5.3工程岩体多因素综合分类
工程岩体分类分级 ppt课件
CSIR分类从现场应用来看，使用较简便，大多数场合岩体评分值（RMR） 都有用，但在处理那些造成挤压、膨胀和涌水的极其软弱岩体问题时，此法 较难应用。
2020/12/27
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按岩体结构类型分类
按岩体结构类型进行分类是中国科学院地质 研究所的谷德振教授提出的，它主要是根据岩体 的结构类型、完善程度、结构面特征以及岩块单 轴强度指标等因素的综合指标对岩体分类。
RQD
10cm(
度 100%
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5
根据岩芯质量指标大小，将岩体分为五类，如表1-1
表1-1
岩石质量指标
分类 很差 差 一般 好 很好
RQD/%
<25
25~50 50~75 75~90
>90
等级 Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
优缺点：简单易行，经济，快捷评价岩石质量；RQD指 标没有反映岩体的节理方位、充填物的影响，因此， 在更完善的岩体分类中，仅把RQD作为一个参数加以 利用。
工程岩体分类与分级
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目录
❖工程岩体分类的目的和原则 ❖工程岩体分类 ❖我国工程岩体分级标准
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2
工程岩体分类的目的和原则
目的： ①对工程岩体质量的优劣给予明确的区分和定性评价； ②为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供
依据。 原则：
①确定分类的目的和适用对象； ②分类是定量的，便于技术计算和制定定额； ③分类的级数合适，一般分为五级； ④分类方法和步骤简单明了，便于记忆和应用； ⑤每个分类因素是独立的，有明确的物理意义。
单轴饱和抗压强 CW 来衡量。当无条件取得
的实测值时，cw 可采用实测掩饰的点荷载
工程岩体分级标准GB50218-94
工程岩体分级标准GB50218－94主编部门：中华人民共和国水利部批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：1995年7月1日关于发布国家标准《工程岩体分级标准》的通知建标[1994]673号根据国家计委计综[1986]450号文的要求，由水利部主编，会同有关部门共同制订的国家标准《工程岩体分级标准》，已经有关部门会审。
现批准《工程岩体分级标准》GB50218－94为强制性国家标准，自一九九五年七月一日起施行。
本标准由水利部负责管理，其具体解释等工作由水利部长江科学院负责，出版发行由建设部标准定额研究所负责组织。
中华人民共和国建设部一九九四年十一月五日1 总则1.0.1 为建立统一的评价工程岩体稳定性的分级方法；为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据，制定本标准。
1.0.2 本标准适用于各类型岩石工程的岩体分级。
1.0.3 工程岩体分级，应采用定性与定量相结合的方法，并分两步进行，先确定岩体基本质量，再结合具体工程的特点确定岩体级别。
1.0.4 工程岩体分级所必需的地质调查和岩石试验，除应符合本标准外，尚应符合有关现行国家标准的规定。
2 术语、符号2.1 术语2.1.1 岩石工程rock engineeting以岩体为工程建筑物地基或环境，并对岩体进行开挖或加固的工程，包括地下工程和地面工程。
2.1.2 工程岩体engineering rock mass岩石工程影响范围内的岩体，包括地下工程岩体、工业与民用建筑地基、大坝基岩、边坡岩体等。
2.1.3 岩体基本质量rock mass basic quality岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度所决定。
2.1.4 结构面sructural plane(discontinuity)岩体内开裂的和易开裂的面，如层面、节理、断层、片理等，又称不连续面。
