工程岩体的分类

第五章工程岩体分类第一节工程岩体分类的目的与原则第二节工程岩体代表性分类第三节我国工程岩体分级标准（GB50213—94）教学目的：了解工程岩体的分类目的和原则，有代表性的分类方法。学时分配：4学时一、分类的目的1）分类目的为工程施工机设计提供计算参数和依据，达到工程经济、合理和安全之目的。因为：用前面学过的简单的岩石、岩体力学指标参数不足以全面指导岩石工程。保证安全经济；另外，分类要给定范围，不是一个像岩石、岩体那样的单一确定指标。第一节工程岩体分类的目的与原则2）分类种类（1）通用分类：原则的，大致的分类，未针对专门的工程领域，供各学科领域各部门安全使用的分类（2）专用分类：专为某项工程目的服务的分类，考虑因素少一些，深入、细致二、工程岩体分类原则（1）确定种类（2）定量—便于使用（3）级数适合—一般五级（4）分类方法和计算步骤应简单明了，便于记忆应用（5）因素要独立—基本因素：结构面、岩块质量（力学特性）、风化、水、地应力、工程施工条件和规模。（6）指标应是综合的三、工程岩体分类，独立因素的分析从工程观点看，影响岩体工程性质的因素，起主导和控制作用的因素；（1）岩石材料的质量主要是强度和变形性质，一般用室内岩块试验的单轴抗压强度Rc（2）岩体的完整性反映结构面的产生及面内充填物法，一般2种方法或指标①直接法：结构面的充填物及结构面形状、分布规律例：节理组数、间距、切割度Xe、裂隙度K、体积裂隙率②间接法：岩体弹性纵波速度（3）水①水质岩石及结构面内充填物的力学性质转化②水沿结构面形成渗透，影响稳定性（4）地应力是一个独立的因素，但测量较难，一般用其他的参数代替，例波速，岩体位移总结：主要是质量、结构面、水，地应力靠综合因素反映第二节工程岩体代表性分类一、按岩石的单轴抗压强度（Ｒc）分类（一）单轴强度表5-1岩石按抗压强度分类类别岩石单轴抗压强度Rc（MPa）岩石类别Ⅰ250~160特坚岩Ⅱ160~100坚岩Ⅲ100~40次坚岩Ⅳ40软岩（二）点荷强度二、按巷道岩石稳定性分类（自己看）smaxuumax注：稳定性指在工程的工作期限内，安全和工作断面得以保证条件：地下工程或岩体中最大的、最危险的应力位移s、u—岩体或支护材料的强度限或极限位移三、按岩体完整性分类（一）按岩石质量指标（RQD,Rock、QualityDesignation）分类Designation[]指明，指示，选派、任命、名称；牌号；符号表示；（军）番号RQD：以修正的岩芯采取率来确定（有真岩芯采取率）l—岩芯单节长度，≥10cm；L—同一岩层中的钻孔长度。例：岩芯采取率80%，RQD=75%。%100)10(LcmlRQD类别RQD（%）工程分级Ⅰ90~100极好的Ⅱ75~90好的Ⅲ50~75中等的Ⅳ25~50差的Ⅴ0~25极差的表5-4按RQD大小的岩石工程分级5级，分级，极好的～极差的（二）以弹性波速分类第3章指出弹性波速与岩石种类、密度和年代裂隙和夹层等的关系孔隙率、吸水率各向异性，平行层面垂直层面（1.67）变化（压力大，速度）结构面存在使波速下降中科院地质所分类：4类：块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构指标：波带Vp；岩土体/岩块，Vp之比；波可接收距离（m）类别弹性波指示块状结构层状结构碎裂结构散体结构波速Vp（m/s）范围采用值最小值4000~5000450035003000~4000350025002000~35002750150020001500500岩体Vpm/Vpsr范围采用值最小值0.80.80.60.5~0.80.650.50.3~0.60.450.30.40.3—可接收距离（m）范围最小值5~1033~521~311—表5-6日本铁路隧道围岩分类围岩强度分类岩质良好程度备注ABCDEF15.04.84.2好1．开挖面有涌水时，分类要降一级；2．膨胀性岩石（蛇纹岩，变质安山岩、石墨片岩、凝灰岩、温泉余土）的弹性波速值。要特殊考虑这种情况其速度值小于4.0km/s，泊松比大于0.3；3．对风化岩层泊松比小于0.3时，分类要提高一级到两级；4．单位：km/s25.0~4.44.8~4.24.2~3.634.6~4.04.8~4.24.4~3.83.8~3.22.6中等44.2~3.04.4~3.84.0~3.43.4~2.82.6~2.053.8~3.24.0~3.43.6~3.03.0~2.42.2~1.61.8~1.2差63.43.62.62.61.81.4~0.871.41.0四、结合指标分类一般按多种参数进行综合指标分类（一）Franklin岩石工程坚固性分类指标，点荷强度；结构面间距，双因素分类（二）岩体的土力学分类参数：五个通用参数，一个修正参数。给定总的岩体评分值（RMB）作为衡量岩体工程质量的“综合特征值”，0~100。54321RRRRRRMR第三节我国工程岩体分级标准（GB50213—94）重要点3种怎样分析问题一、工程岩体分级的基本方法（一）确定岩体基本质量—坚硬度和完整性（分类5类）[60～5MPa]1．岩石的坚硬程度—Rc，接Rc划分5类坚硬度表5-15Rc与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系Rc（MPa）6060~3030~1515~55坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩Rc≥60坚硬岩,Rc5极软岩,与表5-1Rc=160~100有区别2．