3.4岩体质量分类及评价

3.1概述3.2岩体结构基本类型3.3岩体结构面及其充填特征3.4结构面的力学性质3.5岩体的变形特性3.6岩体的强度特性3.7岩体的水力学性质3.8岩体质量评价及其分类第三章岩体力学性质3.8岩体质量评价及其分类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与参数联系起来，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。分类的独立因素（1）岩石材料的质量（强度指标）。（2）岩体的完整性，密集度、切割度、连续性等。（3）岩体结构面产状与岩体工程的相对空间位置关系等。（4）地下水（软化、冲蚀、降低有效正应力、c、φ）（5）地应力（大小、最大主应力方向）（6）其它因素（自稳时间、位移率）其中（1）（2）是岩石基本质量，（3）－（6）是考虑工程岩体特点的其它因素3.8岩体质量评价及其分类按岩石的单轴抗压强度σc分类岩石普氏系数(f=σc/10)分类法（Ｍ．Ｍ．Продотьяконов，1907）极硬（f＝20）、很硬（f＝15）、坚硬（f＝8～10）、较硬（f＝5～6）、普通（f＝3～4）、较软（f＝1.5～2）、软层（f＝0.8～1）、松软（f＜1）等8类。优点：简单方便、工程早期，普氏系数在我国现行设计手册、工程定额、概预算仍沿用。缺点：小尺寸试件不能反映岩体强度，应予淘汰。由此可推按单轴抗压强度进行分类的方法均应予淘汰。3.8.1普氏系数法迪尔（Deere,D.U.),1964年提出,根据钻探时的岩芯完好程度来判断岩体的质量，对岩体进行分类规定：内径56mm金刚石钻头RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10cm的岩芯总长度与钻孔长度的比，百分数表示为：%10010钻孔总长LcmlRQDi工程实践说明，RQD是一种比岩芯采取率更好的指标。3.8.2按岩石质量指标RQD分类3.8.2按岩石质量指标RQD分类分类很差差一般好很好RQD(%）2525~5050~7575~9090例某钻孔的长度为250cm，其中岩芯采取总长度为200cm,而大于10cm的岩芯总长度为157cm(如图所示)，则岩芯采取率：200/250=80%RQD=157/250=63%岩体分类为：Ⅲ类、中等岩体岩石分类指标依据：弹性波速度变化来反映岩体结构特性和完整性。①梅里特（Merritt)提出龟裂系数(Kv)：2)/(prpmvVVKMerritt的龟裂系数岩体分类Kv0.8~10.8~0.60.6~0.40.4~0.20.2~0级次ⅠⅡⅢⅣⅤ岩体类别非常好好较好不好非常不好3.8.3以弹性波（纵波）速度分类3.8.4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根据岩体结构划分岩体类别。考虑到各类结构的地质成因，突出了岩体的工程特性。把岩体结构分为四类：整块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构，在前三类中每类又分2-3个亚类对重大的岩体工程地质评价来说，是一种好的分类方法，颇为国内外重视。南非科学和工业研究委员会提出的CSIR分类指标值RMR(RockMassRating)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，按表2-20A的标准评分，求和得总分RMR值。（2）按表2-20B和表2-21的规定对总分作适当的修正。（3）用修正后的总分对照表2-20C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。3.8.5岩体地质力学分类(RMR分类)根据各类指标的数值，按右表的标准评分，求和得总分RMR值。（2）按下表的规定对总分作适当的修正。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3.8.5岩体地质力学分类(RMR分类)（3）根据修正后的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＜153.8.5岩体地质力学分类(RMR分类)巴顿(Barton,1974)提出Q值分类法（挪威岩土工程研究所）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—结构面(节理)的形态、充填物特征及其次生变化程度；分类方法：确定各参数的数值，求得Q值，以Q值为依据将岩体分为9类。SRFJJJJRQDQwarn3.8.6巴顿岩体质量(Q)分类3.8.6巴顿岩体质量(Q)分类Q分类的优点：1）考虑因素相对全面；2）定性分析与定量评价相结合3）适用于各种岩石（软、硬）；4）尤其是处理极其软弱的岩层Q分类的缺点：没有考虑节理方位（怕失去简单的特点，影响通用性）3.8.6巴顿岩体质量(Q)分类Bieniawski(1976)在大量实测统计的基础上，发现Q值与RMR值有如下的统计关系：44lg9QRMR我国工程岩体分级标准（GB50218-94）分两步计算：1）按岩体的基本质量指标BQ进行初步分级2）针对各类工程岩体的特点，考虑其他影响因素如天然应力、地下水和结构面方位等对BQ进行修正，再按修正后的BQ进行详细分级3.8.7岩体质量分级1）计算BQ(1）确定岩体基本质量两个指标：岩石的坚硬程度σc；岩体完整性指数Kv。a.岩石坚硬程度的确定岩石坚硬程度采用岩石单轴饱和抗压强（σc）3.8.7.1岩体基本质量分级b.岩体完整性指数（Kv）的确定。①用弹性波测试，计算龟裂系数Kv。②选择有代表性露头或开挖面，对不同的工程地质岩组进行节理裂隙统计，节理数（Jv）(条/m3)Kv与岩体完整性程度定性划分的对应关系3.8.7.1岩体基本质量分级a.计算岩体基本质量指标BQBQ=90+3σC+250KV式中：σC－岩石单轴（饱水）抗压强度,MPa;KV－岩体完整性指数值注：①当σC90KV+30,代σC＝90KV+30②当KV0.04σC+0.4,代KV＝0.04σC+0.43.8.7.1岩体基本质量分级3.8.7.1岩体基本质量分级结合工程情况，计算岩体基本质量指标修正值[BQ][BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)K1－地下水影响修正系数；K2－结构面产状影响修正系数；K3－地应力影响修正系数。3.8.7.2岩体稳定性分级3.8.7.2岩体稳定性分级注：小塌方：塌方高度3m，或体积30m3；中塌方：塌方高度3～6m，或体积30～100m3；大塌方：塌方高度6m，或体积100m3；3.8.7.2岩体稳定性分级我国工程岩体分级标准（GB50218-94）的评价优点：1）对地下隧道适用性较强；2）能反映岩体基本质量分级－－计算BQ3）考虑工程岩体特性（地下水、节理与工程位置关系、地应力－－计算[BQ],判断分类。缺点：对边坡岩体和地基岩体的分级研究较少。3.8.7.2岩体稳定性分级3.8.8岩体质量评价及其分类的发展趋势1.采用多因素综合指标的岩体分类。在分类中，力求充分考虑各种因素的影响和相互关系，许多分类都很重视岩体的不连续性，把岩体的结构和岩石质量因素作为影响岩体质量的主要因素和指标。2.向定性和定量相结合的方向发展。3.利用简易岩体力学测试（如钻孔岩心，波速测试、点荷载试验等）研究本特性，初步判别岩类，减少费用昂贵的大型试验，使岩体分类简单易行4.重视新、新方法在岩体分类中的应用。5.强度岩体工程分类与岩体力学参数估算的定量关系的建立，与工程岩体处理方法、施工方法相结合。