第五章工程巖體的分類課件

第五章工程巖體分類

第一節(jié)概述第二節(jié)

工程巖體分類的目的與原則

第三節(jié)

工程巖體代表性分類第四節(jié)

我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50213—94）

2023/7/28山東科技大學(xué)1

教學(xué)目的：

了解工程巖體的分類目的和原則，有代表性的分類方法。學(xué)時分配：

4學(xué)時2023/7/28山東科技大學(xué)23第一節(jié)概述一.對巖體性質(zhì)的好壞怎樣進(jìn)行概括的認(rèn)識。建立一個評價體系。從定性和定量2方面評價巖體的工程性質(zhì)，根據(jù)工程類型及其使用目的對巖體進(jìn)行分類，也是巖體力學(xué)的最基本的研究課題之一。簡單的分類到多參數(shù)的分類，定性的分類到定量的分類。處于發(fā)展過程中。2023/7/28山東科技大學(xué)4二.目前，代表性的分類巖石飽和單軸強(qiáng)度分類—根據(jù)強(qiáng)度值，堅(jiān)硬到極軟等級區(qū)分巖石質(zhì)量的好壞。巖石RQD分類—根據(jù)修正的巖心采取率,評價巖體中結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度，評價巖體的完整性。巴頓的Q分類法—隧道工程的巖體分類。我國的工程巖體分類標(biāo)準(zhǔn)。不下幾十種分類方法。各有優(yōu)缺點(diǎn)，各有適用條件。2023/7/28山東科技大學(xué)一、分類的目的

1）分類目的

為工程施工機(jī)設(shè)計提供計算參數(shù)和依據(jù)，達(dá)到工程經(jīng)濟(jì)、合理和安全之目的。因?yàn)橛们懊鎸W(xué)過的簡單的巖石、巖體力學(xué)指標(biāo)參數(shù)不足以全面指導(dǎo)巖石工程，保證安全經(jīng)濟(jì)；另外，分類要給定范圍，不是一個像巖石、巖體那樣的單一確定指標(biāo)。第二節(jié)工程巖體分類的目的與原則2023/7/28山東科技大學(xué)52）分類種類（1）通用分類：原則的、大致的分類，未針對專門的工程領(lǐng)域，供各學(xué)科領(lǐng)域各部門安全使用的分類。（2）專用分類：專為某項(xiàng)工程目的服務(wù)的分類，考慮因素少一些，深入、細(xì)致。2023/7/28山東科技大學(xué)6二、工程巖體分類原則

（1）確定種類。

（2）定量—便于使用。

（3）級數(shù)適合—一般五級。

（4）分類方法和計算步驟應(yīng)簡單明了，便于記憶應(yīng)用。

（5）因素要獨(dú)立—基本因素：結(jié)構(gòu)面、巖塊質(zhì)量（力學(xué)特性）、風(fēng)化、水、地應(yīng)力、工程施工條件和規(guī)模。

（6）指標(biāo)應(yīng)是綜合的。2023/7/28山東科技大學(xué)7三、工程巖體分類的獨(dú)立因素的分析

從工程觀點(diǎn)看，影響巖體工程性質(zhì)的因素，起主導(dǎo)和控制作用的因素有以下幾方面。

（1）巖石材料的質(zhì)量

主要是強(qiáng)度和變形性質(zhì)，一般用室內(nèi)巖塊試驗(yàn)的單軸抗壓強(qiáng)度Rc

來反映

。

（2）巖體的完整性

反映結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)生及面內(nèi)充填物法，一般2種方法或指標(biāo)。①直接法：結(jié)構(gòu)面的充填物及結(jié)構(gòu)面形狀、分布規(guī)律。2023/7/28山東科技大學(xué)8例：節(jié)理組數(shù)、間距、切割度Xe、裂隙度K、體積裂隙率。②間接法：巖體彈性縱波速度。（3）水①水使巖石及結(jié)構(gòu)面內(nèi)充填物的力學(xué)性質(zhì)惡化。②水沿結(jié)構(gòu)面形成滲透，影響穩(wěn)定性。（4）地應(yīng)力

是一個獨(dú)立的因素，但測量較難，一般用其他的參數(shù)代替，例波速，巖體位移。

總結(jié)：主要是質(zhì)量、結(jié)構(gòu)面、水和地應(yīng)力等綜合因素反映。2023/7/28山東科技大學(xué)9第三節(jié)工程巖體代表性分類一、按巖石的單軸抗壓強(qiáng)度（Ｒc）分類（一）單軸強(qiáng)度表5-1巖石按抗壓強(qiáng)度分類

