巖體力學04工程巖體分類

1、第四章 工程巖體分類方法：方法：通過巖體的一些通過巖體的一些簡單和容易實測的簡單和容易實測的指標，把工程地質條件和巖體力學性質參指標，把工程地質條件和巖體力學性質參數(shù)聯(lián)系起來，數(shù)聯(lián)系起來，并借鑒已建工程設計、施工并借鑒已建工程設計、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗教訓，和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗教訓，對對巖體進行歸類巖體進行歸類的一種工作方法。的一種工作方法。目的：目的：通過分類，通過分類，概括地反映各類工程巖概括地反映各類工程巖體的質量好壞，預測可能出現(xiàn)的巖體力學體的質量好壞，預測可能出現(xiàn)的巖體力學問題。問題。為工程設計、支護襯砌、建筑物選為工程設計、支護襯砌、建筑物選型和施工方法選擇等型

2、和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)提供參數(shù)和依據(jù)。一、按巖體結構類型分類一、按巖體結構類型分類中國科學院地質研究所谷德振教授等提出。特點是考慮到各類中國科學院地質研究所谷德振教授等提出。特點是考慮到各類結構面的地質成因，突出巖體的工程地質特性。分類將巖體結結構面的地質成因，突出巖體的工程地質特性。分類將巖體結構劃分為整體塊狀、層狀、碎裂狀、散體狀四種類型。前三類構劃分為整體塊狀、層狀、碎裂狀、散體狀四種類型。前三類又進一步劃分亞類。又進一步劃分亞類。巖體結構類型巖體結構類型巖體完整性巖體完整性主要結構面及其抗剪特性主要結構面及其抗剪特性巖塊濕抗巖塊濕抗壓強度壓強度/kPa類類亞類亞類結構面間結構面

3、間距距/cm完整性系完整性系數(shù)數(shù)I級別級別類型類型主要結構主要結構面摩擦系面摩擦系數(shù)數(shù)f代號代號名稱名稱代號代號名稱名稱I整體塊整體塊狀結構狀結構I1整體結構整體結構1000.75存在存在IV,V剛性結構面剛性結構面0.60600I2塊狀結構塊狀結構100500.750.35以以IV、V 級為級為主主剛性結構面局剛性結構面局部為碎裂結構部為碎裂結構面面0.40.6300,一一般般600II層狀結層狀結構構II1層狀結構層狀結構50300.60.3以以III、IV 級為級為主主剛性結構面柔剛性結構面柔性結構面性結構面0.30.5300II2薄層狀結構薄層狀結構300.40以以III、IV 級顯級

4、顯著著柔性結構面柔性結構面0.30.4300100III碎裂結碎裂結構構III1鑲嵌結構鑲嵌結構50600III2層狀碎裂結層狀碎裂結構構50(骨架骨架巖層中較巖層中較大大)0.40II、III、IV級級均發(fā)育均發(fā)育泥化結構面泥化結構面0.20.6300,骨骨架巖層在架巖層在300上下上下III3碎裂結構碎裂結構500.30碎裂結構面碎裂結構面0.160.40300IV散體結構散體結構0.20節(jié)理密集呈無節(jié)理密集呈無序狀分布，表序狀分布，表現(xiàn)為泥包塊或現(xiàn)為泥包塊或塊夾泥塊夾泥0.20無實際意無實際意義義注：巖體完整性系數(shù)注：巖體完整性系數(shù)I=(vm/vr)2，vm為巖體縱波速度，為巖體縱波速度

5、，vr為巖石縱波速度；為巖石縱波速度；f為巖體中起控制作用的結構面的摩擦系數(shù)為巖體中起控制作用的結構面的摩擦系數(shù)f=tan w3/23/20224二、巖體質量分級二、巖體質量分級（工程巖體分級標準工程巖體分級標準GB50218-94GB50218-94）兩級分類：兩級分類：首先，按巖體基本質量指標首先，按巖體基本質量指標BQBQ進行初步進行初步分級分級巖體基本質量分級巖體基本質量分級然后，根據(jù)天然應力、地下水和結構面然后，根據(jù)天然應力、地下水和結構面方位等對方位等對BQBQ進行修正，按修正后的進行修正，按修正后的BQBQ進行詳細分級進行詳細分級巖體穩(wěn)定性分級巖體穩(wěn)定性分級（1 1）巖體基本質量

