巖石力學(xué)第8章工程巖體分級(jí)課件

1、第 七 章 工程巖體分級(jí)重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院隧道及巖土工程系本章內(nèi)容： 2-1 概述 2-2 巖石分級(jí) 2-3 工程巖體分級(jí) 1. 工程巖體分級(jí)的概念和意義； 2. 工程巖體分級(jí)的基本思想； 3. 工程巖體分級(jí)指標(biāo)的選擇原則；重點(diǎn)、難點(diǎn): 分類；分級(jí)；普氏系數(shù)；完整性系數(shù)；巖石RQD質(zhì)量指標(biāo)；BQ指標(biāo)；RMR分級(jí)指標(biāo)；Q指標(biāo)；RMI分級(jí)法關(guān)鍵術(shù)語: 要求：1. 須掌握本章重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容；2. 理解幾種有代表性的巖體分類方法；3. 了解我國(guó)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB5021894）7-1 概述 巖體分級(jí)是對(duì)影響巖體穩(wěn)定性和影響工程設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)的各種因素建立一些評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)工程轄區(qū)巖體進(jìn)行評(píng)價(jià)，

2、劃分出不同的的級(jí)別或類別。 分級(jí)的目的：通過分類，概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問題。為工程設(shè)計(jì)、支護(hù)襯砌、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。 分級(jí)的方法：通過巖體的一些簡(jiǎn)單和容易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把工程地質(zhì)條件和巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)聯(lián)系起來，并借鑒已建工程設(shè)計(jì)、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)巖體進(jìn)行歸類的一種工作方法。 分級(jí)、分類認(rèn)識(shí)事物的同一性和差異性的方法就是將事物進(jìn)行分類和分級(jí)分類：主要突出的是同一性，是質(zhì)的定性評(píng)價(jià)，強(qiáng)調(diào)的是屬性特征；分級(jí)：主要突出差異性，是量的界定，強(qiáng)調(diào)的是等級(jí)特征；是在分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。工程巖體分級(jí)：對(duì)工程巖體依據(jù)一定的特征指標(biāo)

3、進(jìn)行歸類分級(jí)。工程巖體分類的參考影響因素1. 巖石的質(zhì)量。主要表現(xiàn)在巖石的強(qiáng)度和變形性質(zhì)方面。2. 巖體的完整性。巖體完整性取決于不連續(xù)面的組數(shù)和密度?？捎媒Y(jié)構(gòu)面頻率(裂隙度）、間距、巖心采取率、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD以及完整性系數(shù)作為定量指標(biāo)進(jìn)行描述。這些定量指標(biāo)是表征巖體工程性質(zhì)的重要參數(shù)。3. 結(jié)構(gòu)面條件。包括結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、粗糙度和充填情況。巖體的工程性質(zhì)主要取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)和分布狀態(tài)以及其間的充填物性質(zhì)。工程巖體分類的參考影響因素4. 巖體及結(jié)構(gòu)面的風(fēng)化程度。風(fēng)化程度越高，巖體越破碎，強(qiáng)度越低 。5. 地下水的影響。滲流，軟化，膨脹，崩解，靜、動(dòng)水壓力等。6. 地應(yīng)力。地應(yīng)力難于測(cè)定，它對(duì)

4、工程的影響程度也難于確定，因此，其影響一般在綜合因素中反映。 7-2 巖石分級(jí)式中：Rc巖石單軸抗壓強(qiáng)度，Mpa f 20 為1級(jí)，最堅(jiān)固； f 0.3為第10級(jí)，最軟弱。優(yōu)點(diǎn)：形式簡(jiǎn)單，使用方便。缺點(diǎn)：未考慮巖體的完整性、巖體結(jié)構(gòu)特征對(duì)穩(wěn)定性影響，故不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)巖體的穩(wěn)定性。1. 普氏分級(jí)法 以巖石試件的單軸抗壓強(qiáng)度作為分類依據(jù)，根據(jù)普氏堅(jiān)固性系數(shù) f 將巖石分為十級(jí)。 f 值越大，巖體越穩(wěn)定。2. Deere &Miller 雙指標(biāo)分類分級(jí)指標(biāo)：巖塊抗壓強(qiáng)度（c）、模量比（Et/c）類別巖塊分類c(MPa)巖石類型舉例A極高強(qiáng)度200石英巖、輝長(zhǎng)巖、玄武巖B高強(qiáng)度100200大理巖、花崗巖

