岩石力学--第8章-工程岩体分级.课件.ppt

1、第 七 章 工程岩体分级重庆交通大学土木建筑学院重庆交通大学土木建筑学院隧道及岩土工程系隧道及岩土工程系本章内容：本章内容： 2-1 概述概述 2-2 岩岩石分级石分级 2-3 工程岩体分级工程岩体分级 1. 1. 工程岩体分级的概念和意义；工程岩体分级的概念和意义； 2. 2. 工程岩体分级的基本思想；工程岩体分级的基本思想； 3. 3. 工程岩体分级指标的选择原则；工程岩体分级指标的选择原则；重点、重点、难点难点: : 分类；分级；普氏系数；完整性系数；岩分类；分级；普氏系数；完整性系数；岩石石RQDRQD质量指标；质量指标；BQBQ指标；指标；RMRRMR分级指标；分级指标；Q Q指标；

2、指标；RMIRMI分级法分级法关键术语关键术语: : 要求：要求：1. 1. 须掌握本章重点难点内容；须掌握本章重点难点内容；2. 2. 理解几种有代表性的岩体分类方法；理解几种有代表性的岩体分类方法；3. 3. 了解我国工程岩体分级标准（了解我国工程岩体分级标准（GB50218GB502189494）7-1 7-1 概述概述 岩体分级岩体分级是对影响岩体稳定性和影响工程设计、施工和是对影响岩体稳定性和影响工程设计、施工和维护的各种因素建立一些评价指标，对工程辖区岩体进行评维护的各种因素建立一些评价指标，对工程辖区岩体进行评价，划分出不同的的级别或类别。价，划分出不同的的级别或类别。 分级的目

3、的分级的目的：通过分类，通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量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好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、支护衬为工程设计、支护衬砌、建筑物选型和施工方法选择等砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据提供参数和依据。 分级的方法：分级的方法： 分级、分类分级、分类认识事物的同一性和差异性的方法就是将事物进行分认识事物的同一性和差异性的方法就是将事物进行分类和分级类和分级分类分类：主要突出的是同一性，是质的定性评价，强调：主要突出的是同一性，是质的定性评价，强调的是属性特征；的是属性特征；分级分级：主要突出差异性，是量的界定，强调

4、的是等级：主要突出差异性，是量的界定，强调的是等级特征；是在分类的基础上进行的。特征；是在分类的基础上进行的。工程岩体分级工程岩体分级：对工程岩体依据一定的特征指标进行：对工程岩体依据一定的特征指标进行归类分级。归类分级。工程岩体分类的参考影响因素工程岩体分类的参考影响因素1 1. . 岩石的质量岩石的质量。主要表现在岩石的强度和变形性质方面。主要表现在岩石的强度和变形性质方面。2 2. . 岩体的完整性岩体的完整性。岩体完整性取决于不连续面的组数和密度。岩体完整性取决于不连续面的组数和密度。可用结构面频率可用结构面频率( (裂隙度）、间距、岩心采取率、岩石质量指标裂隙度）、间距、岩心采取率、

5、岩石质量指标RQDRQD以及完整性系数作为定量指标进行描述。这些定量指标是以及完整性系数作为定量指标进行描述。这些定量指标是表征岩体工程性质的重要参数。表征岩体工程性质的重要参数。3 3. . 结构面条件结构面条件。包括结构面产状、粗糙度和充填情况。岩体的。包括结构面产状、粗糙度和充填情况。岩体的工程性质主要取决于结构面的性质和分布状态以及其间的充填工程性质主要取决于结构面的性质和分布状态以及其间的充填物性质。物性质。工程岩体分类的参考影响因素工程岩体分类的参考影响因素4 4. . 岩体及结构面的风化程度岩体及结构面的风化程度。风化程度越高，岩体越破。风化程度越高，岩体越破碎，强度越低碎，强度