類別巖石單軸抗壓強(qiáng)Rc（MPa）巖石類別Ⅰ250~160特堅(jiān)巖Ⅱ160~100堅(jiān)巖Ⅲ100~40次堅(jiān)巖Ⅳ<40軟巖2023/7/28山東科技大學(xué)10

（二）點(diǎn)荷載強(qiáng)度二、按巷道巖石穩(wěn)定性分類（自己看）

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注：穩(wěn)定性指在工程的工作期限內(nèi)，工程安全和工作斷面得以保證。

條件：

地下工程或巖體中最大的、最危險的應(yīng)力位移。

s、u—巖體或支護(hù)材料的強(qiáng)度限或極限位移。2023/7/28山東科技大學(xué)12

三、按巖體完整性分類

（一）按巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD,Rock、QualityDesignation）分類

Designation[]指明，指示，選派、任命、名稱；牌號；符號表示；（軍）番號

RQD：以修正的巖芯采取率來確定（有真巖芯采取率）

式中，l—巖芯單節(jié)長度，≥10cm；

L—同一巖層中的鉆孔長度。

2023/7/28山東科技大學(xué)13類別RQD（%）工程分級Ⅰ90~100極好的Ⅱ75~90好

的Ⅲ50~75中等的Ⅳ25~50差

的Ⅴ0~25極差的表5-4

按RQD大小的巖石工程分級2023/7/28山東科技大學(xué)145級分級，極好的～極差的。

（二）以彈性波速分類

第3章指出彈性波速與巖石種類、密度、年代、裂隙和夾層等的關(guān)系。

孔隙率、吸水率

各向異性，平行層面>垂直層面（<1.67）

變化（壓力大，速度）

結(jié)構(gòu)面的存在使波速下降。

中科院地質(zhì)所分類（見下表5-5）4類：塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)。指標(biāo)：波速Vp；巖土體/巖塊，Vp之比；波可接收距離（m）。2023/7/28山東科技大學(xué)15

類別彈性波指示塊狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)碎裂結(jié)構(gòu)散體結(jié)構(gòu)波速Vp（m/s）范

圍采用值最小值4000~5000450035003000~4000350025002000~350027501500<20001500500巖體Vpm/Vpsr范

圍采用值最小值>0.80.80.60.5~0.80.650.50.3~0.60.450.3<0.40.3—可接收距離（m）范

圍最小值5~1033~521~31<1—2023/7/28山東科技大學(xué)16表5-5各類結(jié)構(gòu)體中的彈性波傳播特性表5-6

日本鐵路隧道圍巖分類圍巖強(qiáng)度分類巖

質(zhì)良好程度備

注ABCDEF1>5.0

>4.8>4.2

好1．開挖面有涌水時，分類要降一級；2．膨脹性巖石（蛇紋巖，變質(zhì)安山巖、石墨片巖、凝灰?guī)r、溫泉余土）的彈性波速值。要特殊考慮這種情況其速度值小于4.0km/s，泊松比大于0.3；3．對風(fēng)化巖層泊松比小于0.3時，分類要提高一級到兩級；4．單位：km/s25.0~4.4

4.8~4.24.2~3.6

34.6~4.04.8~4.24.4~3.83.8~3.2>2.6

中等44.2~3.04.4~3.84.0~3.43.4~2.82.6~2.0

53.8~3.24.0~3.43.6~3.03.0~2.42.2~1.61.8~1.2差6<3.4<3.6<2.6<2.6<1.81.4~0.87

<1.4<1.02023/7/28山東科技大學(xué)17四、綜合指標(biāo)分類

一般按多種參數(shù)進(jìn)行綜合指標(biāo)分類

（一）Franklin巖石工程堅(jiān)固性分類

指標(biāo)，點(diǎn)荷強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)面間距，雙因素分類。

（二）巖體的巖土力學(xué)分類參數(shù)：五個通用參數(shù)，一個修正參數(shù)。給定總的巖體評分值（RMR）作為衡量巖體工程質(zhì)量的“綜合特征值”，0~100。

2023/7/28山東科技大學(xué)18第四節(jié)我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB50213—94）一、工程巖體分級的基本方法（一）確定巖體基本質(zhì)量—堅(jiān)硬度和完整性（分類5類）[<60～<5MPa]。1．巖石的堅(jiān)硬程度—Rc，按Rc劃分5類堅(jiān)硬度。表5-15Rc與定性劃分的巖石堅(jiān)硬程度的對應(yīng)關(guān)系Rc（MPa）>6060~3030~1515~5<5堅(jiān)硬程度堅(jiān)硬巖較堅(jiān)硬巖較軟巖軟巖極軟巖2023/7/28山東科技大學(xué)19Rc≥60堅(jiān)硬巖,Rc<5極軟巖,與表5-1Rc=160~100有區(qū)別