2.1.5 岩体完整性指数(Kv)（岩体速度指数）intactess index of rock mass(velocity index of rock mass)岩体弹性纵波速度与岩石弹性纵波速度之比的平方。
5.3 ZSL我国工程岩体分级标准
§5.3 我国工程岩体分级标准（GB50218-94）主要内容：一、GB50218-94 分级标准的制定二、工程岩体分级的基本方法三、工程岩体分级标准的应用四、工程岩体分级举例重点：GB50218-94 分级的基本方法。
难点：分级指标的确定。
1、前面主要内容回顾分类目的、原则、指标（考虑的因素）代表性分类：岩块工程分类①迪尔和米勒的双指标分类②岩块强度分类，R c 、I s (50)③岩块质量系数S 分类岩体工程分类①岩体质量指标RQD 分类②岩体地质力学分类—RMR 分类（和差模型）③Barton 隧道围岩分类—Q 分类（积商模型）2、我国岩体分级分类的概况、存在的问题70年代以来，各部门相继制定了一些分类标准，这些分类原则、标准、测试方法等不尽相同，无可比性。
一、GB 50218-94 分级标准的制定21s cs tw cw E σE σS ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=3、分级标准(BQ标准)制定的原则、目的、方法BQ标准在总结现有各行业分类标准的基础上，编制统一分级标准。
分级的目的为评价工程岩体稳定性。
分类与分级的差别。
分类无序，分级则有序。
BQ标准采用定性与定量相结合的方法，分级过程中，定性与定量同时进行对比检验最后综合评定级别。
定性与定量的优劣。
定性体现经验，定量反映试验。
工程岩体—是指与岩石工程有关的岩体。
岩石工程就是岩体工程，即对岩体利用、治理、改造的工程。
它是工程建筑的一部分。
GB50218-94分级标准属于综合性分类。
4、BQ标准的分级因素各类工程岩体受力状态不同，破坏形式多样，稳定标准不同，如何兼顾各类工程的特点？BQ标准，分析研究众多分类方法及大量工程实践和岩石力学试验研究成果，按照共性提升的原则，将决定各类工程岩体质量和稳定性的基本共性抽出来，即考虑：①岩石作为材料存在的属性—岩石坚硬程度②岩石作为地质存在的属性—岩体完整程度为衡量各类工程岩体稳定性高低的基本尺度，作为分级的基本因素，进行岩体基本质量分级。
工程岩体分类分级
工程岩体分类与分级
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*
工程岩体分类
工程岩体分类的目的和原则
我国工程岩体分级标准
目录
貳
壹
叁
工程岩体分类的目的和原则
*
目的：
对工程岩体质量的优劣给予明确的区分和定性评价； 为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供依据。原则：工程岩体分类
*
工程岩体分类现状：
按其所涉及的因素多少分
按其目的分
单因素分类法
专题性
多因素分类法
综合性
按岩石质量指标RQD分类 用直径大于或等于75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，将长度在10cm （含10cm）以上的岩芯累计长度占钻孔总长度的百分比，称为岩石质量指标RQD
表1-9 表1-10 Iv与定性划分的岩石完整程度的对应关系
岩体基本质量定量指标的确定与划分 岩体坚硬程度定量指标的确定与划分 岩石坚硬程度定量指标，采用实测岩石单轴饱和抗压强 来衡量。当无条件取得 的实测值时， 可采用实测掩饰的点荷载强度指数 进行换算， 是指直径50mm圆柱形试件径向加压时的点荷载强度。
表1-15 初始应力状态影响修正系数K3 表1-16 各级岩体物理力学参数和围岩自稳定能力表
谢谢观看
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75~90
>90
等级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
岩体地质力学分类（CSIR） CSIR分类指标值RMR由岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水等5种指标组成。分类时，根据各种指标数值按表1-2的标注评分，求和总分RMR值，然后按表1-3和表1-5的规定对总分做适当修正，最后用修正的总分对照表1-4求得所研究岩体的类别及相应的无支护地下工程的自稳定时间和岩体强度指标（C，φ）值。