6、越低 。5 5. . 地下水的影响地下水的影响。渗流，软化，膨胀，崩解，静、动水。渗流，软化，膨胀，崩解，静、动水压力等。压力等。6 6. . 地应力地应力。地应力难于测定，它对工程的影响程度也难。地应力难于测定，它对工程的影响程度也难于确定，因此，其影响一般在综合因素中反映。于确定，因此，其影响一般在综合因素中反映。 7-2 7-2 岩石分级岩石分级式中：式中：R Rc c岩石单轴抗压强度，岩石单轴抗压强度，MpaMpa f f 20 20 为为1 1级，最坚固；级，最坚固； f f 0.30.3为第为第1010级，最软弱。级，最软弱。优点优点：形式简单，使用方便。形式简单，使用方便。缺点：

7、缺点：未考虑岩体的完整性、岩体结构特征对稳定性影响，未考虑岩体的完整性、岩体结构特征对稳定性影响，故不能准确评价岩体的稳定性。故不能准确评价岩体的稳定性。10cRf 1. 1. 普氏分级法普氏分级法 以岩石试件的单轴抗压强度作为分类依据，根据普氏坚以岩石试件的单轴抗压强度作为分类依据，根据普氏坚固性系数固性系数 f f 将岩石分为十级。将岩石分为十级。 f f 值越大，岩体越稳定。值越大，岩体越稳定。2. Deere &Miller 2. Deere &Miller 双指标分类双指标分类分级指标：岩块抗压强度（c）、模量比（Et/c）类别岩块分类c(MPa)岩石类型举例A极高强度200石英岩、

8、辉长岩、玄武岩B高强度100200大理岩、花岗岩、片麻岩C中等强度50100砂岩、板岩D低强度2550煤、粉砂岩、片岩E极低强度125白垩、盐岩类别Et/c分类Et/cH高模量比500M中等模量比200500L低模量比2003. 3. 岩石单轴抗压强度分类岩石单轴抗压强度分类我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类： 类别类别 岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度 c c(Mpa)(Mpa)坚固性坚固性 250160250160特坚固特坚固 160100160100坚固坚固 1004010040次坚固次坚固 40 0.750.750.750.550.75

9、0.550.550.350.550.350.350.10.350.15 50.151025015 4810025012 245010071225 504不采用不采用5 252不采用不采用1 51不采用不采用 10（2 2）对应于岩芯质量指标的岩体评分值）对应于岩芯质量指标的岩体评分值R R2 2RQD（）（） 91100 769051752650 3 130.310.050.30.05评分值评分值302520105（4 4）对于节理状态的岩体评分值）对于节理状态的岩体评分值R R4 4 说明说明评分值评分值尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁25略粗糙的表面、张开度略粗糙的

10、表面、张开度1mm，硬岩壁硬岩壁20略粗糙的表面、张开度略粗糙的表面、张开度5mm的断层泥充填的张开节理的断层泥充填的张开节理;张开度张开度5mm的的节理，延伸超过数米节理，延伸超过数米0（5 5）取决于地下水状态的岩体评分值）取决于地下水状态的岩体评分值R R5 5每米隧道的涌水每米隧道的涌水量（量（L/min）节理水压力与最节理水压力与最大主应力的比值大主应力的比值总的状态总的状态评分值评分值无无0完全干燥完全干燥15101250.5有严重地下水有严重地下水问题问题，流水，流水0（6 6）节理方位对）节理方位对RMRRMR的修正值的修正值R R6 6方位对工程的影方位对工程的影响评价响评价

11、隧道隧道地基地基边坡边坡很有利很有利000有利有利225一般一般5725不利不利101550很不利很不利1225（7 7）节理走向与倾角对隧道掘进的影响）节理走向与倾角对隧道掘进的影响节理走向垂直于隧道轴线节理走向垂直于隧道轴线节理走向平行于隧道节理走向平行于隧道轴线轴线倾角倾角00200顺倾向掘进顺倾向掘进逆倾向掘进逆倾向掘进倾角倾角450900200450450900200450450900200450不考虑不考虑走向走向很有利很有利有利有利一般一般不利不利很不利很不利一般一般一般一般根据总分确定岩体分级根据总分确定岩体分级654321RRRRRRRMR 类别类别 岩体描述岩体描述岩体评分