2．巖體完整性指標(biāo)Kv[>0.75～0.15]

m-massr-rock

Vpm—巖體彈性縱波速度（km/s）

Vpr—巖石彈性縱波速度（km/s）

or用Jv來核算Kv2023/7/28山東科技大學(xué)20

表5-16Jv與Kp對照表結(jié)論：Kv與定性劃分的巖體完整程度對應(yīng)。完整性分5類

完整~極破碎表5-17Kp與定性劃分的巖體完整程度的對應(yīng)關(guān)系

Jv（條/m3）<33~1010~2020~35>35Kp>0.750.75~0.550.55~0.250.35~0.15<0.15Kv>07530.75~0.550.55~0.350.35~0.15<0.15完整程度完

整較完整較破碎破

碎極破碎2023/7/28山東科技大學(xué)21（二）巖體基本質(zhì)量分級

1．巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）式中，BQ—巖體基本質(zhì)量指標(biāo)；Rc—巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度（MPa）；

Kv-—巖體完整性指數(shù)值。

注：兩條限制，Rc與Kv關(guān)系，

Kv與Rc關(guān)系

，有矛盾。2023/7/28山東科技大學(xué)222．按計算所得的BQ值

按表5-18進(jìn)行巖體基本質(zhì)量分級，共分5級，BQ值≥550~<250基本質(zhì)量級別巖體基本質(zhì)量的定性特征巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）Ⅰ堅(jiān)硬巖，巖體完整>550Ⅱ堅(jiān)硬巖，巖體較完整較堅(jiān)硬巖，巖體完整550~451Ⅲ堅(jiān)硬巖，巖體較破碎較堅(jiān)硬巖或軟硬巖巖層，巖體較完整較軟巖，巖體完整450~35Ⅳ堅(jiān)硬巖，巖體較破碎軟堅(jiān)硬巖，巖體較破碎~破碎較軟巖或軟堅(jiān)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350~251Ⅴ軟軟巖，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<2502023/7/28山東科技大學(xué)23（三）結(jié)合工程情況，進(jìn)行巖體基本質(zhì)量的修正[BQ][BQ]—巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值；BQ—巖體基本質(zhì)量指標(biāo)；K1—地下水影響修正系數(shù)；K2—主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；K3—初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。K1、K2、K3值，分別見表5-19、表5-20、表5-21

2023/7/28山東科技大學(xué)24K1BQ地下水出水狀態(tài)>450450~351350~251<250潮濕或點(diǎn)滴狀出水00.10.2~0.30.4~0.6淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?，水壓小于等?.1MPa或單位出水量≤10L/(min·m)0.10.2~0.30.4~0.60.7~0.9淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?，水壓大?.1MPa或單位出水量大于≤10L/(min·m)0.20.4~0.60.7~0.91.02023/7/28山東科技大學(xué)25

表5-19地下水影響修正系數(shù)k1表5-20主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系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)面走向與洞軸線夾角<30°結(jié)構(gòu)面傾角30°~75°結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角<30°結(jié)構(gòu)面傾角>75°其他組合K20.4~0.60~0.20.2~0.42023/7/28山東科技大學(xué)26

表5-21初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K3K3BQ

初始應(yīng)力狀態(tài)>550550~451450~351350~251<250極高應(yīng)力區(qū)1.01.01.0~1.51.0~1.51.0高應(yīng)力區(qū)0.50.50.50.5~1.00.5~1.02023/7/28山東科技大學(xué)27二、工程巖體分級的應(yīng)用（一）巖體物理力學(xué)參數(shù)的選用

2個參數(shù)

物理

表5-22

峰值抗剪強(qiáng)度

表5-23

2023/7/28山東科技大學(xué)28表5-22巖體物理力學(xué)參數(shù)巖體基本質(zhì)量級別重力密度

(kN/m3)抗剪斷峰值強(qiáng)度變形模量E（MPa）泊松比內(nèi)摩擦角（。）粘聚力C（MPa）Ⅰ>26.5>60>2.1>33<0.2Ⅱ60~502.1~1.533~200.2~0.25Ⅲ26.5~24.550~391.5~0.720~60.25~0.3Ⅳ24.5~22.539~270.7~0.26~1.30.3~0.35Ⅴ<22.5<27<0.2<1.3>0.352023