工程岩体等级划分
ห้องสมุดไป่ตู้
2、 国标《岩土工程勘察规范》分类
• 分类指标：新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（cw）
二）岩体的工程分类
1、RQD分类 2、岩体地质力学分类（RMR分类） 3、巴顿岩体质量分类（Q分类）
1、RQD分类 迪尔（Deere,1964）根据金刚石钻进的岩芯采取率，
提出用RQD值来评价岩体质量的优劣。 RQD值的定义是：大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进
30 RMR 55
可知，岩体的变形模量为5.62-13.34GPa。 在该岩体中开挖5m直径的隧道,平均自稳时间为1周，而在该 岩体中开挖直径为10m的隧道，隧道围岩有发生失稳的可能性较 大，建议对其进行支护如下： （1）锚杆间距0.5-1.5m加钢筋网，需要时拱顶喷30-50mm混凝土 （2）拱顶喷100-150mm边喷50-100mm混凝土，加钢筋网与锚杆 （3）轻型-中型支架间距0.7-2.0m，在拱顶加喷0-50mm混凝土
举应用实例 位于地下200m处的泥岩包含3组主要的结构面 第一组结构面为层面，其特点为强风化，表面较粗糙，产 状为180°∠10°，该组节理条件评分为15； 第二组结构面为节理面，其特点为中等风化，表面较粗糙， 产状为185°∠75°，该组节理条件评分为21； 第三组结构面为节理面，其特点为中等风化，表面较粗糙， 产状为90°∠80°，该组节理条件评分为21； 岩石抗压强度为55Mpa，RQD值为60%，平均裂隙宽度为 0.4m； 试用RMR系统为岩体进行分类，估算岩体力学参数，评估 由东向西开挖10m隧道的稳定性，若隧道围岩稳定性差，并提 出初期支护方案。
-12
4043
III
一般 岩体
节理 面2 5 10 9 21 7-10
工程岩体分类
2.1 按岩块的单轴抗压强度（Ｒc）分类
表5-1 岩块按抗压强度分类
类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
岩石单轴抗压强Rc （MPa） 250~160
160~100
100~40
<40
岩石类别 特坚岩 坚岩 次坚岩 软岩
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2.2 RQD（rock quality designation）分类
表5-5 Rc与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系
Rc（MPa）
>60
60~30
30~15
15~5
<5
坚硬程度 坚硬岩 较坚硬岩 较软岩
软岩
极软岩
注意：Rc≥60坚硬岩, Rc<5极软岩,与表5-1 Rc=160~100有区别
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（2）岩体完整性指标Kv[>0.75～0.15]
RQD（岩体质量指标）： 用直径为75mm的金刚
钻头，双层岩芯管在岩 石中钻进，连续取芯。 长度大于10cm的岩芯总 长度与钻进总进尺的比 值，以百分数表示。
岩石质量指标RQD（rock quality designation）:
RQD
LP
( 10cm的岩芯断块长度 Lt (岩芯进尺总长度 )
)
100 %
用RQD值来描述岩石的质量分级：
表5-4 类别
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
按RQD大小的岩石工程分级
RQD（%）
工程分级
90~100
极好的
75~90
好的
50~75
中等的
25~50
差的
0~25
极差的
5级分级，极好的～极差的。
11
岩体工程分类
2 .岩体分类的现状
按包含因素多少：单因素分类法、多因素分类法 按目的：综合性分类法、专题性分类法
国内现状； 国外现状。
3.按岩石质量指标RQD 分类（Deere
1963 年提出并完善）
RQD ?
?