5、、片麻巖C中等強(qiáng)度50100砂巖、板巖D低強(qiáng)度2550煤、粉砂巖、片巖E極低強(qiáng)度125白堊、鹽巖類別Et/c分類Et/cH高模量比500M中等模量比200500L低模量比2003. 巖石單軸抗壓強(qiáng)度分類我國(guó)工程界按巖石單軸抗壓強(qiáng)度將巖體分為四類： 類別 巖石單軸抗壓強(qiáng)度 c(Mpa)堅(jiān)固性 250160特堅(jiān)固 160100堅(jiān)固 10040次堅(jiān)固 0.750.750.550.550.350.350.151025015 4810025012 245010071225 504不采用5 252不采用1 51不采用 10（2）對(duì)應(yīng)于巖芯質(zhì)量指標(biāo)的巖體評(píng)分值R2RQD（）91100 76905175265

6、0 3 130.310.050.30.05評(píng)分值302520105（4）對(duì)于節(jié)理狀態(tài)的巖體評(píng)分值R4 說明評(píng)分值尺寸有限的粗糙的表面、硬巖壁25略粗糙的表面、張開度1mm，硬巖壁20略粗糙的表面、張開度5mm的斷層泥充填的張開節(jié)理;張開度5mm的節(jié)理，延伸超過數(shù)米0（5）取決于地下水狀態(tài)的巖體評(píng)分值R5每米隧道的涌水量（L/min）節(jié)理水壓力與最大主應(yīng)力的比值總的狀態(tài)評(píng)分值無0完全干燥15101250.5有嚴(yán)重地下水問題，流水0（6）節(jié)理方位對(duì)RMR的修正值R6方位對(duì)工程的影響評(píng)價(jià)隧道地基邊坡很有利000有利225一般5725不利101550很不利1225（7）節(jié)理走向與傾角對(duì)隧道掘進(jìn)的影響節(jié)

7、理走向垂直于隧道軸線節(jié)理走向平行于隧道軸線傾角00200順傾向掘進(jìn)逆傾向掘進(jìn)傾角450900200450450900200450450900200450不考慮走向很有利有利一般不利很不利一般一般根據(jù)總分確定巖體分級(jí) 類別 巖體描述巖體評(píng)分值RMR 很好81100 好6180 較好4160較差2140 很差0205. 巴頓巖體質(zhì)量（Q）分級(jí) 挪威巴頓（Barton）等人于1974年根據(jù)隧道工程的調(diào)查，提出一個(gè)用6個(gè)參數(shù)表達(dá)的巖體質(zhì)量指標(biāo)Q，作為巖體質(zhì)量分級(jí)的依據(jù)。式中：RQD巖石質(zhì)量指標(biāo)；Jn節(jié)理組數(shù)評(píng)分；Jr節(jié)理面粗糙度評(píng)分；Jw按裂隙水條件評(píng)分；Ja節(jié)理蝕變程度評(píng)分；SRF按地應(yīng)力影響評(píng)分（

8、應(yīng)力折減系數(shù)）。Q反映了巖體質(zhì)量的三個(gè)方面：為巖體的完整性；表示結(jié)構(gòu)面的形態(tài)、充填物特征及次生變化程度； 表示水與其他應(yīng)力存在時(shí)對(duì)巖體質(zhì)量的影響。 （1）節(jié)理組數(shù)影響（Jn)（2）節(jié)理粗糙度影響（Jr)（3）節(jié)理蝕變程度影響（Ja)（4）裂隙水影響（Jw)地下開挖當(dāng)量直徑：根據(jù)Q值，可將巖體分為9類，如圖： Q分級(jí)法考慮的地質(zhì)因素較全面，而且把定性分析與定量評(píng)價(jià)結(jié)合起來了，軟硬巖均適用，在處理極軟弱的巖層中推薦采用此分類法。 賓尼奧夫斯基（ Bieniawski，1976)在大量實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)Q值與RMR值之間具有如下條件關(guān)系：6. 國(guó)標(biāo)（GB50218-94) BQ分級(jí)(1) 工程巖