岩体完整性指标Kv[0.75～0.15]m-massr-rockVpm—岩体弹性纵波速度（km/s）Vpr—岩体弹性纵波速度（km/s）or用Jv来核算KvprpmvVVK22表5-16Jv与Kp对照表结论：Kv与定性划分的岩体完整程度对应完整性分5类完整—极破碎表5-17Kp与定性划分的岩体完整程度的对应关系Jv（条/m3）33~1010~2020~3535Kp0.750.75~0.550.55~0.250.35~0.150.15Kv07530.75~0.550.55~0.350.35~0.150.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎（二）岩体基本质量分级1．岩体基本质量指标（BQ）BQ—岩体基本质量指标；Rc—岩石单轴饱和抗压强度（MPa）；Kv—岩体完整性指数值。注：两条限制，Rc与Kv关系，有矛盾Kv与Rc关系KRBQc2503902．按计算所得的BQ值按表5-18进行岩体基本质量分级，共分5级，BQ值≥550~250基本质量级别岩体基本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岩层，岩体较完整较软岩，岩体完整450~35Ⅳ坚硬岩，岩体较破碎软坚硬岩，岩体较破碎~破碎较软岩或软坚硬岩互层，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软软岩，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（三）结合工程情况，进行岩体基本质量的修正[BQ][BQ]—岩体基本质量指标修正值；BQ—岩体基本质量指标；K1—地下水影响修正系数；K2—主要软弱结构面产状影响修正系数；K3—初始应力状态影响修正系数。K1、K2、K3值，分别见表5-19、表5-20、表5-21)(100][321KKKBQBQK1BQ地下水出水状态450450~351350~251250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，水压小于等于0.1MPa或单位出水量≤10L/(min·m)0.10.2~0.30.4~0.60.7~0.9淋雨状或涌流状出水，水压大于0.1MPa或单位出水量大于≤10L/(min·m)0.20.4~0.60.7~0.91.0表5-20主要软弱结构面产状影响修正系K2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30°结构面倾角75°其他组合K20.4~0.60~0.20.2~0.4表5-21初始应力状态影响修正系数K3取得[BQ]值时，代向岩体基本质量分级表，确定等级别其中[BQ]→BQK3BQ初始应力状态550550~451450~351350~251250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二、工程岩体分级的应用（一）岩体物理力学参数的选用2个参数物理表5-22峰值抗剪强度表5-23表5-22岩体物理力学参数)(岩体基本质量级别重力密度(kN/m3)抗剪断峰值强度变形模量E（CPa）泊松比v内摩擦角粘聚力C（MPa）Ⅰ26.5602.1330.2Ⅱ60~502.1~1.533~200.2~0.25Ⅲ26.5~24.550~391.5~0.720~60.25~0.3Ⅳ24.5~22.539~270.7~0.26~1.30.3~0.35Ⅴ22.5270.21.30.35表5-23岩体结构面抗剪断峰值强度)(序号两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度内摩擦角粘聚力C（MPa）1坚硬岩，结合好370.222坚硬—较坚硬岩，结合一般；极软岩，结合好37~290.22~0.123坚硬—软坚硬岩，结合差；较软岩—软岩，结合一般29~190.12~E0.084软坚硬—软软财，结合差—结合很差；软岩、结合差；软质岩的泥化面19~130.08~0.055软坚硬岩及全部软质岩，结合很差；软质岩泥化层本身130.05（二）地下工程岩体自稳能力的确定表5-24地下工程岩体自稳能力岩体级别自稳能力Ⅰ跨度小于20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方Ⅱ跨方10~20m，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度小于10m，可长期稳定，偶有掉块Ⅲ跨度10~20m，可稳定数日至一个月，可发生小至中塌方；跨度5~10m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小至中塌方；跨度小于5m，可基本稳定Ⅳ跨度大于5m，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中至大塌方。埋深小时，以拱部松破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度小于5m，可稳定数日至一个月Ⅴ无自稳能力