地下洞室的围岩分类方法.docx

第四节地下工程的围岩分类围岩分类是为解决地下洞室的围岩稳定和支护问题而建立的。因而围岩分类是围绕地下洞室的稳定性和支护的影响因素而作为分类原则，这些因素主要有:岩体的构造特征和完整状态；岩体强度；岩石的风化程度；地下水的影响；区域构造影响和地震影响等。在实际制定围岩分类时，一般主要考虑岩体强度、岩体构造特征和完整程度以及地下水活动等方面的因素。国内外的围岩分类所选取的根本因素大致都是这样，但在综合反映根本因素的指标上是不同的。一、“普氏分类普氏分类在我国曾应用较广。主要是考虑岩性，而未考虑岩体构造和围岩完整性。围岩压力公式是把坚硬地层视作松散介质，形式上套用了松散地层中的压力拱理论和公式，即垂直压力为：P = w h 1 8-26式中P垂直压力；h 1 压力拱拱高，h 1= a 1 /fkp ；al 压力拱半跨；f kp岩石坚硬系数；w围岩的重度。工程地质勘测工作根本上是根据地质条件和经历确定f kp值。见表8-16。或按下面的经历公式确定fkp值：fkp= Rc/10 8-27式中Rc 岩石的单轴抗压强度MPa。普氏岩石分类 表8-16岩层种类坚硬程度地层fkpI极度坚硬最坚硬、严密及坚韧的石英岩和玄武岩，在强度方面为其他岩层所不及者20II很硬很硬的花岗岩层、石英质斑岩，很硬的花岗岩、硅质片岩，比上述石英岩略弱的石英岩，最硬的砂岩及石灰岩15III坚硬花岗岩严密的和花岗岩层，很硬的砂岩和石灰岩，石英质矿脉，硬的砾岩，很硬的铁矿10III 一甲坚硬石灰岩坚硬的不硬的花岗岩，硬的砂岩，硬*石，黄铁矿、白云石8IV相当坚硬普通片岩，铁矿6IV一甲相当坚硬砂质片岩，片岩状砂岩5V普通硬的粘土质片岩，不硬的砂岩和石灰岩，软的砾石4V 一甲普通各种片岩不硬的，严密的泥灰岩3VI相当软软片岩，软石灰岩，白垩，岩盐，石膏，冻结土，无烟煤，普通的泥灰岩，破坏的砂岩，胶结的卵石和砂砾，掺石土2VI甲相当软碎石土，破坏的片岩，散处的卵石和碎石，硬煤fkp=1.41.8，硬化粘土1.5VII软地层粘土严密的，普通煤fkp=1.01.4，硬冲积土，粘土质土壤1VII一甲软地层略带砂性粘土，黄土，略带砂性沃土，湿砂0.8VIII土质地层种植土，泥炭，略带砂性沃土，湿砂0.6IX散粒地层砂，漂砾，小砂砾，松散土，开采出的煤0.5X流砂地层流砂，沼泽土，含水黄土和其他含水土壤fkp=0.10.30.3这种方法曾在我国较长时期内得到广泛的应用。目前有些单位仍应用此分类。但在长期工程实践中，发现这种分类与其计算方法存在严重的缺陷。1. 它主要是为估计土石工程的工作量、确定施工开挖定额效劳的。因此它只能说明岩石开挖的难易程度，不能全面反映岩体的稳定性。2. fkp值以岩石强度为根底，大量工程实践证明，决定岩体稳定性的主要因素是岩体构造特性，即它的完整性，在分类中虽然也规定要根据岩石的物理状态风化的、破碎的划归于较低一类去，这样给确定fkp值带来了很大的主观臆断性。我国各部门由于工程特点不同，确定fkp值标准也不同。甚至在同一地点对同一洞室的岩石，不同的人可以得出相差很大的fkp值。3. 分类等级较多，给使用上带来不便。由于选用的fkp值不同，相应计算得到的围岩压力也相差很大。当fkp= 2和fkp= 4时，则压力可相差近一倍。4. 普氏压力计算公式根据松散体理论而得，而地下洞室多位于坚硬及中等坚硬以上较完整的岩体中，理论假设前提与客观实际相差太大。一般来说，在坚硬地层中围岩压力公式计算结果偏大，而在松散地层中计算结果偏小。二、泰沙基分类泰沙基于1946年提出使用钢拱支撑的隧道围岩分类方法。他考虑了岩体的构造、岩性以及影响建筑物稳定的其他一些性质如受化学侵蚀、膨胀性等，推荐了不同岩性的支撑与衬砌上的荷载计算公式表8-17。泰沙基分类在英美等国应用较广。我国有关单位在订标准时也参考了这种分类。K 泰沙基分类1946年表8-17岩层状态土荷载高度m说明1.坚硬的，不受损害0当有掉块或岩爆时可设轻型支撑2.坚硬的，呈层状或片状的岩层0 0.5B采用轻型支撑，荷载局部作用，变化不规则3.大块、有一般节理的0 0.25B4.有裂痕，块度一般的岩层0.25B 0.35(B+Ht)无侧压5.裂隙较多块度小的岩层(0.35 1.10)(B+Ht)侧压很小或没有6.完全破碎的，但不受1.10B+Ht有一定侧压，由于漏水，隧道下局部变软，支撑化学侵蚀的下部要作根底。有必要时可采用圆形支撑7.挤压变形缓慢的岩层覆盖厚度中等(1.10 1.20)(B+Ht)有很大侧压，必要时修仰拱，推荐采用圆拱支撑8.挤压变形缓慢的岩层，覆盖层较厚(2.10 4.50)(B+Ht)9.膨胀性地质条件与B+Ht无关，一般达80m以上要用圆形支撑，剧烈时可缩性支撑据我国水电有关部门在一些塌方地段曾用泰沙基分类表所订的土荷载高度进展核算后认为，凡符合泰沙基分类所指的地质条件，一般还较接近于实际情况。但是，这种分类也是建立在岩体塌脱成自然平衡拱的概念根底上。三、按岩体质量等级的围岩分类岩体质量是受岩石质量岩体完整程度、地应力的大小、地下水的作用、软弱构造面产状等因素所影响，因而岩体质量等级也以此为标准。近年国际上在进展围岩分类时，普遍采用岩体质量等级作为围岩分类的标准。如岩体质量评分的地质力学围岩分类RMR、岩体构造评价的RSR围岩分类，以及岩体根本质量分级BQ的围岩分类。（一）RMR分类本分类是比尼奥斯基1973根据矿山开采掘进的经历提出的岩体质量评分的地质力学围岩分类。