岩石力学华东交通大学

2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院1第四章岩体工程地质调查及分类本章重点：1、对岩石工程进行工程地质调查的目的是什么？2、常用的工程地质调查方法有那些？3、什么是岩体结构？4、《岩土工程勘察规范》将岩体结构分为几类？哪几类？5、岩体工程分类中，一般考虑哪几方面的因素？6、普氏分级方法、RQD分级方法是如何对岩体进行分级的？7、CSIR节理岩体地质力学分类考虑了哪些因素？分为几级？8、国家《工程岩体分级标准》（GB50218-94）将岩体分为几级？考虑了哪些因素？2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院2第四章岩体工程地质调查及分类工程地质调查目的工程地质调查方法钻孔取芯调查沿暴露面调查工程地质调查内容岩体结构构造岩石强度结构面情况地下水情况地应力工程地质调查2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院3第四章岩体工程地质调查及分类岩体分类岩体结构分类岩体质量分级分类目的分类情况分级目的分级参数（因素）分级方法分级作用普氏分级RQD分级CSIR分级Q分级BQ分级分级实例2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院4第四章岩体工程地质调查及分类第一节岩体工程地质调查调查目的提供基础资料分析、设计、施工分类（结构，质量）（模型，参数）一、钻孔取芯调查可取得资料节理密度、间距岩芯采取率（RQD？）岩石质量指标（强度等）2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院5第四章岩体工程地质调查及分类◆钻孔布置：尽量垂直结构面（层面？）多组结构面时怎么办？◆岩芯采集、保存：摄影，素描（钻孔柱状图），填表（后两者为主）◆调查表内容：采取率，岩芯总长，10cm总长，RQD，节理频率，岩芯柱状图，点荷载强度，岩芯描述（风化，蚀变，充填胶结等）2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院6第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院7第四章岩体工程地质调查及分类二、沿暴露面调查主要用于边坡坡面，坑道（隧道）帮壁内容：岩体结构——结构面组数、密度、产状、连续性、起伏性、粗糙度地下水——丰富性、水压、水位、来源岩石、不连续面风化情况——风化程度、充填物、蚀变性、节理宽度节理岩块强度壁面回弹值前三项必做，后两项选作2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院8第四章岩体工程地质调查及分类1、结构面特征描述（1）结构面成因类型层理面不整合面——老岩层的风化剥蚀面上新岩层的底面（假整合）断层——张性、压性、张扭、压扭、构造岩、擦痕节理——未发生错动的断层劈理（2）不连续面的张开度或厚度（张开——未充填，厚度——充填）（3）不连续面粗糙度（粗糙、一般、光滑）（4）不连续面渗水性（流水、渗水、潮湿、干燥）非渗透性（5）不连续面风化蚀变程度（眼观、回弹值、点荷载）2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院9第四章岩体工程地质调查及分类2、沿暴露面的调查方法布测线（适当高度水平，便于操作）不连续面的持续性（规模）地表，坑内的持续性描述不同RQD计算（不钻芯）不能准确反映岩石强度沿暴露面的调查注意表面未受破坏2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院10第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院11第四章岩体工程地质调查及分类三、优势结构面组分析（1）赤平极射投影原理：极点计数图极点等密度图（2）节理玫瑰花图分组每组节理数所占比例以比例数为半径，走向或倾向或倾角为方向绘图2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院12第四章岩体工程地质调查及分类PSNL2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院13第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院14第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院15第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院16第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院17第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院18第四章岩体工程地质调查及分类第二节岩体结构分类岩体结构：是指结构单元（结构面、岩块）的组合和排列形式。岩体的结构影响岩体的力学效应和工程稳定性。分类的作用——设计施工方法，支护措施力学介质模型——计算分析2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院19第四章岩体工程地质调查及分类《岩土工程勘察规范》分五类：整体状结构岩体地质类型块状结构主要结构体的形状层状结构分别对应结构面发育情况碎裂结构岩土工程特征散体结构可能发生的工程问题1、2、3、4类具有工程相对性2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院20第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院21第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院22第四章岩体工程地质调查及分类第三节岩体工程分类分类作用：综合质量评价服务于设计、施工（很好、好、一般、差、很差）结构分类：划分结构类型服务于稳定性分析一、分类的参数因素岩石强度，完整性，不连续面特征，不连续面的风化蚀变程度，地下水情况，允许暴露面积，自稳时间（后两者具有相关性）2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院23第四章岩体工程地质调查及分类1、岩石强度即岩体的骨架的强度表示：新鲜岩石饱和单轴抗压强度分类：硬质（极硬，次硬）软质（次软，极软）2、岩体完整性表示：结构面频率（裂隙度）、间距条/m，m岩芯采取率RQD90（很好）,75-90（好）,50-75（一般）,25-50（较差）,25（差）完整性系数Kv=V2p/V22019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院24第四章岩体工程地质调查及分类3、不连续面条件产状（与工程临空面的关系）、粗糙度和充填情况（决定其抗剪强度）4、岩体及不连续面风化程度全风化（土状），强风化，弱风化，微风化，未风化（原岩）5、地下水情况动水、静水压力，水理性质2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院25第四章岩体工程地质调查及分类二、分类方法1、普氏分级是一种单指标的综合分级方法，称为普氏系数表示：岩石单轴抗压强度除以100，即f=σc/100(σc的单位是kg/cm2)一般f值为0-20，常见1-15优缺点：简单易用；未考虑岩体的结构性，不甚精确2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院26第四章岩体工程地质调查及分类2、RQD岩石质量指标分类（deer于1964年提出）单指标分级方法定义：采用NX钻头钻进，每一回次进尺中，长度大于100mm的完整岩心段所占的百分比。