第3.7 岩体分类理论与方法

3.7岩体分类
理论与方法
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3.7 岩体分类理论与方法－主要内容
1 岩体分类的目的和意义
2 岩体分类的原则 3 分类的独立因素 4 几种典型的分类理论和方法
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3.7 岩体分类的理论与方法
3.7.1 分类的目的与意义
（1）分析、评价工程岩体稳定性的需要。
（2）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额和概预 算提供必要的基本依据。 （3）便于设计、施工方法的总结,交流,推广。 （4）为便于行业内技术改革和管理。 体现：安全、经济、发展的思想，岩体分类是岩石力学研究 领域的重要基础性课题。 举例说明
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b. 以弹性波（纵波）速度分类 依据：弹性波速变化来反映岩体结构特性和完整性。 ①梅里特（Merritt)提出龟裂系数(Kv)：
K v (V pm / V pr )
Merritt的龟裂系数岩体分类
Kv 级次 岩体类别 0.8~1 Ⅰ 非常好 0.8~0.6 Ⅱ 好
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0.6~0.4 Ⅲ 较好
（Ｍ．Ｍ．Продотьяконов ，1907 ） 极硬（f≥20）、 较硬（f≥5～6） 很硬（f≥15）、 普通（f ≥ 3～4）、 坚硬（f≥8～10）、 较软（f ≥ 1.5～2）、
软层（f ≥ 0.8～1）、 松软（f＜1）等8类。 优点：简单方便、工程早期，普氏系数在我国现行设计手册、工程定额、 概预算仍沿用。 缺点：小尺寸试件不能反映岩体强度，应予淘汰。由此可推按单轴抗压强 度进行分类的方法均应予淘汰。
冶金部于70年代后半期组织东北工学院对岩石可钻性、岩石爆 破性、和岩石稳定性进行三个单项的岩石分级研究。1980年提出 “凿碎法岩石可钻性分级”，1984年提出了“岩石爆破性分级” 和“围岩稳定性的动态分级法”。1987年又提出“切槽法金刚石 钻进岩石可钻性分级”。1991年冶金部对东北工学院林韵梅教授 提出的“岩石三性综合分级”进行鉴定后，该项目获冶金部重大 4 科技成果二等奖，1993年又获得国家科技进步三等奖。
（3）岩体结构面产状与岩体工程的相对空间位置关系等。 （4）地下水（软化、冲蚀、降低有效正应力、c、φ） （5）地应力（大小、最大主应力方向）
（6）其它因素（自稳时间、位移率）
其中（1）（2）是岩石基本质量，（3）－（6）是考虑工 程岩体特点的其它因素
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3.7.4 几种典型岩体分类理论和方法 1.按岩石的单轴抗压强度σ c分类 岩石普氏系数(f=σ c/10)分类法
RMR
R
i 1
6
i
式中：R1-岩石抗压强度评分，R2-RQD评分，R3-节理间距评分， R4-节理状态评分， R5-地下水状态评分，
R6-节理的方向对工程的影响修正评分，
这6个指标分别由如下各表来确定。
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1）与岩石强度相关的岩体评分值R1可以用标准试 件进行单轴压缩来确定，也可由点荷载试验确定。
100 %
工程实践说明，RQD是一种比岩芯采取率更好的指标。
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用RQD值来描述岩石的质量分级
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例 某钻孔的长度为250cm，其
中岩芯采取总长度为200cm,而
大于10cm的岩芯总长度为
157cm(如图所示)，
则岩芯采取率：
200/250=80%
RQD=157/250=63% 岩体分类为：Ⅲ类、中等岩体
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1 工程岩体分级的基本方法
1）计算BQ (1）确定岩体基本质量
两个指标：岩石的坚硬程度σ c； 岩体完整性指数Kv。
a.岩石坚硬程度的确定 岩石坚硬程度采用岩石单轴饱和抗压强（ σ c ）
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σ c与定性划分的岩石坚硬程度的关系
b.岩体完整性指数（Kv）的确定。
①用弹性波测试，计算龟裂系数Kv。
挪威岩土工程研究所（Norwegian Geotechnical Institute)（NGI)
Jw RQD J r Q Jn J a SRF
式中：RQD-岩石质量指标，Jn-节理组数，Jr-节理粗糙系数， Ja-节理蚀变系数， Jw-节理水折减系数，
SRF-应力折减系数，
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RQD J r J w Q J n J a SRF
0.4~0.2 Ⅳ 不好
0.2~0 Ⅴ 非常不好
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② 中科院地质所根据岩体结构的分类，列出了 弹性波在各类岩体中传播特性。
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③
日本，池田和彦，1969年提出了日本铁路隧道围岩分类；
先将岩质分6类,再根据弹性波在岩体中的速度,将围岩分为7类
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3.按岩体综合指标分类－1
① 岩体的地质力学分类（CSIR分类) 毕昂斯基(Bieniaski,1973)提出RMR(Rock Mass Rating)值分类法 南非科学和工业委员会（CSIR)
岩体完整性
结构面形态、充填物特 征及其次生变化程度 表示水与其他应力存在 时对岩体质量的影响
式中：RQD-岩石质量指标， Jn-节理组数，0.5-20 Jr-节理粗糙系数，4-1.0 Ja-节理蚀变系数，0.75-20 Jw-节理水折减系数，0.05-1 SRF-应力折减系数，0.5-20
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Dr=
