岩体力学04工程岩体分类

第四章工程岩体分类方法：通过岩体的一些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数联系起来，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，对岩体进行归类的一种工作方法。目的：通过分类，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问题。为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。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。前三类又进一步划分亚类。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/kPa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I整体块状结构I1整体结构>100>0.75存在IV,V刚性结构面>0.60>600I2块状结构100~500.75~0.35以IV、V级为主刚性结构面局部为碎裂结构面0.4~0.6>300,一般>600II层状结构II1层状结构50~300.6~0.3以III、IV级为主刚性结构面柔性结构面0.3~0.5>300II2薄层状结构<30<0.40以III、IV级显著柔性结构面0.3~0.4300~100III碎裂结构III1镶嵌结构<50<0.36IV、V级密集刚性结构面碎裂结构面0.4~0.6>600III2层状碎裂结构<50(骨架岩层中较大)<0.40II、III、IV级均发育泥化结构面0.2~0.6<300,骨架岩层在300上下III3碎裂结构<50<0.30碎裂结构面0.16~0.40<300IV散体结构<0.20节理密集呈无序状分布，表现为泥包块或块夹泥<0.20无实际意义注：岩体完整性系数I=(vm/vr)2，vm为岩体纵波速度，vr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f=tan

w10/14/20234二、岩体质量分级（《工程岩体分级标准》GB50218-94）两级分类：首先，按岩体基本质量指标BQ进行初步分级——岩体基本质量分级然后，根据天然应力、地下水和结构面方位等对BQ进行修正，按修正后的［BQ］进行详细分级——岩体稳定性分级（1）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。岩石的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σcw(MPa)＞6060~3030~1515~5＜5坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩岩体完整性系数Kv＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎岩石的完整程度按完整性系数：岩石的完整程度也可按结构面系数：Jv(条/m3)＜33~1010~2020~35＞35Kv＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.15完整性系数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。结构面系数Jv=单位体积岩体中结构面的条数。岩体基本质量分级指标BQ

BQ=90+3σcw+250Kv

σcw——岩石饱和单轴抗压强度；Kv——岩体完整性系数。使用时应注意：当σcw＞90Kv＋30时，令σcw＝90Kv＋30当Kv＞0.04σcw＋0.4时，令Kv＝0.04σcw＋0.4基本质量级别岩体质量的定性特征岩体基本质量指标(BQ)Ⅰ坚硬岩，岩体完整＞550Ⅱ坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整550~451Ⅲ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450~351Ⅳ坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎—破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整—较破碎；软岩，岩体完整—较完整350~251Ⅴ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碎岩＜250按BQ值和岩体质量的定性特征将岩体划分为5级：（2）岩体稳定性分级当地下洞室围岩处于高天然应力区或围岩中有不利于岩体稳定的软弱结构面和地下水时，岩体BQ值应进行修正，修正值［BQ］按下式计算：［BQ］＝BQ－100(K1＋K2＋K3)

K1-地下水影响修正系数；

K2-主要软弱面产状影响修正系数；

K3-天然应力影响修正系数。K1BQ＞450450~350350~250＜25地下水状态潮湿或点滴状出水00.10.2~0.30.4~0.6淋雨状或涌流状出水，水压≤0.1MPa或单位水量＜10L／min0.10.2~0.30.4~0.60.7~0.9淋雨状或涌流状出水，水压＞0.1MPa或单位水量＞10L／min0.20.4~0.60.7~0.91.0地下水影响修正系数(K1)表

结构面产状及其与洞轴线的组合关系结构面走向与洞轴线夹角α＜30°，倾角β＝30°~75°结构面走向与洞轴线夹角α＞60°，倾角β＞75°其他组合K20.4~0.50~0.20.2~0.4主要软弱结构面产状影响修正系数(K2)表