l
? 10cm ? 100%
L
l ——岩芯单节长，
? 10cm
L ——同一岩层中的钻孔长度
表4-7 按RQD 大小的岩体工程分级
表4-9 节理岩体的RMR分类标准
表4-10 按节理产状修正评分值
节理走向和倾向 非常有利 有 利 一 般 不 利 非常不利
隧道
0
评分 修正值
地基
0
边坡
0
-2
-5
-10
-12
-2
-7
-15
-25
-5
-25
-50
-60
表4-12 节理走向和倾角对隧道开挖的影响
走向垂直于隧道轴线 沿倾向掘进 反倾向掘进
岩体工程分类 1 岩体分类的目的
1 将岩体分成形态类似的组； 2 对了解岩体特性提供可靠的依据； 3 对解决实际工程问题，提供必要的定量数据，以
便进行岩石工程的规划和设计； 4 为学术交流提供有效的共同基础。 基本要求： 1 条款简单明确； 2 以容易测量的实测参数为基础。
工程岩体分类的原则
1 确定类级的目的和使用对象；
内摩擦角 粘聚力 φ （°） C（MPa）
变形模量 E（GPa）
泊桑比 υ
Ⅰ
>60
>2.1
>33
<0.2
Ⅱ
>26.5 60~50
2.1~1.5
33~20 0.2~0.25
工程岩体分级标准 pdf
工程岩体分级标准通常基于岩体的物理力学性质、完整性、结构特征、地质构造等因素进行划分。
具体的分级方法和标准可能因国家、地区和行业而异。
以下是一种常见的工程岩体分级标准：
1.优良岩：具有较高岩体强度、较低岩体透水性和良好稳定性的岩体。
主要特征包括岩体坚硬、致密，具有较高的抗压强度和抗拉强度；岩体中没
有大的裂隙和节理，裂隙和节理的发育程度低，不易扩展；岩体透水性较低，渗透能力小。
2.一般岩：岩体强度和稳定性一般，具有一定的透水性。
主要特征包括岩体较坚硬，但可能存在一些小的裂隙和节理；岩体的抗压强度和抗拉强度
适中；岩体透水性一般，需要注意渗流问题。
3.差岩：岩体强度较低，稳定性差，透水性较强。
主要特征包括岩体较软弱，裂隙和节理发育，易扩展；岩体的抗压强度和抗拉强度较低；岩体透
水性较强，存在较大的渗流问题。
4.极差岩：岩体非常软弱，稳定性极差，透水性极强。
主要特征包括岩体呈松散状或破碎状，无法形成稳定的结构体；岩体的抗压强度和抗拉强度
非常低；岩体透水性极强，存在严重的渗流和漏水问题。
需要说明的是，这只是一种大致的工程岩体分级标准，具体的分级方法和标准还需根据工程实际情况和地质勘察资料进行综合判断。
同时，在工程设计和施工中，还需要针对不同的岩体级别采取相应的工程措施，以确保工程的安全性和稳定性。
请注意，在实际应用这些分级时，可能需要依靠更详细的测试和评估，例如使用比尼奥斯基分类法等方法，并可能需要结合工程地质勘察和岩体测试的结果来确定最终的岩体工程质量。
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影响工程岩体质量有多方面的的因素，要较准确、全面地评价工程 岩体质量，就应该尽可能考虑多个因素进行综合分析。工程岩体多因素 综合分类就是从影响工程岩体质量的多种参数中综合提取一种指标进行 分类。下面分别介绍几种典型的分类方法。
5.3.1巴顿（Barton）隧道围岩质量的Q分类
在我国工程岩体分级中，首先以岩石单轴饱和抗压强度和岩体完整 性指标为基本参数，按给定的经验公式计算岩体的基本质量指标；再考 虑地下水、结构面、原岩原应力等因素对岩体质量的影响，修正岩体基 本质量指标，将修正后的岩体质量指标作为定量指标，结合定性描述， 将岩体质量分为类5级；最后还给出了各类岩体的力学性质参数和描述 了各类岩体工程的自稳能力。
0～20
Bieniawski还给出了各类工程岩体对应的自稳时间（隧洞围岩无支 护下的稳定时间）及其岩体的抗剪切强度参数：c，φ值，供工程者参 考，见表5.21。
