关于工程岩体分级方法的综述

关于工程岩体分级方法的综述摘要：综合分析我国现行的工程岩体分级特征，重点介绍岩体分级标准在根据岩石的强度、岩体的完整性、地下水条件、初应力状况等多方面因素下进行岩体分级，从而指导实地工程建设，并讨论与Ｑ分类法和RＭR分类法的关系，在发展中他们有趋于统一和向国际标准接轨的趋势。关键字：工程岩体分级；国标；岩体基本质量1.1岩体分级的重要性随着科学技术的不断进步和土地资源的日益减少，水利水电、铁道、交通、矿山、工业与民用建筑等各种类型、不同用途的岩体工程逐渐增多。质量高、稳定性好的岩体，不需要或只需要很少的加固支护措施，就可以保证工程施工和使用的安全；质量差、稳定性不好的岩体，常常会给工程的施工和使用带来诸多的安全隐患，甚至会在工程的施工和使用过程中出现地质灾害，需要采取复杂加固措施来保证工程施工和使用的安全[8]。因此，在工程建设中，准确而及时地进行工程岩体的稳定性判断，对于保证工程施工和使用的安全具有十分重要的意义。１.２经过岩土工程界半个世纪的努力，目前岩体分级指标已形成了国标体系。自上世纪50～60年代开始，工程岩体分级问题引起了国外岩土工程界的广泛关注。国外学者提出了许多工程岩体分级方法，并在工程中得到了不同程度的应用。自上世纪70年代以后，国内的岩土工程界也开始了工程岩体分级方法的研究，以谷德振、黄鼎成[6]等为代表，在学习和消化国外研究成果，总结工程经验的基础上，提出了一些工程岩体分级方法，制定了相应的工程岩体分级行业标准，为我国经济建设的快速和健康发展作出了很大的贡献。自上世纪90年代以来，对国内外的研究成果及工程经验进行了系统的总结，形成了现在《工程岩体分级标准》它是由水利部、建设部、铁道部等部门组织有关单位共同起草制定的适用于各种岩体工程的统一分级方法。属于国家最高层次的基础标准，适用于各行业、各种类型岩石工程的岩体分级，是制定各行各业岩体分级标准的基本依据。1.3岩体分级标准多属于综合分级，考虑岩石的强度、岩体的完整性、地下水条件、初应力状况等多方面因素。岩体分级标准是一种多因素多指标、定性与定量相结合的分级方法,它分两步对工程岩体定级，即：先对岩体的基本质量划分级别，根据岩体固有并独立于工程类型的地质属性—岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素确定岩体基本质量的定性特征和定量指标,进而综合确定岩体质量级别,按照其稳定性分为5级,Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>>Ⅳ>Ⅴ；再针对岩体的具体条件做出修正，根据各类工程特点,考虑影响工程岩体基本质量的其他重要因素，利用地下水条件、岩体主要软弱结构面产状和初应力状态对岩体基本质量的影响等修正系数,对岩体基本质量(BQ值)进行修正,再确定具体工程岩体级别。1.4《工程岩体分级标准》国家规范的制定过程中均已考虑到了同国际接轨[8]。国外工程岩体分级较早，在进入20世纪70年代后,岩体的分类就已由定性向定量、由单因素(单指标)向多因素(或多指标)方向发展。我国对岩体质量评价研究开展的比较晚，工程岩体分级国标标准在制定时，充分综合考虑国内与国外岩体分级发展成果，避免单因数的局限性及定性的不确定性，同国际接轨。