K3BQ

＞550550~450450~350350~250＜250天然应力状态极高应力区1.01.01.0~1.51.0~1.51.0高应力区0.50.50.50.5~1.00.5~1.0天然应力影响修正系数(K3)表级别密度ρ(g/cm3)抗剪强度变形模量E(GPa)泊松比μ围岩自稳能力φ(°)C(MPa)Ⅰ＞2.65＞60＞2.1＞330.2跨度≤20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方Ⅱ＞2.6560~502.1~1.533~200.2~0.25跨度10~20m，可基本稳定，局部可掉块或小塌方;跨度＜10m，可长期稳定，偶有掉块Ⅲ2.65~2.4550~391.5~0.720~60.25~0.3跨度10~20m，可稳定数日~1月，可发生小至中塌方；跨度5~10m，可稳定数月，可发生局部块体移动及小至中塌方；跨度＜5m，可基本稳定Ⅳ2.45~2.2539~270.7~0.26~1.30.3~0.35跨度＞5m，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，埋深大时，有明显塑性流动和挤压破坏；跨度≤5m，可稳定数日至1月Ⅴ＜2.25＜27＜0.2＜1.3＞0.35无自稳能力根据修正值的［BQ］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）。2、洞室围岩分类(《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86-2002)分类指标：岩体结构、结构面发育特征、岩石强度及岩体声学性质、优点：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。围岩类别主要工程地质特点毛洞稳定情况岩体结构构造影响程度，结构面发育情况和组合状态岩石强度指标岩体声波指标岩体强度应力比Sm单轴饱和抗压强度σcw(MPa)点荷载强度(MPa)

岩体纵波度vmp(km／s)岩体完整性系数Kv

Ⅰ整体状及层间结合良好的厚层状结构构造影响轻微，偶有小断层。结构面不发育，仅有两到三组，平均间距大于0.8m，以原生和构造节理为主，多数闭合，无泥质充填，不贯通。层间结合良好，一般不出现不稳定块体＞60＞2.5＞5

＞0.75

毛洞跨度5~10m时，长期稳定，一般无碎块掉落3、岩体地质力学分类(RMR分类)分类指标：岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水分类方法：（1）根据各类指标的数值，按标准评分，求和得总分RMR值。（2）总分作适当的修正。（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的自稳时间和岩体强度指标(c，φ)值。具体分类方法如下：（1）根据各类指标的数值，按下表的标准评分，求和得总分RMR值。

分类参数数

值范围1完整岩石强度(MPa)点荷载强度指标＞104~102~41~2对强度较低的岩石宜用单轴抗压强度单轴抗压强度＞250100~25050~10025~505~251~5＜1评

分值1512742102岩心质量指标RQD(％)90~10075~9050~7525~50＜25评

分值201510833节理间距(cm)＞20060~20020~606~20＜6评

分值201510854节理条件节理面很粗糙，节理不连续，节理宽度为零，节理面岩石坚硬节理面稍粗糙，宽度＜1mm，节理面岩石坚硬节理面稍粗糙，宽度＜1mm，节理面岩石软弱节理面光滑或含厚度＜5mm的软弱夹层，张开度1~5mm，节理连续含厚度＞5mm的软弱夹层，张开度＞5mm，节理连续评

分值3025201005地下水条件每10m长的隧道涌水量(L/min）无＜1010~2525~125＞125节理水压力/最大主应力比值或0或＜0.1或0.1~0.2或0.2~0.5或＞0.5总条件或完全干燥或潮湿或只有湿气(有裂隙水)或中等水压或水的问题严重评

分值1510440（2）按下表的规定对RMR总分作适当的修正。节理走向或倾向非常有利有利一般不利非常不利评分值隧道0-2-5-10-12地基0-2-7-15-25边坡0-5-25-50-60按节理方向修正评分值走向与隧道轴垂直走向与隧道轴平行与走向无关沿倾向掘进反倾向掘进倾角20°~45°倾角45°~90°倾角0°~20°倾角45°~90°倾角20°~45°倾角45°~90°倾角20°~45°非常有利有利一般不利一般非常不利不利节理走向和倾角对隧道开挖的影响

（3）根据修正后的RMR总分确定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(c，φ)值：评分值100~8180~6160~4140~21＜20分

级ⅠⅡⅢⅣⅤ质量描述非常好的岩体好岩体一般岩体差岩体非常差岩体平均稳定时间(15m跨度)20a(10m跨度)1a(5m跨度)7d(2.5m跨度)10h(1m跨度)30min岩体内聚力(kPa)＞400300~400200~300100~200

岩体内摩擦角(°)＞4535~4525~3515~25＜154、巴顿岩体质量(Q)分类分类指标：Q值

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。

Jw/SRF——水与其它应力存在时对岩体质量的影响

RQD/Jn——岩体的完整性；

Jr/Ja——结构