岩石的分类和鉴定

岩石的分类和鉴定1.1按强度1.1.1《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG063-2007）按岩石单轴饱和抗压强度划分如表1.1-1。表1.1-1坚硬程度坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩（MPa）>6060～3030～1515～5≤51.1.2《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）按岩石单轴饱和抗压强度Rc划分如表1.1-2。表1.1-2坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩Rc（MPa）>6060～3030～1515～5≤51.1.3《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）（已作废，以下简称“老”）按饱和单轴极限抗压强度Ra划分如表1.1-3。表1.1-3岩石类别硬质岩石软质岩石极软岩石Ra（MPa）>305～30<5注：试样尺寸：①《公路桥涵地基与基础设计规范》：岩样尺寸为φ50×100mm，数量不少于6个，进行饱和处理。②《公路工程岩石试验规程》（JTGE41-2005）：圆柱体标准试件直径为50mm±2mm，高径比为2：1。任意高径比的抗压强度按下式换算成高径比为2：1的标准抗压强度值Re：Re＝8R/(7+2D/H)③《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）：高/径比为2。若为1，则乘以0.89折减；④《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-99）：试件高度与直径之比宜为2.0～2.5。1.1.4《公路隧道设计规范》、《工程岩体分级标准》（GB50218-94）：当无条件取得岩石单轴饱和抗压强度（Rc）值时，也可采用实测的岩石点荷载强度指数（Is（50））的换算值，其换算公式为：GBT86-85中列出了Is（50）值与岩石坚硬程度的对应关系如表1.1-4。表1.1-4坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩Is(50)（MPa）>2.52.5～1.251.25～0.850.85～0.42<0.421.1.5岩石软化系数KR：岩石饱和状态下的单轴抗压强度与其干燥状态下的单轴抗压强度的比值。这一指标反应岩石浸水后对其强度的影响。KR>0.75不软化岩石KR<0.75软化岩石

1.2按风化程度1.2.1风化系数Kf：风化岩石单轴饱和抗压强度与新鲜岩石单轴饱和抗压强度的比值。其划分情况如表1.2-1。表1.2-1风化程度全风化强风化中等风化微风化未风化《公路桥涵地基与基础设计规范》《岩土工程勘察规范》—<0.40.4～0.80.8～0.90.9～1.0《公路桥涵地基与基础设计规范》（老）<0.20.2～0.40.4～0.8（弱风化）>0.8—1.2.2风化系数f：《建筑岩土工程勘察基本术语标准》（JGJ84-92）定义为新鲜岩石超声波波速和风化岩石超声波波速之差与新鲜岩石超声波波速之比值，即：f=（Vp新-Vp风）/Vp新f值与风化程度对应的关系如表1.2-2。表1.2-2风化程度强风化中风化微风化未风化f>0.50.5～0.250.25～0.1<0.11.2.3波速比Kv：风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比，其对应关系如表1.2-3。表1.2-3风化程度残积土全风化强风化中等风化微风化未风化《公路桥涵地基与基础设计规范》<0.20.2～0.40.4～0.60.6～0.80.8～0.90.9～1.0《岩土工程勘察规范》－－0.4～0.60.6～0.80.8～0.90.9～1.01.2.4岩体纵波波速Vp：94版《岩土工程勘察规范》用Vp值划分岩体风化程度，现列如表1.2-4供参考。表1.2-4风化程度全风化强风化中风化微风化未风化岩类硬岩软岩硬岩软岩硬岩软岩硬岩软岩硬岩软岩Vp(km/s)0.5～1.00.3～0.71.0～2.00.7～1.52.0～4.01.5～3.04.0～5.03.0～4.0>5.0>4.01.2.5坚固度：岩体的动弹性模量与该岩体的岩石试件的动弹性模量的比值。《建筑岩土工程勘察基本术语标准》划分如表1.2-5。表1.2-5风化程度全风化的强风化的半风化的微风化的新鲜的坚固度<0.20.2～0.350.35～0.50.5～0.75>0.751.3按结构1.3.1完整性系数Kv：岩体压缩波（即纵坡/疏密波/P波）波速与岩块压缩波波速之比的平方，即：《岩土工程勘察规范》、《公路隧道设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》、《贵州建筑岩土工程技术规范》（DB22/46-2004）KV指数与完整性划分如表1.3-1。