9、體分級(jí)的基本方法 按巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行初步分級(jí) 根據(jù)天然應(yīng)力、地下水和結(jié)構(gòu)面方位等對(duì)BQ進(jìn)行修正 按修正后的BQ進(jìn)行詳細(xì)分級(jí) 確定巖體基本質(zhì)量 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為巖石的堅(jiān)硬程度和巖體完整程度決定巖體的基本質(zhì)量。巖體基本質(zhì)量好，則穩(wěn)定性好；反之，穩(wěn)定性差。A 采用飽和巖石單軸抗壓強(qiáng)度C劃分巖石堅(jiān)硬程度 C (Mpa)60 60303015155 0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度完整較完整較破碎破碎極破碎Jv35Kv0.750.750.550.550.350.350.15 90Kv+30 時(shí)，應(yīng)以C=90Kv+30 代入上式計(jì)算BQ值；當(dāng)Kv 0.04 C+0.

10、4時(shí)，應(yīng)以Kv=0.04C+0.4代入上式計(jì)算BQ值；式中：BQ巖體基本質(zhì)量指標(biāo)； C巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度(Mpa); Kv巖體完整性系數(shù)。B 按BQ值進(jìn)行巖體基本質(zhì)量分級(jí)基本質(zhì)量級(jí)別巖體基本質(zhì)量定性特征巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(BQ)堅(jiān)硬巖，巖體完整；550堅(jiān)硬巖，巖體較完整；較堅(jiān)硬巖，巖體完整；550451堅(jiān)硬巖，巖體較破碎；較堅(jiān)硬巖或軟硬巖互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整；450351堅(jiān)硬巖，巖體破碎；較堅(jiān)硬巖，巖體較破碎破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整較破碎；軟巖，巖體完整較完整；350251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碎巖；45045035

11、1350251250潮濕或點(diǎn)滴出水 0 0.10.20.30.40.6淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?，水?.1MPa或單位出水量10L/(min.m) 0.10.20.30.40.60.70.9淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?，水?.1MPa或單位出水量 10L/(min.m) 0.20.40.60.70.9 1.0B 主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)K2結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及其與洞軸線的組合關(guān)系結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線的夾角600結(jié)構(gòu)面傾角750其它組合 K2 0.40.600.20.20.4C 初始應(yīng)力狀態(tài)修正系數(shù)K3初始應(yīng)力狀態(tài) BQ55055045145035135025126.5602.133 0.260502.11.53

12、3200.20.2526.524.550391.50.72060.250.324.522.539270.70.261.30.30.3522.5270.2 0.35巖體級(jí)別與巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)基本質(zhì)量級(jí)別兩側(cè)巖體的堅(jiān)硬程度及結(jié)構(gòu)面的結(jié)合程度內(nèi)摩擦角(0)粘結(jié)力C(Mpa)堅(jiān)硬、結(jié)合好37 0.22堅(jiān)硬較堅(jiān)硬、結(jié)合一般；軟弱巖，結(jié)合好37290.220.12堅(jiān)硬較堅(jiān)硬、結(jié)合差；較軟弱巖，結(jié)合一般29190.120.08較堅(jiān)硬較軟巖、結(jié)合差很差；軟弱巖、結(jié)合差；軟質(zhì)巖的泥化面19130.080.05較堅(jiān)硬及全部軟質(zhì)巖、結(jié)合很差；軟質(zhì)巖泥化層本身13 0.05巖體級(jí)別與地下工程巖體自穩(wěn)能力基本質(zhì)量級(jí)別 自穩(wěn)能力跨度20m，可長(zhǎng)期穩(wěn)定，偶有掉塊，