第 9 章 岩体工程分级

第9章岩体工程分级•9.1概述•9.2岩石分类•9.3岩体分类•9.4岩体工程分级方法•9.5系统聚类分级法•9.6岩体质量指标M分级法9.1概述•研究现状与历史•1907年,苏联学者M.M.普罗托季雅可诺夫提出坚固性系数概念;•1950‘s,日本学者提出龟裂系数Kv•1960’s,伊利诺斯(Illinois)大学提出RQD方法;•1970‘s年代中期,挪威学者提出岩体质量的Q方法•1980‘s计算机的广泛应用,模糊数学方法,灰色系统方法,系统论方法.第9章岩体工程分级9.1概述•岩体工程分级的目的和意义:•1)岩体工程建设投资的主要依据之一;•2)是现场进行科学管理与正确评价经济效益的有力工具之一;•3)分级是研究岩土工程稳定性的必要基础•岩土工程分级的基本原则:•1)分级的目的与使用对象;•2)一般分为5个级,再细分2--4个亚级;•定量分级中,其指标量值的变化,多采用几何级数来反映,级数的公比为1.2--1.4,特性变化范围在10-30倍之间.第9章岩体工程分级9.1概述•分级的类别:•通用的分级---主要供国民经济宏观管理使用;•专用的分级---主要供技术部门管理和现场实施.第9章岩体工程分级9.2岩石分类•9.2.1普氏坚固性系数分级法•1907年,苏联学者M.M.普罗托季雅可诺夫提出坚固性系数概念.•坚固性系数是反映岩石在各种外力(钻孔、爆破、冲刷等）作用下破坏难易程度的抽象概念.•分级指标：f=Rc/10•Rc为岩石单轴抗压强度，MPa•讨论：该法简单，被广泛采用；•但单一的强度指标难以反映岩体工程的各方面，经常有不切合实际之处。第9章岩体工程分级•9.2.1普氏坚固性系数分级法第9章岩体工程分级•9.2.1普氏坚固性系数分级法第9章岩体工程分级9.2岩石分类•9.2.2迪尔--米勒分类法•1966年,Deere和Miller建议的标准•分类指标：1）抗压强度Rc；•2）模量比：Et/Rc第9章岩体工程分级•9.2.2迪尔--米勒分类法第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.1分类方法概览第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.1分类方法概览第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.2RQD分级法•1964年由美国Illinos大学Deere提出，•RQD定义为岩芯中长度等于或大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺总长度之比。•讨论：RQD指标反映了岩体各种结构面切割的程度，又可以在钻探过程中获得，被广泛应用第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.3南非地质力学分级法（CSIR法）•南非Bieniawski博士于1973-1975年提出。•分级指标:岩块单轴抗压强度;RQD指标;节理间距与状态,岩石隧道涌水量等•方法:采用加权方法,并考虑裂隙产状的修正,给出岩体工程围岩分类.•讨论:优点:给出了定量分级指标;•缺点:必须依赖于有经验的地质人员第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.3南非地质力学分级法（CSIR法）第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.3南非地质力学分级法（CSIR法）第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.4缪勒分类法•发展:Muller、Hofman1970年提出,它沿用了Terzaghi、Stini等的途径，故又称为SalzburgSchool分类。•分类指标：1）完整岩块的强度；2）节理状态；3）水；4）巷道的临空跨度；5）节理连续度；•X=K/A，A--考察剖面的面积，K--考察剖面上由于节理存在而不连续的面积。•当X=1全部不连续，•X=0全部连续；•X=0.5,50%的面积不连续•优缺点:第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.4缪勒分类法第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.4缪勒分类法第9章岩体工程分级9.3岩体分类•9.3.5Q分类法(NGI法)•发展:1974年,挪威学者N.巴顿,R.利恩与R.伦德提出Q分类法.