表1.3-1完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎Kv>0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15<0.15《公路工程地质勘察规范》完整性系数代号用Cm，其物理意义同上，对应关系如表1.3-2。表1.3-2完整程度完整性好完整性较好完整性差Cm>0.750.75～0.45<0.451.3.2《贵州建筑岩土工程技术规范》直接用波速Vp作为“组合评价因素”之一划分岩体完整性程度，其对应关系如表1.3-3。表1.3-3完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎Vp(m/s)>50004000～50003000～40002000～3000<2000(>4500)*(3500～4500)(2500～3500)(1500～2500)(<1500)*：括号内波速值为软质岩石的岩体波速Vp值。1.3.3公路勘察中曾用裂隙系数L判定岩体完整程度，计算公式如下，划分情况如表1.3-4所示。表1.3-4完整程度极好良好一般破碎极破碎L<0.250.25～0.50.5～0.650.65～0.8>0.81.3.4《公路桥涵地基与基础设计规范》中岩体节理发育程度分类如表1.3-5。表1.3-5完整程度节理不发育节理发育节理很发育节理间距(mm)>400200～40020～200《公路桥涵地基与基础设计规范》(老)岩石破碎程度划分：大块状岩体多数分割成40cm以上岩块碎块状岩体多数分割成20～40cm以上岩块碎石状岩体多数分割成2～20cm以上岩块1.3.5《公路隧道设计规范》用岩体体积节理数Jv（条/m3）定性确定岩体完整程度，其与Kv对应关系如表1.3-6。表1.3-6完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎Kv>0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15<0.15Jv（条/m3）<33～1010～2020～35>351.3.6《公路工程地质勘察规范》将围岩节理发育程度分为四级，即节理不发育、节理较发育、节理发育和节理很发育。其基本特征详见该规范P212表G.0.2-3。1.3.7岩石质量指标RQD：《岩土工程勘察规范》、《公路工程地质勘察规范》和《贵州建筑岩土工程技术规范》都有以RQD值作为岩体质量组合评价因素之一，其具体划分如表1.3-7。表1.3-7岩体完整程度好的/完整较好的/较完整较差的/较破碎差的/破碎极差的/极破碎RQD值（%）>9075～9050～7525～50<25必须说明的是，普通钻进工艺达不到规定的进行RQD值的统计要求，故以往工作中统计的RQD值多数是不确切的。1.3.8岩体基本质量指标BQ：《公路隧道设计规范》围岩基本质量指标：BQ=90+3Rc+250Kv当Rc>90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值；当Kv>0.04Rc+0.04时，应以Kv=0.04Rc+0.04和Rc代入计算BQ值。围岩基本质量指标修正值： [BQ]=BQ－100(k1+k2+k3)式中：k1—地下水影响修正系数（见表1.3-8）k2—软弱结构面主要产状修正系数（见表1.3-9）k3—初始应力状态修正系数（见表1.3-10）当无表中所示情况时，修正系数取零。表1.3-8BQ地下水状态>450450～351350～251<250潮湿或点滴状出水MPa00.10.2～0.30.4～0.6淋雨状或涌流状出水，水压<0.1MPa或单位出水量<10L/min.m0.10.2～0.30.4～0.60.7～0.9淋雨状或涌流状出水，水压>0.1MPa或单位出水量>10L/min.m0.20.4～0.60.7～0.91.0表1.3-9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<30°，结构面倾角30°～75°结构面走向与洞轴线夹角>60°，结构面倾角>75°其它组合K20.4～0.60～0.20.2～0.4表1.3-10BQ初始应力状态*>550550～451450～351350～251<250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*据岩体（围岩）钻探和开挖过程中出现的主要现象，如岩芯饼化或岩爆现象，可按表1.3-11评估围岩的应力情况。表1.3-11应力情况主要现象Rc/σmax极高应力区1硬质岩：开挖过程中有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差2软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞<4高应力区1硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性差2软质岩：岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间较长，成洞性差4～7注：σmax为垂直洞轴线方向的最大初始应力。