依据：RQD分为5级评价：考虑了岩石的强度和岩体的破碎程度、结构面的一些特征，简单易用；地下水、应力环境、结构面与工程的关系位考虑，仍嫌简单。2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院27第四章岩体工程地质调查及分类按RQD值的岩体质量分类表2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院28第四章岩体工程地质调查及分类3、CSIR节理岩体地质力学分类（Bieniawski1973年提出）多次修正，1989年发表在《工程岩体分类》一书中（1）考虑因素：岩石质量指标（强度），RQD值，节理间距，节理条件，地下水情况（2）方法：根据各因素的具体情况按表打分计算RMR值根据节理裂隙的产状对RMR值进行修正根据RMR值进行分级2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院29第四章岩体工程地质调查及分类（3）分级：分5级——非常好，好，一般，较差，非常差100-81，80-61，60-41，40-21，20（4）分类意义：平均自稳时间，岩体内聚力，内摩擦角取值（5）评价：考虑因素较全面，使用较方便。适合坚硬节理岩体不适用于造成挤压、膨胀和涌水的极软弱岩体（6）问题：地下水因素有3个子项，出现交叉情况怎么办？2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院30第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院31第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院32第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院33第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院34第四章岩体工程地质调查及分类4、Q分类（巴顿岩体质量分级）巴顿（1974）根据隧道工程实例提出（1）考虑因素：RQD节理组数节理面粗糙度节理面蚀变程度裂隙水及地压力后4项有评分表可查))()((SRFJJJJRQDQwarn（2）指标计算：式中：Jn——节理组数Jr——节理粗糙度系数Ja——节理蚀变影响系数Jw——地下水折减系数SRF——应力折减系数2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院35第四章岩体工程地质调查及分类（3）质量分级：9级特别差，极差，很差，差，一般，好，很好，极好，特别好0.01,0.01-0.1,0.1-1,1-4,4-10,4-40,40-100,100-400,400（4）分类意义：按Q值制作的对数曲线，据以大致确定不需支护的洞跨度（5）与RMR的关系（Bieniawski1976年建议）：RMR=9lnQ+44（6）评价：相近情况下，计算的Q值差别太大参数不易确定，使用不甚方便2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院36第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院37第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院38第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院39第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院40第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院41第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院42第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院43第四章岩体工程地质调查及分类5、BQ分类国家《工程岩体分级标准》（GB50218-94）（1）分级方法：根据岩石强度指标和完整性计算岩体基本质量指标BQ值BQ=90+3Rcw+250Kv当Rcw90Kv+30时，以Rcw=90Kv+30带入上式当Kv0.04Rcw+0.4时，以Kv0.04Rcw+0.4代入当无声测资料时，可根据节理组数查表确定Kv2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院44第四章岩体工程地质调查及分类考虑地下水、应力场、结构面与工程的关系等对BQ修正[BQ]=BQ–100(K1+K2+K3)K1、K2、K3可查表得到（2）分级：根据BQ或[BQ]把岩体分为5级ⅠⅡⅢⅣⅤ550550-451350-450350-251250（3）分类意义：根据[BQ]可大致选择岩体的物理力学参数和围岩自稳时间2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院45第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院46第四章岩体工程地质调查及分类Kv＝（Vmp/Vcp）22019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院47第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院48第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院49第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院50第四章岩体工程地质调查及分类6、按声波速度分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院51第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院52第四章岩体工程地质调查及分类2019年8月12日星期一华东交通大学土木建筑学院53第四章岩体