關于工程巖體分級方法的綜述

1、關于工程巖體分級方法的綜述摘要：綜合分析我國現(xiàn)行的工程巖體分級特征，重點介紹巖體分級標準在根據(jù)巖石的強度、巖體的完整性、地下水條件、初應力狀況等多方面因素下進行巖體分級，從而指導實地工程建設，并討論與分類法和RR分類法的關系，在發(fā)展中他們有趨于統(tǒng)一和向國際標準接軌的趨勢。關鍵字：工程巖體分級；國標；巖體基本質量1.1 巖體分級的重要性隨著科學技術的不斷進步和土地資源的日益減少，水利水電、鐵道、交通、礦山、工業(yè)與民用建筑等各種類型、不同用途的巖體工程逐漸增多。質量高、穩(wěn)定性好的巖體，不需要或只需要很少的加固支護措施，就可以保證工程施工和使用的安全；質量差、穩(wěn)定性不好的巖體，常常會給工程的施工和使

2、用帶來諸多的安全隱患，甚至會在工程的施工和使用過程中出現(xiàn)地質災害，需要采取復雜加固措施來保證工程施工和使用的安全8。因此，在工程建設中，準確而及時地進行工程巖體的穩(wěn)定性判斷，對于保證工程施工和使用的安全具有十分重要的意義。. 經過巖土工程界半個世紀的努力，目前巖體分級指標已形成了國標體系。自上世紀5060年代開始，工程巖體分級問題引起了國外巖土工程界的廣泛關注。國外學者提出了許多工程巖體分級方法，并在工程中得到了不同程度的應用。自上世紀70年代以后，國內的巖土工程界也開始了工程巖體分級方法的研究，以谷德振、黃鼎成6等為代表，在學習和消化國外研究成果，總結工程經驗的基礎上，提出了一些工程巖體分級

3、方法，制定了相應的工程巖體分級行業(yè)標準，為我國經濟建設的快速和健康發(fā)展作出了很大的貢獻。自上世紀90年代以來，對國內外的研究成果及工程經驗進行了系統(tǒng)的總結，形成了現(xiàn)在工程巖體分級標準它是由水利部、建設部、鐵道部等部門組織有關單位共同起草制定的適用于各種巖體工程的統(tǒng)一分級方法。屬于國家最高層次的基礎標準，適用于各行業(yè)、各種類型巖石工程的巖體分級，是制定各行各業(yè)巖體分級標準的基本依據(jù)。1.3 巖體分級標準多屬于綜合分級，考慮巖石的強度、巖體的完整性、地下水條件、初應力狀況等多方面因素。巖體分級標準是一種多因素多指標、定性與定量相結合的分級方法,它分兩步對工程巖體定級，即：先對巖體的基本質量劃分級別

4、，根據(jù)巖體固有并獨立于工程類型的地質屬性巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素確定巖體基本質量的定性特征和定量指標,進而綜合確定巖體質量級別,按照其穩(wěn)定性分為5級,；再針對巖體的具體條件做出修正，根據(jù)各類工程特點,考慮影響工程巖體基本質量的其他重要因素，利用地下水條件、巖體主要軟弱結構面產狀和初應力狀態(tài)對巖體基本質量的影響等修正系數(shù),對巖體基本質量(BQ值)進行修正,再確定具體工程巖體級別。1.4 工程巖體分級標準國家規(guī)范的制定過程中均已考慮到了同國際接軌8。國外工程巖體分級較早，在進入20世紀70年代后,巖體的分類就已由定性向定量、由單因素(單指標)向多因素(或多指標)方向發(fā)展。我國對巖體質

5、量評價研究開展的比較晚，工程巖體分級國標標準在制定時，充分綜合考慮國內與國外巖體分級發(fā)展成果，避免單因數(shù)的局限性及定性的不確定性，同國際接軌。綜述巖體分級標準特征.1巖體分級標準考慮因素國標分級采用分兩步走的方法進行工程巖體分級，即:先對巖體的基本質量劃分級別;再針對巖體的具體條件作出修正，確定工程巖體級別。國標分級采用定性與定量相結合、經驗判斷與測試計算相結合的方法進行?；举|量分級主要考慮巖石的堅硬程度和巖體的完整程度2個分級因素。巖石的堅硬程度的定量指標用巖塊的飽和單軸抗壓強度Rc表征；其定性指標是在現(xiàn)場通過錘擊巖石聲音的清脆程度、擊碎難易程度、錘擊回彈情況以及吸水反映情況來確定。巖體的