２综述《岩体分级标准》特征２.1《岩体分级标准》考虑因素国标分级采用分两步走的方法进行工程岩体分级，即:先对岩体的基本质量划分级别;再针对岩体的具体条件作出修正，确定工程岩体级别。国标分级采用定性与定量相结合、经验判断与测试计算相结合的方法进行。基本质量分级主要考虑岩石的坚硬程度和岩体的完整程度2个分级因素。岩石的坚硬程度的定量指标用岩块的饱和单轴抗压强度Rc表征；其定性指标是在现场通过锤击岩石声音的清脆程度、击碎难易程度、锤击回弹情况以及吸水反映情况来确定。岩体的完整程度的定量指标用岩体完整性系数Kv值，即岩体与岩块弹性波波速之比的平方来表征；定性指标是在现场通过调查结构面的组数、平均间距、张开度、充填物情况来确定。各种工程岩体在初步定级时，可直接采用按基本质量确定的级别，详细定级时，应结合不同工程类型的特点，考虑各种影响因素进行修正。因而需要考虑的修正因素还有：地下水、主要软弱结构面及其产状与地下酮室轴线的关系、初始应力状态的影响等等。根据各方面的工程经验，分别列表对这些影响因素给出修正系数：k1，k2，k3，按照下列公式计算岩体基本质量指标的修正值，由此修正值就可以最终确定地下工程岩体的级别。k1通过对地下水的渗漏状态，并进一步根据水压大小和单位出水量，结合所在ＢＱ范围，查表计算。主要软弱结构面及其产状与地下酮室轴线关系的影响因素k2根据现场实地勘察岩石结构面产状和与洞轴线夹角得出。初始应力影响修正因k3素也要通过现场测定查表计算，因测试技术要求很高，花费较大，在无实测资料时应如何评估岩体初始应力状态，除少数重大工程项目外，只能靠分析、评估来确定。如上图1分级因素。群图1岩摔体分级考虑窑因素翅２.２《卡岩体分级标换准》定级方介法榜对岩体进行射初步定级，馋岩体基本质豆量指标BQ报值计算公式南：BQ=9厨0+3Rc辅+250K右v。岩石单已轴饱和抗压言强度Rc，极当无法取得冒实测值时，貌可根据实测停的岩石点荷渠载强度指数轰I织墓0.75牙S(50)歌[1]猪,柴R牌C少=22.8好2漠I雄赌0.75唯S(50)枯，会R牲C破=30～6头0MPa较血硬,1傅5～30较唐软,5掘～15软岩踪,<5权极软锄。起岩体完整程稻度的定量指巧标采用的是惩岩体完整性孔指数Kv的棍实测值，即笛K俗V剪=(V齐pm密/V嫩pr慰)畅2基,税其中拒洲V亮pm壳——岩体揭中纵波聚波速(k蛋m/s),换V微pr腐——岩石羊中纵波心波速(k尿m/s)筐；但有些嘴工程中，没臂有条件取得践实测值时，器可采用岩体拾体积节理数才Jv按表一兰确定。岩石症完整性系数挎K腹V兵=(V纠pm争/V括pr左)灾2乱,外处V微pm蓄——岩体波蚂速(km隐/s),凡V眯pr尸——岩石波僵速(km合/s)柏也可用采侮岩体体积节能理数Jv确嘴定，如下表值一。栗表一：公K叙V超分级状态与扰Jv的关系猪：市K缴V原拣>此0.75案完整（杂或塔当体积节理杜数J镇V袜<磁3略条/m问3诵）较K吗V好=0.55岸～0.75燕较完整(潮或霉当体积节理折数J芽V镇=3～10魂条/m诞3龄)些K贿V段=0.35藏～0.55亚较破碎(限或斯当体积节理监数J拼V诸=10～2悄0条/m蕉3偏)薯K碎V犁=总0.35樱～但0.15吃破碎塔(图或固当体积节理怀数J逗V翻=乏20焦～赛35雾条/m精3笼)刷K衔V技<恭0.15淋极破碎杀(侦或哨当体积节理暮数J魔V饶>牌35狮条/m钻3队)蓄由BQ=9刚0+3Rc康+250K陶v，岩体初偿步分为穗Ⅰ害(BQ>兼550)、唇Ⅱ局(BQ=5凝0~451抹)、明Ⅲ阅0~351袍）、扒Ⅳ作（BQ=3睬50~25徐1）、扎Ⅴ劲（BQ歌≤傻250）共霞五级。