②选择有代表性露头或开挖面，对不同的工程地质 岩组进行节理裂隙统计，节理数（Jv）(条/m3)
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Jv与 Kv的对照关系
Kv与岩体完整性程度定性划分的对应关系
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（2）基本质量分级
a.计算岩体基本质量指标BQ BQ=90+3σ C+250KV 式中： σ C－岩石单轴饱和抗压强度,MPa; KV－岩体完整性指数值
3.7.2. 分类原则
(1）有明确的类级和适用对象（专题性的、综合性的)。 （2）根据适用对象，选择考虑因素（单因素、多因素）。
（3）有定量的指标。
（4）类级一般分五级为宜。 （5）分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。 发展趋势：“多因素、综合特征值”分类法
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3.7.3 分类的独立因素
（1）岩石材料的质量（强度指标）。 岩石强度，《岩土工程勘察规范》 （2）岩体的完整性，密集度、切割度、连续性等。
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2.按岩体完整性分类
a.按岩石质量指标 RQD 分类 （Rock Quality Designation）
迪尔（Deer,D.U.) , 1968提出,
规定：金刚石钻头 RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10cm的岩芯总长度与钻孔长 度的比，百分数表示为：
RQD
l
L钻孔总长
i
10 cm
K3 －地应力影响修正系数。
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[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)
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[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)
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BQ=90+3σC+250KV [BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)
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按计算所得的[BQ]值分级
[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)
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2.工程岩体分级标准的应用－2条 （1）岩体物理力学参数的选用
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我国岩石分级工作是从解放后开始的。50年代初向苏联学习， 引进了苏联的普氏和苏氏分级方法。
地质部在80年代上半期组织勘探技术研究所、地质博物馆和武 汉地质学院等单位，就压入硬度、摆球硬度、岩石研磨性、声波 速度和用微钻钻进5种方法进行测定，然后制定综合平衡评定可钻 性分级表。 水利部门与80年代下半期出版了水利水电工程地质勘查规范及 水工隧道设计规范，都对岩石分级做了研究。
毕昂斯基(Bieniaski)提出RMR计算式
RMR Ri
i 1
6
5
@ 1979年，提出修正RMR计算式
RMR Ri
i 1
@ 为什么要考虑节理方向对工程是否
有利（R6 ）修正前五个评分之和 ？
@ 看下面的几幅图的情况，如何？
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6）考虑节理方向对工程是否有利来修正前五个评分之和R6
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€ 根据6个参数之和RMR值，把岩体的质量划分为五类
RMR
R
i 1
6
i
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@本分类还给出了对岩体稳定性（隧洞岩 体自稳时间）以及对应的岩体c,φ 值
适用：坚硬、节理岩体，浅埋隧道 不适用：挤压、膨胀、涌水的及软岩体。
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3.按岩体综合指标分类－2
② 巴顿岩体质量分类（Q分类) 巴顿(Barton,1974)提出Q值分类法
注：①当σ
C
>90KV+30,代σ
C
＝90KV+30
②当KV>0.04 RC+0.4,代KV＝0.04 RC+0.4
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b.按计算所得的BQ值分级Байду номын сангаас
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2）结合工程情况，计算岩体基本质量指标修正 值[BQ]
[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)
K1 －地下水影响修正系数； K2 －结构面产状影响修正系数；
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（2）地下工程岩体自稳能力的确定
注：小塌方：塌方高度<3m，或体积<30m3； 中塌方：塌方高度3～6m，或体积30～100m3； 大塌方：塌方高度>6m，或体积>100m3；
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我国工程岩体分级标准 （GB50218-94）的评价 优点： 1）对地下隧道适用性较强； 2）能反映岩体基本质量分级－－计算BQ 3）考虑工程岩体特性（地下水、节理与工程位置关 系、地应力－－计算[BQ],判断分类。 缺点： 对边坡岩体 和地基岩体的分级研究较少。
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Q分类的优点： 1）考虑因素相对全面； 2）适用于各种岩石（软、硬）；
Q分类的缺点： 没有考虑节理方位（怕失去简单的特点，影响通用性）