6、完整程度的定量指標用巖體完整性系數(shù)Kv值，即巖體與巖塊彈性波波速之比的平方來表征；定性指標是在現(xiàn)場通過調查結構面的組數(shù)、平均間距、張開度、充填物情況來確定。各種工程巖體在初步定級時，可直接采用按基本質量確定的級別，詳細定級時，應結合不同工程類型的特點，考慮各種影響因素進行修正。因而需要考慮的修正因素還有：地下水、主要軟弱結構面及其產狀與地下酮室軸線的關系、初始應力狀態(tài)的影響等等。根據(jù)各方面的工程經驗，分別列表對這些影響因素給出修正系數(shù)：k1，k2，k3，按照下列公式計算巖體基本質量指標的修正值，由此修正值就可以最終確定地下工程巖體的級別。k1通過對地下水的滲漏狀態(tài)，并進一步根據(jù)水壓大小和單位出

7、水量，結合所在范圍，查表計算。主要軟弱結構面及其產狀與地下酮室軸線關系的影響因素k2根據(jù)現(xiàn)場實地勘察巖石結構面產狀和與洞軸線夾角得出。初始應力影響修正因k3素也要通過現(xiàn)場測定查表計算，因測試技術要求很高，花費較大，在無實測資料時應如何評估巖體初始應力狀態(tài)，除少數(shù)重大工程項目外，只能靠分析、評估來確定。如上圖1分級因素。圖1 巖體分級考慮因素.巖體分級標準定級方法對巖體進行初步定級，巖體基本質量指標BQ值計算公式：BQ=90+3Rc+250Kv。巖石單軸飽和抗壓強度Rc，當無法取得實測值時，可根據(jù)實測的巖石點荷載強度指數(shù)I0.75S(50) 1 , RC=22.82I0.75S(50)，RC=3

8、060MPa較硬, 1530較軟, 515軟巖, 0.75完整 （或當體積節(jié)理數(shù)JV3條/m3）KV=0.550.75較完整 (或當體積節(jié)理數(shù)JV=310條/m3)KV=0.350.55較破碎 (或當體積節(jié)理數(shù)JV=1020條/m3)KV=0.350.15破碎 (或當體積節(jié)理數(shù)JV=2035條/m3)KV35條/m3)由BQ=90+3Rc+250Kv，巖體初步分為(BQ 550)、(BQ=50451)、0351）、（BQ=350251）、（BQ250）共五級。當工程中遇到地下水、巖體穩(wěn)定性受軟弱結構面影響時，應該結合不同工程類型的特點，進行詳細分級，考慮各種影響因素進行修正K1：地下水影響修正

9、系數(shù),K2：主要軟弱結構面產狀影響修正系數(shù), K3：初始應力狀態(tài)影響修正系數(shù)等。BQ=BQ一100(k1+k2+k3)，憑此判斷巖體所處分級，并在實際工程中對巖體進行處理。其中K1、K2、K3分別按表二、表三、表四來確定。BQ出現(xiàn)負值時，應按特殊情況處理。表二： 地下水影響修正系數(shù)（K1） BQ450450351350251250潮濕或點滴狀出水 00.10.20.30.40.6淋雨狀或涌流出水，水壓0.1MPa或者單位出水量10L/（minm） 0.10.20.30.40.60.70.9淋雨狀或涌流出水，水壓0.1MPa或者單位出水量10L/（minm）0.20.40.60.70.91.0

10、表三：主要軟弱結構面產狀影響修正系數(shù)（K2）結構面產狀及其與洞軸線的組合關系結構面走向與洞軸線夾角30結構面傾角3075結構面走向與洞軸線夾角60結構面傾角75 其他情況K20.40.600.20.20.4 表四：初始應力狀態(tài)影響修正系數(shù)（K3）BQ550550451450351350251250極高應力區(qū)1.01.01.01.51.01.51.0高應力區(qū)0.50.50.51.00.51.00.53巖體分級標準與Q系統(tǒng)分類法和RR系統(tǒng)分類法的關系 3.1Q系統(tǒng)分類與RR分類方法1974年挪威學者巴頓、利恩與倫德提出了Q系統(tǒng)分類方法2，它主要考慮了巖體質量指標RQD、節(jié)理組數(shù)Jn、節(jié)理面粗糙度J