表5.21 岩体质量类别与工程岩体自稳时间和抗剪切强度参数对应 表
岩体分类 级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
平均自稳 15m跨， 10m跨， 5m跨， 2.5m 1m跨，
的一般碎、卵石土、圆
（m） 90～100 75～90 50～75 25～50 <25
评分（） 20
17
13
8
3
表5.17由结构面壁的几何状态所确定的岩体分类评分
结构面的状态说明
评分值（）
尺寸有限的很粗糙的表面，硬岩壁
30
略微粗糙的表面，张开度小于1mm，硬岩壁
25
略微粗糙的表面，张开度小于1mm，软岩壁
20
光滑表面，由断层泥充填厚度小于5mm；张开度1～ 5mm，节理延伸超过数米
0.5
充填节 理中大 量水流 入，充 填物被 冲出 0.33
高压的 断续性 水流
0.2～ 0.1
高压的 连续性 水流
0.1～ 0.05
巴顿等人根据Q值将岩体质量分成九个类别，如表5.13所示。
表5.13 Q系统分类
0.01 0.1 1.0 4.0 10.0 40.0 100.0 Q值 <0.01 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ >400.0
RMR=+++++
(5.7)
式中前5项确定后，又考虑到结构面的产状与工程相对位置关系不同
对围岩稳定性影响程度也就不同，又增补了修正指标，是以负分的形式
赋值的。各指标的评分标准见表5.14～表5.19
表5.14 根据点荷载试验强度或单向抗压强度确定的岩体分类评分
点荷载指标 （MPa）
单轴抗压强度 （MPa）
受地质构造影响很严重，
时，可产
节理很发育，层状软弱面
生较大的坍
(或夹层)巳基本被破坏
塌；侧壁有
III
时失去稳定
软质岩石((Rb ＝5以上～ 呈块(石)碎(石)状镶
3．0助Pa)，受地质构造影
嵌结构
响严重，节理发育
1．略具压密或成岩作用的 1．呈大块状压密
粘性土及砂性土
结构
2．一般钙质、铁质胶结的 2．呈巨块状整体
RMR的取值范围为0～100，其值越大说明岩体的质量越好，以20分
为一个级差把岩体的质量划分为“很好的”一直到“很差的”共五类，
见表5.20。 表5.20 岩体质量分级
级别
岩体质量描述
岩体质量评分 （RMR）
Ⅰ
很好的岩石
81～100
Ⅱ
好的岩石
61～80
Ⅲ
较好的岩石
41～60
Ⅳ
较差的岩石
21～40
Ⅴ
很差的岩石
Bieniawski研究还发现RMR和Q值之间存在如下关系： （5.8）
5.3.3 我国的多因素综合性工程围岩分类
多因素综合性工程围岩分类研究工作在我国开始较早，发展较快。上 世纪八十年代前后，国内地质、铁路、煤炭、水电、军工、公路等部 门，吸取了国际先进围岩分类方法，结合本地的地质、水文条件，认真 总结了本部门岩体工程实践经验，研究各类岩体结构的形成机理和变形 特性，先后陆续提出了比较适合本部门特点的工程围岩分类方法。表 5.22和表5.23分别为煤炭系统围岩分类和公路隧道围岩分类。这是我国 两种有代表性的分类方法，前者将围岩分为5类，从Ⅰ类至Ⅴ类，围岩 的质量从最好过渡到最差；后者分为6类，从Ⅵ类至Ⅰ类，围岩的质量 从最好过渡到最差。经过多年生产实践，在各部门围岩分类标准基础 上，于1994年制订了工程岩体国家分级标准(GB50218--94)，本节重点 介绍这一分级标准。
结构面 粗糙度
非 连通式
4.0
粗糙 波状式
3.0
光滑 波状式
2.0
粗糙 平整式
1.5
光滑 平整工
1.0
带擦痕 平整式
0.5
被充填 结构面
1.0
注：“被充填的”不连续面，如果结构面的平均间距超过3m时，再加上 1.0。
表5.12 地下水的影响系数
地下水 状态
干燥的 1.0
中等 水量流 入
0.66
未充填 的节理 中大量 水流入