6、分級）巖體基本質量分級巖體基本質量取決于巖石的堅硬程度和巖體的完整程度巖體基本質量取決于巖石的堅硬程度和巖體的完整程度。巖石的巖石的堅硬程度按巖石的飽和單軸抗壓強度堅硬程度按巖石的飽和單軸抗壓強度：巖石飽和單軸抗壓強度巖石飽和單軸抗壓強度cw(MPa)60603030151555堅硬程度堅硬程度堅硬巖堅硬巖較堅硬巖較堅硬巖較軟巖較軟巖軟巖軟巖極軟巖極軟巖巖體完整性系巖體完整性系數(shù)數(shù)Kv0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度完整程度完整完整較完整較完整較破碎較破碎破碎破碎極破碎極破碎巖石的巖石的完整程度按完整性系數(shù)完整程度按完整性系數(shù)：巖石的巖石的完整程度也可按

7、結構面系數(shù)完整程度也可按結構面系數(shù)：Jv(條條/m3) 33101020203535Kv0.750.750.550.550.350.350.150.15完整性系數(shù)完整性系數(shù)Kv=Kv=巖體縱波波速與巖塊縱波波速之比的平方。通常根據(jù)聲波測試確定。巖體縱波波速與巖塊縱波波速之比的平方。通常根據(jù)聲波測試確定。結構面系數(shù)結構面系數(shù)Jv=Jv=單位體積巖體中結構面的條數(shù)。單位體積巖體中結構面的條數(shù)。巖體基本質量分級指標巖體基本質量分級指標BQBQ BQ=90+3BQ=90+3cw cw +250 Kv+250 Kv cwcw巖石飽和單軸抗壓強度；巖石飽和單軸抗壓強度；KvKv巖體完整性系數(shù)。巖體完整性系

8、數(shù)。使用時應注意：使用時應注意： 當當cwcw9090KvKv3030時，令時，令cwcw9090KvKv3030 當當KvKv0.040.04cwcw0.40.4時，令時，令KvKv0.040.04cwcw0.40.4基本質基本質量級別量級別巖體質量的定性特征巖體質量的定性特征巖體基本質巖體基本質量指標量指標(BQ)堅硬巖，巖體完整堅硬巖，巖體完整550堅硬巖，巖體較完整；較堅硬巖，巖體完整堅硬巖，巖體較完整；較堅硬巖，巖體完整550451堅硬巖，巖體較破碎；較堅硬巖或軟、硬巖互層，巖體較完整；較軟巖，堅硬巖，巖體較破碎；較堅硬巖或軟、硬巖互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整巖體完整45035

9、1堅硬巖，巖體破碎；較堅硬巖，巖體較破碎堅硬巖，巖體破碎；較堅硬巖，巖體較破碎破碎；較軟巖或軟硬巖互破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整層，且以軟巖為主，巖體較完整較破碎；軟巖，巖體完整較破碎；軟巖，巖體完整較完整較完整350251較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎破碎；全部極軟巖及全部極破破碎；全部極軟巖及全部極破碎巖碎巖250按按BQBQ值和巖體質量的定性特征將巖體劃分為值和巖體質量的定性特征將巖體劃分為5 5級：級：（2 2）巖體穩(wěn)定性分級）巖體穩(wěn)定性分級當?shù)叵露词覈鷰r處于當?shù)叵露词覈鷰r處于高天然應力區(qū)高天然應力區(qū)或圍巖中有不利于巖體穩(wěn)定的

10、或圍巖中有不利于巖體穩(wěn)定的軟弱結軟弱結構面構面和和地下水地下水時，巖體時，巖體BQBQ值應進行修正，修正值值應進行修正，修正值BQBQ按下式計算：按下式計算： BQBQBQBQ100(K100(K1 1K K2 2K K3 3) ) K K1 1- -地下水影響修正系數(shù)；地下水影響修正系數(shù)； K K2 2- -主要軟弱面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；主要軟弱面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)； K K3 3- -天然應力影響修正系數(shù)。天然應力影響修正系數(shù)。K1BQ45045035035025025地地下下水水狀狀態(tài)態(tài)潮濕或點滴狀出水潮濕或點滴狀出水00.10.20.30.40.6淋雨狀或涌流狀出水，水壓淋雨狀或涌流狀出水

11、，水壓0.1MPa或單位水量或單位水量10Lmin0.10.20.30.40.60.70.9淋雨狀或涌流狀出水，水壓淋雨狀或涌流狀出水，水壓0.1MPa或單位水量或單位水量10Lmin0.2 0.40.60.70.91.0地下水影響修正系數(shù)地下水影響修正系數(shù)(K1)表表 結構面產(chǎn)狀及其結構面產(chǎn)狀及其與洞軸線的組合與洞軸線的組合關系關系結構面走向與洞軸線夾結構面走向與洞軸線夾角角30，傾角，傾角3075結構面走向與洞軸線結構面走向與洞軸線夾角夾角60，傾角，傾角75其他組合其他組合K20.40.500.20.20.4主要軟弱結構面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)主要軟弱結構面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)(K2)表表 K3B