公路隧道围岩分级与BQ/［BQ］对应关系如表1.3-12。表1.3-12围岩级别围岩或土体主要定性特征围岩基本质量指标BQ或修正的围岩基本质量指标［BQ］Ⅰ坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构>550Ⅱ坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构；较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构550～451Ⅲ坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构；较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构450～351Ⅳ坚硬岩，岩体破碎，碎裂结构；较坚硬岩，岩体较破碎～破碎，镶嵌碎裂结构；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整～较破碎，中薄层状结构350～251土体：1压密或成岩作用的粘性土及砂性土；2黄土（Q1、Q2）；3一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土Ⅴ较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎～破碎；极破碎各类岩体，碎、裂状，松散结构≤250一般第四系的半干硬至硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的碎石土、卵石土、园砾、角砾土及黄土（Q3、Q4）。非粘性土呈松散结构，粘性土及黄土呈松软结构Ⅵ软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等注：①本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。②当根据岩体基本质量定性划分与［BQ］值确定的级别不一致时，应重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性，并对它们重新观察、测试。1.3.9公路隧道各级围岩自稳能力判断见表1.3-13。表1.3-13围岩级别自稳能力Ⅰ跨度20m，可长期稳定，偶有掉块、无塌方Ⅱ跨度10～20m，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度10m，可长期稳定，偶有掉块Ⅲ跨度10～20m，可稳定数日～一个月，可发生小～中塌方；跨度5～10m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小～中塌方；跨度5m，可基本稳定Ⅳ跨度5m，一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中～大塌方。埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度小于5m，可稳定数日～1个月Ⅴ无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日Ⅵ无自稳能力注：①小塌方：塌方高度＜3m，或塌方体积＜30m3；②中塌方：塌方高度3～6m，或塌方体积30～100m3；③大塌方：塌方高度＞6m，或塌方体积＞100m3。1.4岩石地基承载力及公路隧道围岩分级1.4.1《公路桥涵地基与基础设计规范》：岩石地基承载力基本容许值[fα0]（kPa）见表1.4-1。表1.4-1节理发育程度节理不发育(节理间距>400)节理发育(200～400)节理很发育(20～200)mm坚硬岩、较硬岩>30003000～20002000～1500较软岩3000～15001500～10001000～800软岩1200～10001000～800800～500极软岩500～400400～300300～200《公路桥涵地基与基础设计规范》(老)岩石的容许承载力[σ0](kPa)如表1.4-2。表1.4-2岩类碎石状碎块状大块状硬质岩()1500～20002000～3000>4000软质岩()800～12001000～15001500～3000极软岩()400～800600～1000800～12001.4.2《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2001）岩石地基基本承载力σ0（kPa）/（岩石地基极限承载力Pu，kPa）见表1.4-3。