该分类考虑了六个方面的影响因素作为衡量岩体质量的评分标准。这六个因素为：岩石强度、岩体质量指标RQD、不连续面的间距、状态和方向条件、地下水等。其中岩体质量指标RQD是用来表示岩石的完整性、RQD确实定方法是：采用直径为75mm的双层岩心管金刚石钻进，提取直径为54mm的岩心，将长度小于10 cm的破碎岩心及软弱物质剔除，然后测量大于或等于10 cm长柱状假设心的总长度Lp。用这一有效的岩心长度与采集岩心段的钻孔总进尺L之比，取其百分数就是RQD。其表示式如下：RQD=Lp/Lx1 %8-28RQD值按其大小可分为五个质量等级，如表8-18所示。岩石质量等级表8-18RQD岩石质量025很差25 50差50 75较好75 90好90 1很好RQD的岩石质量等级只是考虑了岩块的大小，也就是岩体的完整性，但它并没有考虑岩石的质量和其他地质因素的影响，因而RMR分类中将RQD作为一项的影响因素来对待。RMR分类是将上述各因素单项分数后累加起来，得到岩体质量总评分。根据这个评分划分岩体质量等级。如表8-19和表8-20所示。上述二种按岩体质量分类的结果，它们之间的关系已由茹夫莱泽根据新西兰的经历作了比照求得下式：RSR=0.77RMR+22.4RMR分数计算表表8-19数值范围1岩石强度MPa点荷载104102412单轴抗压强度2501 5025 5025 50525151分数1512742102RQD90 175 9050 7525 5020.620.20.60.060.2125裂隙水压力与最大应力比值000.10.10.20.20.50.5一般条件完全枯燥润湿流分数15107406不连续面方向条件很好好中等差很差分数0-2-5-10-12按RMR值划分的质量等级 表8-20岩体分级IIIIIIIVV1岩体质量描述很好好中等差很差2总分RMR1 8180 6160 4140 21434231245354525。95。15。5。6060 3030 151550.750.75 0.550.55 0.350.35 0.150.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎注：岩体体积节理数Jv系单位岩体体积内的节理构造面数目。Jv与Kv对照表表 8-24J v 绦/m3) 35Kv0.750.750.550.550.350.350.150.15注：岩体体积节理数Jv系单位岩体体积内的节理构造面数目。2. 按式8-29求得BQ值，可安表8-25确定岩体根本质量级别。岩体根本质量分级表8-25根本质量级别岩体根本质量的定性特征岩体根本质量指标BQ根本质量级别岩体根本质量的定性特征岩体根本质量指标BQI坚硬岩、岩体完整550IV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；岩体较完整较破碎；软岩，岩体完整较完整350251II坚硬岩、岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整550 451III坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；450 351V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450450 351350 251250潮湿或点滴状出水00.10.20.30.40.6淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa或单位出水#dGL/min m0.10.20.30.40.60.7 0.9淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa或单位出水量1GL/min m0.20.40.60.70.91.02主要软弱构造面产状影响系数K2值，可按表8-27所示确定。主要软弱构造面产状影响修正系数K2表8-27构造面产状及其与洞构造面走向与洞轴线夹角 30、构造面走向与洞轴线夹角其他组轴线的组合关系构造面倾角30。35。60。、构造面倾角5。合K20.40.600.20.20.43初始应力状态影响修正系数K3值，可按表8-28和表8-29所示来确定。高初始应力区岩体开挖主要现象表8-28应力情况主要现象Rc ama*极高应力1. 硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差；基坑有剥离现象，成形性差；2. 软质岩：岩芯时有饼化现象。开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞；基坑发生显著隆起或剥离，不易成形550550 451450 351350 251250极高应力区1.01.01.01.51.01.51.0高应力区0.50.50.50.51.00.51.04岩体根本质量指标修正值BQ应按下式计算：BQ=BQ -1K1+K2+K3) (8-30)式中K1地下水影响修正系数，按表8-26确定；K2主要软弱构造面产状影响修正系数，按表8-27确定；K3初始应力状态影响修正系数，按表8-29确定。当无在表8-26、表8-27和表8-29中所列的情况时，修正系数取零。BQ出现负值时，应按特殊情况处理。5修正后的值仍按表8-25确定围岩质量级别。