12、值岩体评分值RMR 很好很好81100 好好6180 较好较好4160较差较差2140 很差很差0205. 5. 巴顿岩体质量（巴顿岩体质量（Q Q）分级）分级 挪威巴顿（挪威巴顿（B Bartonarton）等人于等人于19741974年根据隧道工程的调查，提年根据隧道工程的调查，提出一个用出一个用6 6个参数表达的岩体质量指标个参数表达的岩体质量指标Q Q，作为岩体质量分级的作为岩体质量分级的依据。依据。SRFJJJJRQDQwarn 式中：式中：RQDRQD岩石质量指标；岩石质量指标；J Jn n节理组数评分；节理组数评分；J Jr r节理面粗糙节理面粗糙度评分；度评分；J Jw w按裂

13、隙水条件评分；按裂隙水条件评分；J Ja a节理蚀变程度评分；节理蚀变程度评分；SRFSRF按按地应力影响评分（应力折减系数）地应力影响评分（应力折减系数）。Q Q反映了岩体质量的三个方面：反映了岩体质量的三个方面：nJRQD为岩体的完整性；为岩体的完整性；arJJ表示结构面的形态、充填物特征及次生变化程度；表示结构面的形态、充填物特征及次生变化程度； SRFJw表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响。表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响。 （1 1）节理组数影响（）节理组数影响（J Jn n) )（2 2）节理）节理粗糙度粗糙度影响（影响（J Jr r) )（3 3）节理）节理蚀变程度蚀变

14、程度影响（影响（J Ja a) )（4 4）裂隙水影响（）裂隙水影响（J Jw)w)地下开挖当量直径：地下开挖当量直径：ESRDr巷道支护比巷道支护比跨度、直径或高度跨度、直径或高度 根据根据Q Q值，可将岩体分为值，可将岩体分为9 9类，如图：类，如图： Q Q分级法考虑的地质因素较全面，而且把定性分析与分级法考虑的地质因素较全面，而且把定性分析与定量评价结合起来了，软硬岩均适用，在处理极软弱的岩定量评价结合起来了，软硬岩均适用，在处理极软弱的岩层中推荐采用此分类法。层中推荐采用此分类法。 宾尼奥夫斯基（宾尼奥夫斯基（ Bieniawski Bieniawski，1976)1976)在大量实

15、测统计的基在大量实测统计的基础上，发现础上，发现Q Q值与值与RMRRMR值之间具有如下条件关系：值之间具有如下条件关系：44ln9 QRMR6. 6. 国标（国标（GB50218-94) BQGB50218-94) BQ分级分级(1)(1) 工程岩体分级的基本方法工程岩体分级的基本方法 按岩体基本质量指标按岩体基本质量指标BQBQ进行初步分级进行初步分级 根据天然应力、地下水和结构面方位等对根据天然应力、地下水和结构面方位等对BQBQ进行进行修正修正 按修正后的按修正后的BQBQ进行详细分级进行详细分级 确定岩体基本质量确定岩体基本质量 标准标准认为岩石的坚硬程度和岩体完整程度决定认为岩石的

16、坚硬程度和岩体完整程度决定岩体的基本质量。岩体基本质量好，则稳定性好；岩体的基本质量。岩体基本质量好，则稳定性好；反之，稳定性差。反之，稳定性差。A A 采用饱和岩石单轴抗压强度采用饱和岩石单轴抗压强度 C C划分岩石坚硬程度划分岩石坚硬程度 C (Mpa)60 60303015155 0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度完整程度完整完整较完整较完整较破碎较破碎破碎破碎极破碎极破碎Jv35Kv0.750.750.550.550.350.350.15 90Kv+30 时，应以时，应以C=90Kv+30 代入上式计算代入上式计算BQ值；值；当当Kv 0.04 C