表1.4-3节理发育程度节理很发育节理发育节理不发育或较发育节理间距(cm)2～2020～40>40岩石类别硬质岩(Rc>30MPa)1500～2000(4500～6000)2000～3000(6000～9000)>3000(>9000)较软岩(Rc=15～30MPa)800～1000(2400～3000)1000～1500(3000～4500)1500～3000(4500～9000)软岩(Rc=5～15MPa)500～800(1250～2400)700～1000(2100～3000)900～1200(2700～3600)极软岩(Rc≤5MPa)200～300(500～750)300～400(750～1000)400～500(1000～1250)1.4.3《建筑地基基础设计规范》取消了有关承载力表的条文和附录，要求“勘察单位应根据试验和地区经验确定地基承载力等设计参数”。以下按已作废的《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）附录五表5-1列出岩石承载力标准值(，kPa)见表1.4-4。表1.4-4风化程度强风化中等风化微风化硬质岩石500～10001500～2500≥4000软质岩石200～500700～12001500～20001.4.4《贵州建筑地基基础设计规范》（DB22/45-2004）岩石地基承载力特征值(kPa)见表1.4-5。表1.4-5风化程度强风化（破碎）中等风化（较破碎）微风化（完整）*硬质岩石750～20002000～6000≥6000软质岩石220～750750～22002200～5000极软质岩石180～300300～750750～2200*：取用大于4000kPa时，应由试验确定。软硬夹层或互层时，据《贵州建筑岩土工程技术规范》承载力确定：①当岩层产状水平或缓倾斜时：a.基础直接置于软质岩上，按软质岩承载力确定。b.基础直接置于硬质岩土，可根据基础类型和硬质岩石夹软质岩石在基底下厚度，按表1.4-6确定。表1.4-6基础类型基底硬质岩石厚度H（m）承载力确定方法扩展式独立基础H/B≥1.5硬质岩石承载力H/B=1.0～1.4硬质岩石承载力的80～90%H/B=0.5～0.9硬质岩石承载力的50～60%桩墩式基础H/D≥3.0硬质岩石承载力H/D=2.0～2.9硬质岩石承载力的80～90%H/D=1.0～1.9硬质岩石承载力的50～60%条形基础H/B≥3.0硬质岩石承载力H/B=2.0～2.9硬质岩石承载力的80～90%H/B=1.0～1.9硬质岩石承载力的50～60%注：B—扩展式或条形基础的宽度（m）D—桩墩式基础的基底直径(m)②当岩层产状陡倾斜或直立时，按下式计算确定：faz=faR+k(fay-faR)式中：faz—软硬互层岩组的承载力特征值综合值faR—软质岩的承载力特征值fay—硬质岩的承载力特征值k—硬层在夹层或互层综合承载力中的贡献率k=［hy－()］/［1－()］式中：n—软岩层的承载力比值n=fay/faRhy—硬层的厚度比hy=dy/dy—硬层厚度—硬层与软层的总厚度上列faz计算式使用条件：a．n>2；b．基础底面应力范围内无临空面；c．基础跨越且尺寸大于夹层或互层中单层的平面出露宽度三倍以上。1.4.5重庆市《工程地质勘察规范》（DBJ50-043-2005）：岩质地基极限承载力标准如表1.4-7。表1.4-7岩石类别极破碎(极不完整)破碎(不完整)较破碎(较不完整)较完整完整坚硬岩及较硬岩800～12001200～18001800～36003600～96009600～12000较软岩500～800200～12001200～18001800～36003600～9600软岩500～800800～12001200～18001800～3600极软岩500～800800～12001200～18001.4.6表1.4.1～表1.4.7列出的岩质地基承载力标准值只适用于工程预估和安全等级为三级的工程。在未进行载荷试验的情况下，岩石饱和单轴抗压强度标准值应根据下式计算。式中：－岩石饱和单轴抗压强度标准值(kPa)－岩石饱和单轴抗压强度平均值(kPa)－第i个岩样饱和单轴抗压强度试验值－统计修正系数δfr－变异系数=δfr/frmn－试样个数（即标准差）变异性指标分类按表1.4-8。表1.4-8变异系数（δ）≤0.10.1～0.20.2～0.30.3～0.4>0.4变异性很低低中等高很高1.4.6.1《岩土工程勘察规范》和《建筑地基基础设计规范》对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值（）：式中：－折减系数完整岩体取0.5较完整岩体取0.2～0.5较破碎岩体取0.1～0.2上式中的折减系数，与《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）中嵌岩端承桩嵌岩深径比=0时的端阻修正系数大体对应，即微风化岩石取0.5，中等风化岩石取0.45；在《公路桥涵地基与基础设计规范》中，与支承在基岩上或嵌入基岩内的钻挖孔桩单桩轴向受压容许承载力计算公式中的C1系数大体对应，即对于中风化岩体，其取值为0.3～0.45。