枝当工程中遇按到地下水、弯岩体稳定性雪受软弱结构雁面影响时，篮应该结合不唯同工程类型洪的特点，进昌行详细分级盒，考虑各种咬影响因素进粉行修正期——店K迁1沸：地下水域影响网修正品系数种,每恢K烤2挡：兼主要壳软弱结构面血产状影响牙修正系数惭,K久3仁：初始应力码状态影响喊修正系数等狭。[BQ]甘=BQ一1盟00(k1放+k2+k卧3)，凭此蛙判断岩体所术处分级，并最在实际工程医中对岩体进搬行处理。其与中四K玩1快、孟K慎2侄、冈K顷3伶分别按表二掠、表三、表便四来确定。炎[BQ]出顶现负值时，蔽应按特殊情仆况处理。绍表二：地忙下水影响修拐正系数（抢K海1责）滤B件Q组>450叔450~3狱51财350~2激51台≤冈250硬潮湿或点滴姻状出水陈0象0.1妖0.乖2～咏0.3爹0.道4～甲0.6置淋雨状或涌拾流出水，水述压霉≤漆0.1MP戏a或者单位舌出水量国≤写10L战/逆（mi洲n模·隙m）吩0.1鼻0.昏2～姓0.3似0.定4～塌0.6贼0.冲7～拦0.9拖淋雨状或涌淡流出水，水揪压＞0.1渴MPa或者菊单位出水量吓＞10L标/植（mi陆n龟·雷m）蛮0.2箭0.供4～息0.6就0.攀7～沫0.9凤1.0浸属表三：绝主要软弱结圆构面产状影龟响修正系数买（好K管2撑）厕结构面产状攻及其与洞轴仰线的组合关犯系着结构面走向音与洞轴线夹威角＜3学0芽°欣结构面倾角磨30膏°虹～75承°户结构面走向爽与洞轴线夹损角＞60帽°阳结构面倾角悦＞75鲜°救盏刑园其他情况铸居K垒2某0.膝4～女0.6录0～0.2卵0.构2～0.4知表四愧：初始应力凝状态影响修跃正系数（页K忘3惑）且BQ括＞550僚55涉0～451陈45蜂0～351行35闻0～251钻≤武250国极高应力区灿1.0跑1.0菠1.生0～1.5款1.铜0～1.5蚊1.0该高应力区朴0.5爆0.5仅0.摸5～1.0粉0.烦5～1.0碑0.5片3《岩体贞分级标准》肿与Q系统分注类法和RＭ眉R系统分类长法的关系吼3.1Q宾系统分类与够RＭR分类前方法银1974年裙挪威学者巴算顿、利恩与扶伦德提出了吉Q系统分类伸方法[2]平，它主要考书虑了岩体质猫量指标RQ所D、节理组汪数Jn、节填理面粗糙度须Jr、节理零蚀变程度J马a、裂隙水宫影响因素J是w以及地应育力影响因素辟名及尸等6穷项指标。其喂计算公式为嘉Q＝(RQ袍D/Jn称)增×开(Jr/J朵a)厅×恢(Jw/S帮RF)。其戏中岩体质量寸指标RQD幅根据钻孔岩犬芯长度统计检得出，其余略5项指标都召给出了相应传的表格，可敏以查表得出偷。在Q分类皱系统中，岩厉体质量指标除Q值的范围泄为0.00委1~100覆0，据此将尺岩体分为9章级。旋地质力学R溪ＭR分类方截法由比尼奥飘斯基于19畏73一19悬75年间提循出[2]。做天入扭分类鞋方法共有6施个基本参数装：岩块单轴职抗压强度、捎岩体质量指教标RQD、拢节理间距、策节理面性状卧、地下水条龟件及节理产资状。6个基着本参数都通屠过表格给出仅了相应的评贝分值，岩体艳的RＭR评把分值由这6执个基本参数究的评分值总拦和构成。根牛据RＭR评枕分值将岩体典分为5级。