•分类指标：1）RQD；2）节理组数Jn；3)节理面粗糙度Jr；4）节理蚀变程度Ja；5）裂隙水影响因素Jw,6)地应力影响因素SRF；•计算公式:•Q值大,岩体质量好,变化范围:0.001--1000;第9章岩体工程分级)SRFJ)(JJ)(JRQD(Qwarn9.4岩体工程分级方法•9.4.1分级的三要素确定•1)分级挡数;2)分级界限;3)分级判据•9.4.2岩体工程分级指标•1)分级指标:•a)岩块力学性质:Rc、Rt、E、点载荷Is•b)岩体结构与结构面力学性质•c)原岩应力场•d)工程端面形状和尺寸•e)施工方法•f)地下水的作用第9章岩体工程分级9.4岩体工程分级方法•9.4.2岩体工程分级指标•2)分级指标应满足的要求:•a)能反映并便于区分围岩的稳定程度•b)具有明确的物理意义和独立性•c)分级指标不应是因人而异的含糊不清的概念•d)测试方法简单，便于现场应用第9章岩体工程分级•9.4.3国内外已应用过的分类指标第9章岩体工程分级岩块力学性质岩体完整性岩石与岩体变形岩体结构面指标符号指标符号指标符号指标符号单轴抗压强度Rc岩体声波速度Vm弹性模量E节理面组数Jn单轴抗拉强度Rt岩体质量系数RQD泊松比结构面粗糙度Jy内聚力C完整性系数I抗力系数K0节理面蚀变指标Ja内摩擦角裂隙系数La岩体弹模与岩块弹模比E0/E裂隙率J0普氏系数f动弹性模量Ed位移稳定时间T平均节理间距Dp点载荷强度Is声衰系数AB初始位移速率du/dt岩体结构模数Nm裂隙破坏试件的比例Nb/n渗流量Vw最大位移量Umax容重注浆时吸浆量Vc应力影响系数SRF软化系数Kc裂隙水的影响Jw模量比E/R风化系数Ky围岩自承时间T09.4岩体工程分级方法•9.4.3动态分级法简介(DT法)•方法:先给出一个粗糙的初始分级,然后按某种原则进行反复修改,直到分级合理为止.•基本原理:动态图第9章岩体工程分级选择代表性巷道测试数据标准化最初的分类分类是否合理最终分类修改分类最近距离原则是否9.4岩体工程分级方法•9.4.3动态分级法简介(DT法)•分类函数DS:为了解分类的合理与否,采用分类函数值来衡量,选用•作为分类函数。•修改的原则是使DS不断缩小至不能减少为止.第9章岩体工程分级2n1iiB(k))(DDS9.5系统聚类分级法•9.5.1基本原理•系统聚类分析法是在聚类分析中应用得最多的一个分支,是一种将类由多变到少的方法.•聚类分析法:1)各样品自成一类;2)计算各样品之间的距离,按距离最近的原则,将两个样品并成一类;3)计算新类与其余各类的距离,再一次按该原则合并两个类,进一步减少类的数目;依次类推,直到所有的样品归为一类为止.•最常用的是重心之间的距离.第9章岩体工程分级9.5系统聚类分级法•9.5.2分级方法(分级步骤)•1)整理原始数据;•2)对原始数据做标准化处理;•3)计算样品之间的距离;•4)进一步并类;•5)计算新类与其它的最短距离;•6)重复第5步;•7)根据并类的过程画出聚类图,从聚类图可以清楚看出整个聚类过程,并清楚表示它们之间的相互关系.第9章岩体工程分级9.5系统聚类分级法•9.5.2分级方法(分级步骤)第9章岩体工程分级9.6岩体质量指标M分级法•发展:1979年由水电部杨子文等完成.•9.6.1分类指标•1)岩石质量:Sf=(EfD*RfD/Es*Rs)1/2•取Es*Rs=20*106•Sf4岩石工程质量优,极坚硬的I类岩石•Sf=2--4岩石工程质量良,坚硬的II类岩石•Sf=1--2岩石工程质量中等,半坚硬的III类岩石•Sf=0.5--2岩石工程质量差,软弱的IV类岩石•Sf0.5岩石工程质量坏,极软弱的V类岩石第9章岩体工程分级9.6岩体质量指标M分级法第9章岩体工程分级9.6岩体质量指标M分级法•9.6.1分类指标•2)岩体的完整性:Kv=(Vm/Vr)2•KV0.9岩体完整•KV=0.75--0.9岩体较完整•KV=0.45--0.75岩体中等完整•KV=0.2--0.45岩体完整性差•KV0.2岩体破碎第9章岩体工程分级9.6岩体质量指标M分级法第9章岩体工程分级9.6岩体质量指标M分级法•3)风化程度:Ky=RaD/RfD•Ky0.9新鲜岩石•Ky=0.75--0.9弱风化岩石•Ky=0.45--0.75半风化岩石•Ky=0.2--0.45强风化岩石•Ky0.2全风化岩石•4)水的影响KR=RaW/RaD•KR0.95岩石不受水的影响•KR=0.8--0.95岩石略受水的影响•KR=0.65--0.8中等受水的影响•KR=0.4--0.65显著影响•KR0.4严重影响第9章岩体工程分级9.6岩体质量指标M分级法•9.6.2岩体质量指标及其表达式•分析:上述各量具有连续逐次削弱的作用.•采用乘积的形式•分级:•I类岩体M3岩体质量优•II类岩体M=1--3岩体质量良•III类岩体M=0.12--1岩体质量中等•IV类岩体M=0.01--0.12岩体质量差•V类岩体M0.01岩体质量坏第9章岩体工程分级)K,K,K,f(SMRyvf)(K][S)}(K)](K)(K){[(SMVfvRVf9.6岩体质量指标M分级法•分级指标计算图第9章岩体工程分级