12、Q 550550450450350350250250天然應力狀天然應力狀態(tài)態(tài)極高應力極高應力區(qū)區(qū)1.01.01.01.51.01.51.0高應力區(qū)高應力區(qū)0.50.50.50.51.00.51.0天然應力影響修正系數(shù)天然應力影響修正系數(shù)(K3)表表 級級別別密度密度(g/cm3)抗剪強度抗剪強度變形模變形模量量E(GPa)泊松比泊松比圍巖自穩(wěn)能力圍巖自穩(wěn)能力()C(MPa)2.65602.1330.2跨度跨度20m，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊，無塌方，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊，無塌方2.6560502.11.533200.20.25跨度跨度1020m，可基本穩(wěn)定，局部可掉塊或小，可基本穩(wěn)定，局部可掉塊或

13、小塌方塌方;跨度跨度10m，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊，可長期穩(wěn)定，偶有掉塊2.652.4550391.50.72060.250.3跨度跨度1020m，可穩(wěn)定數(shù)日，可穩(wěn)定數(shù)日1月，可發(fā)生小至月，可發(fā)生小至中塌方；跨度中塌方；跨度510m，可穩(wěn)定數(shù)月，可發(fā)生局，可穩(wěn)定數(shù)月，可發(fā)生局部塊體移動及小至中塌方；跨度部塊體移動及小至中塌方；跨度5m，可基，可基本穩(wěn)定本穩(wěn)定2.452.2539270.70.261.30.30.35跨度跨度5m，一般無自穩(wěn)能力，數(shù)日至數(shù)月內(nèi)可發(fā)生松動、小，一般無自穩(wěn)能力，數(shù)日至數(shù)月內(nèi)可發(fā)生松動、小塌方，進而發(fā)展為中至大塌方。埋深小時，以拱部松動為主，塌方，進而發(fā)展為中至大塌方。埋

14、深小時，以拱部松動為主，埋深大時，有明顯塑性流動和擠壓破壞；跨度埋深大時，有明顯塑性流動和擠壓破壞；跨度5m，可穩(wěn)定數(shù)，可穩(wěn)定數(shù)日至日至1月月2.25270.21.30.35無自穩(wěn)能力無自穩(wěn)能力 根據(jù)修正值的根據(jù)修正值的BQBQ進行重新分級（按前表）并確定各級巖體的物理力學進行重新分級（按前表）并確定各級巖體的物理力學參數(shù)和圍巖自穩(wěn)能力（下表）。參數(shù)和圍巖自穩(wěn)能力（下表）。2 2、洞室圍巖分類、洞室圍巖分類( (錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范GBJ86-2002)分類指標：分類指標：巖體結構、結構面發(fā)育特征、巖石強度及巖體聲巖體結構、結構面發(fā)育特征、巖石強度及巖體聲學性質

15、、學性質、優(yōu)點：優(yōu)點：給出了毛洞自穩(wěn)性的工程地質評價，給出了各類圍巖給出了毛洞自穩(wěn)性的工程地質評價，給出了各類圍巖的噴錨支護設計參數(shù)及圍巖物理力學性質的計算指標。的噴錨支護設計參數(shù)及圍巖物理力學性質的計算指標。圍圍巖巖類類別別主要工程地質特點主要工程地質特點毛洞穩(wěn)毛洞穩(wěn)定情況定情況巖體結巖體結構構構造影響程度，結構面發(fā)育情況構造影響程度，結構面發(fā)育情況和組合狀態(tài)和組合狀態(tài)巖石強度巖石強度指標指標巖體聲波巖體聲波指標指標巖巖體體強強度度應應力力比比Sm單軸單軸飽和飽和抗壓抗壓強度強度cw(MPa)點荷點荷載強載強度度(MPa) 巖體縱巖體縱波度波度vmp(kms) 巖體巖體完整完整性系性系數(shù)數(shù)K

16、v 整體狀及整體狀及層間結合層間結合良好的厚良好的厚層狀結構層狀結構構造影響輕微，偶有小斷層。結構面不發(fā)育，僅有構造影響輕微，偶有小斷層。結構面不發(fā)育，僅有兩到三組，平均間距大于兩到三組，平均間距大于0.8m，以原生和構造節(jié)理，以原生和構造節(jié)理為主，多數(shù)閉合，無泥質充填，不貫通。層間結合為主，多數(shù)閉合，無泥質充填，不貫通。層間結合良好，一般不出現(xiàn)不穩(wěn)定塊體良好，一般不出現(xiàn)不穩(wěn)定塊體602.55 0.75毛洞跨度毛洞跨度510m時，長時，長期穩(wěn)定，一期穩(wěn)定，一般無碎塊掉般無碎塊掉落落 3 3、巖體地質力學分類、巖體地質力學分類(RMR(RMR分類分類) )分類指標：分類指標：巖塊強度、巖塊強度、