腊3.2三据种方法比较册Q系统分类耍方法除了岩抢体质量指标教RQD外，笋其余5项指衣标都是根据宇现场调查的迈描述查表得勾出，它基本施上是一个定痰性的分类方网法，需要有须经验的地质吴人员参加，慧主观随意性胀较大。地质童力学RＭR括分类方法有模3个基本参甘数是定量的妙，另3个基页本参数是定消性的，是一犹个半定量、料半定性方法样，仍需要有律经验的地质抽人员参加。周上述两种方滋法的优点是舅除岩块的单舌轴抗压强度具外不需测试叛其他参数，赌方法比较简挤单。国标《痒工程岩体分辈级标准》是仗一个定性与资定量相结合炼、经验判断毯与测试计算览相结合的方陈法。定性分最级只需进行话现场调查，交定量分级也平只需进行单雷轴抗压强度震、岩体与岩挡块弹性波波收速的测试。涝比较这3种施方法，根据援大量实测数套据的统计分赶析，工程岩垦体质量指标耗BQ值与Q贼系统分类指纷标Q值呈指调数关系，如茄下拒。鹿表四为国标他级别、[B午Q]、Ｑ值池的关系。从火表二中可以箱看出国标分劈级和Q系统势分级的对应协关系是比较员好的。国标棵I级相当于凯Q系统的2伯级上半级以羽上，为极好乡、特别好的绘岩体。国标泉V级相当于垄Q系统的6篇级及6级以拳下为坏到特悉别坏的岩体树。其余别两律者相差约半杯级。护表四国厌标与Q系统邮关系表呀工程岩体质诚量指标[B青Q]值与地舒质力学分类撑RＭR值呈泊线性关系[协2]，其关讽系式为[B洲Q]=0.僻089RＭ睛R+21.假378，国慰标I级相当药于RＭR的象Ⅱ高级上到I级第，国标V级龄相当于RＭ佳R的径Ⅳ誓级到V级，屑其余各级别庙两者相差约释半级。唉国标分级与滤RＭR分类俘同属5级分志类法，但是妄RＭR分类连法考虑的范三围比较广，零覆盖的面比单较大，然而秧特别好和特扒别坏的岩体香再细分，对愈工程意义不舒大，故将特礼别好和特别像坏的分别归穴结到I级和差V级中。Q粗系统分类法急为9级分类界法，分得更盒细，特别是泼比较差的岩君体，所以国砍标分级V级战包含了Q系剩统分类法的臭6一9级。闸４岩体分州级标准的实慨例分析别某隧道洞口堡附近的围岩研，实地勘察共岩体较破碎已，属较坚硬或岩，岩石单拨轴饱和抗压疾强度为5扛0狱MPa，景在现场做岩坚体波速试验汽=4.0k起m／s，在臭室内对岩块的进行波速试尸验辆=5.谎6荣km／s，迹地下水影响纳修正系数为叼0.2，主烘要软弱结构蓝面产状影响转修正系数为燃0.3，初栋始应力邀状态下影响修正系块数为0.衫5沾。根据《工粱程岩体分级载标准》对该忧工程岩体质降量进行详细雕定级胆：补K筒v摄=(凯/温)体2窃=(4.0腾/5.净6周)烦2另=0.5瞧10辞BQ=90圈+3R俯c后+250K笋v霸=90+3课×勿50+25躺0销×拳0.510馆=368拖凉初步定级为朴Ⅲ枕级。纹而[BQ]它=BQ-1牧00(K洒1尺+K谷2污+K凑3苗)仿=90+3扶×械50+25致0拢×鲁0.5-1救00撒×跪(0.2+茫0.3+0纹.5)=3且68-10罚0=268笋秋详细定级举为岭Ⅳ殖级。根据定励级结果，由祝于该隧道属袖于较坚硬岩狼，岩体较为鬼破碎，考虑借该隧道重要怪性，因而该险隧道洞口附饺近围岩按四绢级标准对应区的防护加固磁方案进行防委护，确保岗隧道稳固，帆提高安全系治数。5结语挥本文在查阅伤大量相关岩铸体分级文献丝基础上，对搂岩体分级中捕的一些问题考进行了归纳播和总结，力浊求系统、详井尽