1．完整的比较坚硬岩 围岩基本稳 胶结好的砂
层，Rb=40~60Mpa； 定，较长时间 岩、砾岩，大 稳定性 2．层状岩层，胶结较 不支护会出现 治薄层灰岩
Ⅱ 较好的 好；
小块掉落
岩层
3．坚硬块状岩层，裂 隙面闭合，无泥质充 填物，Rb>60Mpa
1．完整的中硬岩层， 能维持1个月 砂层，砂质页
Rb=20~40Mpa；
以上稳定，会 岩，粉砂岩，
Ⅲ
中等稳 定岩层
2．层状岩层以坚硬层 为主，加有少数软岩 层；
产生局部岩块 石灰岩，硬质
掉落
凝灰岩
3．比较坚硬的块状岩
层，Rb=40~60Mpa
1．较软的完整岩层， 围岩的稳定时 页岩，泥岩，
稳定性 Rb<20Mpa；
间仅有几天 胶结不好的砂
Ⅳ 较差的 2．中硬的层状岩层；
育，无软弱面(或夹层)；层 状岩层为厚层，层间结合 良好
少岩爆
硬质岩石(Rb＞30MPa)，受
暴露时间长，
地质构造影响较重，节理
可能出现局部
较发育，有少量软弱面(或
小坍塌；侧壁
夹层)和贯通微张节理，但 呈大块状砌体结构 稳定；层间结
V 其产状及组合关系不致产
合差的平缓岩
生滑动，层状岩层为中层
层，顶板易塌
厚度 >5mm的 膨胀性 粘土充
填
6.0
12.0
20.0
表5.10 应力折减系数SRF
结构面 状态
SRF
有粘土充填 结构面的松
散岩体 10.0
具有张开结 构面的松散
岩体 5.0
深度<50m的 浅部粘土充 填结构面的
岩体 2.5
在中等应力 下具有紧闭 无充填结构 面的岩体
1.0
表5.11 结构面粗糙度影响系数
2．当地下水影响围岩的稳定时，应考虑适当降级； 3．Rb为岩石的单向饱和抗压强度。
表5.23 公路隧道围岩分类
级别
围岩主要工程地质条件
围岩开挖后的 稳定状态
主要工程地质条件 结构特征和完整状
态
硬质岩石(饱和抗压极限强
V1 度Rb＞60MPa)，受地质构
围岩稳定、无
造影响轻微，节理不发 呈巨块状整体结构 坍塌，可能产
碎、卵石土、大块石土
结构
3．黄土(Q1，Q2)
3．呈巨块状整体 结构
石质图岩位于挤压强烈的 呈角(砾)碎(石)状松围岩易坍塌，
断裂带内，裂隙杂乱，呈
散结构
处理不当会出
石夹土或土夹石状
现大坍塌，侧
II 一般第四系的半干硬～硬 非钻性土呈松散结 壁经常小坍
塑的粘性土及稍湿至潮湿 构，粘性土及黄土 塌；浅埋时易
层)，但其产状及组合关系
嵌结构
基本稳定，爆
IV 尚不致产生滑动；层状岩
破振动过大易
层为薄层或中层，层间结
塌
合差，多有分离现象；或
为硬、软质岩石互层
软质岩石(Rb＝5以上
呈大块状砌体结构
~30MPu)，受地质构造影
响严重，节理较发育；层
状岩层为薄层、中层或厚
层，层间结合一般
硬质岩石(Rb (＞30MPa)， 呈碎石状压碎结构 拱部无支护
结构 面 状态
闭合的 0.75
仅改变 颜色无
蚀变 1.0
粉砂或 砂质覆
盖 3.0
粘土覆 盖 4.0
结构 面 状态
砂或压 碎岩石 充填
4.0
厚度 <5m的 坚硬粘 土充填
充填结构面
厚度 <5mm的 松软粘 土充填
8.0
厚度 <5mm的 膨胀性 粘土充
填
厚度 >5mm的 坚硬粘 土充填
10.
厚度 >5mm的 松软粘 土充填 15.0
表5.22煤炭系统围岩分类表
围岩分类
类 别
名称
岩层描述
巷道开挖后
围岩稳定状态 （3~5m跨
岩种举例
度）
Ⅰ
稳定 围岩
1．完整坚硬岩层， 围岩稳定，长 完整的玄武
Rb>60Mpa不易风化； 期不支护，无 岩，石英质砂
2．层状岩层层间胶结 碎块掉落现象 岩，奥陶纪灰
好，无软弱夹层
岩，茅口灰
岩，大治厚层
灰岩
岩，硬煤
岩层 3．中硬的块状岩层，
Rb=20~40Mpa
1．易风化潮解剥落的 围岩很容易产 灰质页岩，花
Ⅴ
不稳定 岩层
松软岩层； 2．各类破碎岩层
生冒顶片帮