1.4.6.2重庆市《工程地质勘察规范》①当岩体完整、较完整和较破碎时，岩质地基极限承载力标准值可由岩石抗压强度标准值乘以地基条件系数确定：岩体完整：地基条件系数取1.6～1.2（坚硬岩与较硬岩取小值）；岩体较完整：地基条件系数取1.2～0.85；岩体较破碎：地基条件系数取0.85～0.55；地基条件系数是由岩体完整性决定的折减系数和因空间条件不同决定的增大系数的一个综合系数。②该规范认为，1.4.6条中统计修正系数ψ计算公式只适用于风险概率α=0.05、变异系数δ≤0.3时的情况。当变异系数大于0.3时，应查明误差过大的原因，必要时应增加式样数量或重新划分统计单元；当变异系数大于0.4时，统计修正系数可按经验取值。风险概率α应根据工程安全系数取值如表1.4-9。表1.4-9工程安全等级风险概率α置信概率Ps一级0.0250.975二级0.0500.950三级0.1000.900某一风险概率的统计修正系数：ta－概率系数，如表1.4-10。表1.4-10α（Ps）α（Ps）α（Ps）n-10.050(0.950)0.025(0.975)n-10.050(0.950)0.025(0.975)n-10.050(0.950)0.025(0.975)16.3112.71131.772.16251.712.0622.924.30141.762.14261.712.0632.353.18151.752.13271.702.0542.132.78161.752.12281.702.0552.022.57171.742.11291.702.0561.942.45181.732.10301.702.0471.902.37191.722.09401.682.0281.862.30201.722.09601.672.0091.832.26211.722.08801.661.98101.812.23221.722.071001.661.98111.802.20231.712.071201.661.98121.782.18241.712.06∞1.651.941.4.7公路隧道围岩分级《公路隧道设计规范》各级围岩的物理力学指标标准值如表1.4-11。表1.4-11围岩级别重度γ(kN/m3)弹性抗力系数k(MPa/m)变形模量E（GPa）泊松比μ内摩擦角φ(°)粘聚力CMPa计算摩擦角*φc(°)Ⅰ26～281800～2800>33<0.2>60>2.1>78Ⅱ25～271200～180020～330.2～0.2550～601.5～2.170～78Ⅲ23～25500～12006～200.25～0.339～500.7～1.560～70Ⅳ20～23200～5001.3～60.3～0.3527～390.2～0.750～60Ⅴ17～20100～2001～20.35～0.4520～270.05～0.240～50Ⅵ15～17<100<10.4～0.5<20<0.230～40*选用计算摩擦角时，不再计内摩擦角和粘聚力。注：①《公路工程岩石试验规程》：每组试验3个试件作平行试验，试验结果应为3个试件所测得结果的平均值，并同时列出每个试验结果。②重度取试样平均值即为标准值，但仍需进行标准差和变异系数计算。③弹性抗力系数K(MPa/m)：使岩层产生单位压缩变形所需施加的压力。④变形模量E(GPa)/弹性模量(静态)：岩土体在单轴受力且无侧限条件下的压应力增量与压应变增量的比值/岩土体在无侧限条件下的压应力增量与弹性应变增量的比值。⑤泊松比μ：岩石在允许侧向自由膨胀条件下轴向受压时，侧向应变与轴向应变的比值，亦称侧膨胀系数。据《公路工程岩石试验规程》：岩石平均弹性模量和岩石的割线模量（亦称变形模量，是应力应变曲线原点与岩石单轴抗压强度值的50%时的点连线的斜率）以及其各自相对应的泊松比应用最多，代号分别是E50和μ50。⑥岩体内摩擦角标准值通常采用试样标准值0.8折减，重庆市《工程地质勘察规范》规定折减系数：岩体完整取0.95岩体较完整取0.90岩体较破碎取0.85⑦岩体粘聚力标准值通常采用试样标准值0.2折减，重庆市《工程地质勘察规范》规定折减系数：岩体完整取0.5岩体较完整取0.4另外，重庆市《工程地质勘察规范》规定：边坡岩体和洞室围岩的抗剪强度指标标准值和抗拉强度标准值对永久性边坡和洞室乘以0.95～1.00时间效应系数（坡高或洞跨大时取小值，反之取大值）。⑧计算摩擦角φc：本表中的“计算摩擦角”显然不是一般意义上的“计算摩擦角”，它是考虑岩土粘聚力影响的假想的内摩擦角，又称等效内摩擦角/似内摩擦角/综合内摩擦角。一般/普通意义义上的“计算内摩擦角”=φ/K，K为安全系数，其值＞1。1.5岩石分类和鉴定中几个常见问题的说明1.5.1以上的岩石分类，实际上是岩石的工程地质分类，工程勘察中对岩石/岩体/岩组进行判别时，应首先描述岩石的地质基本特征，再描述工程地质特征，如“强风化深灰色致密中厚层状石灰岩，节理裂隙发育，岩石破碎……”。1.5.2岩石基本名称的描述是颜色＋结构＋构造＋岩性，如“灰色细粒厚层状砂岩；褐红色中粒变晶块状变余砂岩”等。注意，地质学上的结构、构造和建设工程中的结构、构造的含义刚好是相反的。这里引伸出以下基本概念：①颜色：应描述新鲜岩石的颜色，必要时描述新鲜岩石颜色后再补充描述风化/次生颜色，