17、RQDRQD值、節(jié)理間距、節(jié)理條件及地下值、節(jié)理間距、節(jié)理條件及地下水水分類方法：分類方法：（1 1）根據(jù)各類指標的數(shù)值，按標準評分，求和得總分）根據(jù)各類指標的數(shù)值，按標準評分，求和得總分RMRRMR值。值。（2 2）總分作適當?shù)男拚＃┛偡肿鬟m當?shù)男拚?。? 3）用修正后的總分求得巖體的類別及相應的無支護地下洞室）用修正后的總分求得巖體的類別及相應的無支護地下洞室的自穩(wěn)時間和巖體強度指標的自穩(wěn)時間和巖體強度指標(c(c，)值。值。具體分類方法如下：具體分類方法如下：（1 1）根據(jù)各類指標的數(shù)值，按下表的標準評分，求和得總分）根據(jù)各類指標的數(shù)值，按下表的標準評分，求和得總分RMRRMR值。值。

18、 分類參數(shù)分類參數(shù)數(shù)數(shù) 值值 范范 圍圍1完整巖石完整巖石強度強度(MPa)點荷載強點荷載強度指標度指標104102412對強度較低的巖石宜用單對強度較低的巖石宜用單軸抗壓強度軸抗壓強度單軸抗壓單軸抗壓強度強度250100250501002550525151評評 分分 值值1512742102巖心質量指標巖心質量指標RQD()9010075905075255025評評 分分 值值201510833節(jié)理間距節(jié)理間距(cm)2006020020606206評評 分分 值值201510854節(jié)理條件節(jié)理條件節(jié)理面很粗糙，節(jié)節(jié)理面很粗糙，節(jié)理不連續(xù)，節(jié)理寬理不連續(xù)，節(jié)理寬度為零，節(jié)理面巖度為零，節(jié)理面

19、巖石堅硬石堅硬節(jié)理面稍粗糙，節(jié)理面稍粗糙，寬度寬度1mm，節(jié)理面巖石堅節(jié)理面巖石堅硬硬節(jié)理面稍粗糙，節(jié)理面稍粗糙，寬度寬度1mm，節(jié)理面巖石軟節(jié)理面巖石軟弱弱節(jié)理面光滑或含厚度節(jié)理面光滑或含厚度5mm的軟弱夾層，的軟弱夾層，張開度張開度15mm，節(jié)理，節(jié)理連續(xù)連續(xù)含厚度含厚度5mm的軟弱夾層，的軟弱夾層，張開度張開度5mm，節(jié)理連續(xù)，節(jié)理連續(xù)評評 分分 值值3025201005地下水條地下水條件件每每10m長的長的隧道涌水量隧道涌水量(L/min）無無10102525125125節(jié)理水壓力節(jié)理水壓力/最大主應力最大主應力比值比值或或 0或或 0.1 或或 0.10.2 或或 0.20.5或或

20、0.5總條件總條件或或完全干燥完全干燥或或潮潮 濕濕或或 只有濕氣只有濕氣(有裂有裂隙水隙水)或或 中等水壓中等水壓或或 水的問題嚴重水的問題嚴重評評 分分 值值1510440（2 2）按下表的規(guī)定對）按下表的規(guī)定對RMRRMR總分作適當?shù)男拚?。總分作適當?shù)男拚?。?jié)理走向或傾向節(jié)理走向或傾向非常有利非常有利有利有利一般一般不利不利非常不利非常不利評分值評分值隧道隧道0-2-5-10-12地基地基0-2-7-15-25邊坡邊坡0-5-25-50-60按節(jié)理方向修正評分值按節(jié)理方向修正評分值 走向與隧道軸垂直走向與隧道軸垂直走向與隧道軸平行走向與隧道軸平行與走向無與走向無關關沿傾向掘進沿傾向掘進反傾向掘進反傾向掘進傾角傾角2045傾角傾角4590傾角傾角020傾角傾角4590傾角傾角2045傾角傾角4590傾角傾角2045非常有利非常有利有利有利一般一般不利不利一般一般非常不利非常不利不利不利節(jié)理走向和傾角對隧道開挖的影響節(jié)理走向和傾角對隧道開挖的影響 （3 3）根據(jù)修正后的）根據(jù)修正后的RMRRMR總分確定巖體的類別及相應的無支護地總分確定巖體的類別及相應的無支