 值值1510440（2 2）按下表的规定对）按下表的规定对RMRRMR总分作适当的修正。总分作适当的修正。节理走向或倾向节理走向或倾向非常有利非常有利有利有利一般一般不利不利非常不利非常不利评分值评分值隧道隧道0-2-5-10-12地基地基0-2-7-15-25边坡边坡0-5-25-50-60按节理方向修正评分值按节理方向修正评分值 走向与隧道轴垂直走向与隧道轴垂直走向与隧道轴平行走向与隧道轴平行与走向无与走向无关关沿倾向掘进沿倾向掘进反倾向掘进反倾向掘进倾角倾角2045倾角倾角4590倾角倾角020倾角倾角4590倾角倾角2045倾角倾角4590倾角倾角2045非常有利非常有利有利有利一般一般不利不利一般一般非常不利非常不利不利不利节理走向和倾角对隧道开挖的影响节理走向和倾角对隧道开挖的影响 （3 3）根据修正后的）根据修正后的RMRRMR总分确定岩体的类别及相应的无支护地总分确定岩体的类别及相应的无支