17、+0.4时，应以时，应以Kv=0.04C+0.4代入上式计算代入上式计算BQ值；值；vcKBQ250390 式中：式中：BQ岩体基本质量指标；岩体基本质量指标； C岩石饱和单轴抗压强度岩石饱和单轴抗压强度(Mpa); Kv岩体完整性系数。岩体完整性系数。B B 按按BQBQ值进行岩体基本质量分级值进行岩体基本质量分级基本质基本质量级别量级别岩体基本质量定性特征岩体基本质量定性特征岩体基本质岩体基本质量指标量指标(BQ)坚硬岩，岩体完整；坚硬岩，岩体完整；550坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整；坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整；550451坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，坚

18、硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整；岩体较完整；较软岩，岩体完整；450351坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整较破碎；软岩，岩体完整较完整；较完整较破碎；软岩，岩体完整较完整；350251较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎；较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎；全部极软岩及全部极破碎岩；全部极软岩及全部极破碎岩；450450351350251250潮湿或点滴出水潮湿或点滴出水 0 0.10.20.30.40.6淋雨状或

19、涌流状出水，淋雨状或涌流状出水，水压水压0.1MPa或单位出或单位出水量水量10L/(min.m) 0.10.20.30.40.60.70.9淋雨状或涌流状出水，淋雨状或涌流状出水，水压水压0.1MPa或单位出或单位出水量水量 10L/(min.m) 0.20.40.60.70.9 1.0B B 主要软弱结构面产状影响修正系数主要软弱结构面产状影响修正系数K K2 2结构面产状及结构面产状及其与洞轴线的其与洞轴线的组合关系组合关系结构面走向与洞轴线的结构面走向与洞轴线的夹角夹角600结构面倾角结构面倾角750其它组合其它组合 K2 0.40.600.20.20.4C C 初始应力状态修正系数初

20、始应力状态修正系数K K3 3初始应初始应力状态力状态 BQ55055045145035135025126.5602.133 0.260502.11.533200.20.2526.524.550391.50.72060.250.324.522.539270.70.261.30.30.3522.5270.2 0.35岩体级别与岩体结构面抗剪强度参数岩体级别与岩体结构面抗剪强度参数基本质量基本质量级别级别两侧岩体的坚硬程度及结构面的结两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度合程度内摩擦角内摩擦角(0)粘结力粘结力C(Mpa)坚硬、结合好坚硬、结合好37 0.22坚硬较坚硬、结合一般；坚硬较坚硬、结合一

21、般；软弱岩，结合好软弱岩，结合好37290.220.12坚硬较坚硬、结合差；坚硬较坚硬、结合差；较软弱岩，结合一般较软弱岩，结合一般29190.120.08较坚硬较软岩、结合差较坚硬较软岩、结合差很差；很差；软弱岩、结合差；软质岩的泥化面软弱岩、结合差；软质岩的泥化面19130.080.05较坚硬及全部软质岩、结合很差；较坚硬及全部软质岩、结合很差；软质岩泥化层本身软质岩泥化层本身13 0.05岩体级别与地下工程岩体自稳能力岩体级别与地下工程岩体自稳能力基本质基本质量级别量级别 自稳能力自稳能力跨度跨度20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方可长期稳定，偶有掉块，无塌方跨度跨度1020m，可基本稳

22、定，局部发生掉块或小塌方可基本稳定，局部发生掉块或小塌方跨度跨度 10m，可长期稳定，偶有掉块可长期稳定，偶有掉块跨度跨度1020m，可稳定数日至可稳定数日至1个月，可发生小至中塌方个月，可发生小至中塌方跨度跨度510m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小至中塌方可稳定数月，可发生局部块体位移及小至中塌方跨度跨度5m，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、小塌方，可发展为中至大塌方。小塌方，可发展为中至大塌方。跨度跨度5m，可稳定数日至可稳定数日至1个月个月无自稳能力无自稳能力注：小塌方：塌方高度注：小塌方：塌方高度3m，或塌方体积，或塌方体积6m，或塌方体积，或塌方体积 100m3