11、r、節(jié)理蝕變程度Ja、裂隙水影響因素Jw以及地應力影響因素名及尸等6項指標。其計算公式為Q(RQD/Jn)(Jr/Ja)(Jw/SRF)。其中巖體質量指標RQD根據(jù)鉆孔巖芯長度統(tǒng)計得出，其余5項指標都給出了相應的表格，可以查表得出。在Q分類系統(tǒng)中，巖體質量指標Q值的范圍為0.0011000，據(jù)此將巖體分為9級。地質力學RR分類方法由比尼奧斯基于1973一1975年間提出2。天入扭分類方法共有6個基本參數(shù)：巖塊單軸抗壓強度、巖體質量指標RQD、節(jié)理間距、節(jié)理面性狀、地下水條件及節(jié)理產狀。6個基本參數(shù)都通過表格給出了相應的評分值，巖體的RR評分值由這6個基本參數(shù)的評分值總和構成。根據(jù)RR評分值將巖

12、體分為5級。3.2三種方法比較Q系統(tǒng)分類方法除了巖體質量指標RQD外，其余5項指標都是根據(jù)現(xiàn)場調查的描述查表得出，它基本上是一個定性的分類方法，需要有經驗的地質人員參加，主觀隨意性較大。地質力學RR分類方法有3個基本參數(shù)是定量的，另3個基本參數(shù)是定性的，是一個半定量、半定性方法，仍需要有經驗的地質人員參加。上述兩種方法的優(yōu)點是除巖塊的單軸抗壓強度外不需測試其他參數(shù)，方法比較簡單。國標工程巖體分級標準是一個定性與定量相結合、經驗判斷與測試計算相結合的方法。定性分級只需進行現(xiàn)場調查，定量分級也只需進行單軸抗壓強度、巖體與巖塊彈性波波速的測試。比較這3種方法，根據(jù)大量實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，工程巖體質量

13、指標BQ值與Q系統(tǒng)分類指標Q值呈指數(shù)關系，如下 。表四為國標級別、BQ、值的關系。從表二中可以看出國標分級和Q系統(tǒng)分級的對應關系是比較好的。國標I級相當于Q系統(tǒng)的2級上半級以上，為極好、特別好的巖體。國標V級相當于Q系統(tǒng)的6級及6級以下為壞到特別壞的巖體。其余別兩者相差約半級。表四 國標與Q系統(tǒng)關系表工程巖體質量指標BQ值與地質力學分類RR值呈線性關系2，其關系式為BQ=0.089RR+21.378，國標I級相當于RR的級上到I級，國標V級相當于RR的級到V級，其余各級別兩者相差約半級。國標分級與RR分類同屬5級分類法，但是RR分類法考慮的范圍比較廣，覆蓋的面比較大，然而特別好和特別壞的巖體再

14、細分，對工程意義不大，故將特別好和特別壞的分別歸結到I級和V級中。Q系統(tǒng)分類法為9級分類法，分得更細，特別是比較差的巖體，所以國標分級V級包含了Q系統(tǒng)分類法的6一9級。 巖體分級標準的實例分析某隧道洞口附近的圍巖，實地勘察巖體較破碎，屬較堅硬巖，巖石單軸飽和抗壓強度為50 MPa，在現(xiàn)場做巖體波速試驗=4.0kms，在室內對巖塊進行波速試驗=5.6kms，地下水影響修正系數(shù)為0.2，主要軟弱結構面產狀影響修正系數(shù)為0.3，初始應力狀態(tài)影響修正系數(shù)為0.5。根據(jù)工程巖體分級標準對該工程巖體質量進行詳細定級：Kv=(/)2=(4.0/5.6)2=0.510BQ=90+3Rc+250Kv =90+3

15、50+2500.510=368 初步定級為級。而BQ=BQ-100(K1+K2+K3)=90+350+2500.5-100(0.2+0.3+0.5)=368-100=268 詳細定級為級。根據(jù)定級結果，由于該隧道屬于較堅硬巖，巖體較為破碎，考慮該隧道重要性，因而該隧道洞口附近圍巖按四級標準對應的防護加固方案進行防護 ，確保隧道穩(wěn)固，提高安全系數(shù)。5 結語本文在查閱大量相關巖體分級文獻基礎上，對巖體分級中的一些問題進行了歸納和總結，力求系統(tǒng)、詳盡和全面。鑒于筆者水平和掌握的資料有限，有些敘述可能不夠全面和妥當，有些觀點也有待進一步完善。參考文獻1 董學晨.工程巖體分級標準的編制, 1991,人民長江第22卷12期.2 蔡斌,喻勇,吳曉銘.工程巖體分級標準與Q分類法、RMR分類法及變形參數(shù)估算J.巖石力學與工程學報,2001,20(增): 1677-1679.3 郝哲. 對我國現(xiàn)行巖體分級系統(tǒng)的綜述和建議,金屬礦山, 2005,總第351期2005年第9期.4 蔡斌, 國標工程巖體分級標準應用中的幾個問題, 武漢：長