岩体工程分类.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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；,2,分类应该是定量的，以便于用在技术计算和制定定额上；,3,分类的级数应合适，不宜太多或太少，一般都分为,5,6,级；,4,工程岩体分类方法与步骤应简单明了，数字便于记忆，便于应用；,5,由于目的、对象不同，考虑的因素也不同。各个因素应有明确的物理意义，并且还应该是独立的影响因素。一般来说，为各种工程服务的工程岩体分类须考虑：节理和岩块的工程质量、风化程度、地下水、岩体的各种物理力学参数、地应力、工程规模和施工条件。,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,3.,按岩石质量指标,RQD,分类,（,Deere 1963,年提出并完善）,l,岩芯单节长，,L,同一岩层中的钻孔长度,国内现状,；,国外现状,。,表,4-7,按,RQD,大小的岩体工程分级,岩石的,RQD,与岩石完整性关系密切，,RQD,与体积节理数,J,v,之间存在以下统计关系：,等 级,RQD(%),工程分级,90100,极好的,7590,好的,5075,中等的,2550,差的,025,极差的,4.,按岩体弹性波（纵波）速度分类,表,4-8,日本铁路隧道围岩分类,围岩强度分类,岩,质,良好程度,备,注,A,B,C,D,E,F,1,5.0,4.8,4.2,好,1.,开挖面有涌水时，分类要降一级；,2.,膨胀型岩石（蛇纹岩、变质安山岩、石墨片岩、凝灰岩、温泉余土）的弹性波速度值，要特殊考虑这种情况其速度值小于,4.0km/s,，,泊桑比大于,0.3,；,3.,对风化岩层泊桑比小于,0.3,时，分类要提高一级到两级；,4.,单位：,km/s,。,2,5.04.4,4.84.2,4.23.6,3,4.64.0,4.84.2,4.43.8,3.82.8,2.6,中等,4,4.23.0,4.43.8,4.03.4,3.42.8,2.62.0,5,3.83.2,4.03.4,3.63.0,3.02.4,2.21.6,1.81.2,差,6,3.4,3.6,3.2,2.6,1.8,1.40.8,7,1.4,1.0,日本池田和野,1969,年提出。,岩质分级表,5.,节理岩体的,RMR,分类方法,该法是由南非的,Bieniawski,在,1976,年提出后经过多次修改,，,逐渐趋于完善的一种综合分类方法。,分类依据下列参数：,(1),完整岩石材料的强度；,(2),岩石质量指标（,RQD,）；,(3),节理间距；,(4),节理状况；,(5),地下水状况。,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,评分,修正值,隧道,0,-2,-5,-10,-12,地基,0,-2,-7,-15,-25,边坡,0,-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,走向平行于,隧道轴线,不论什么走向,沿,倾,向,掘,进,反,倾,向,掘,进,倾角,倾角,倾角,倾角,倾角,倾角,倾角,45,o,90,o,20,o,45,o,45,o,90,o,20,o,45,o,45,o,90,o,20,o,45,o,0,o,20,o,非常有利,有利,一般,不利,非常有利,一般,不利,表,4-11 RMR,岩体分类级别的含义,分类级别,质量描述,非常好的岩体,好岩体,一般岩体,差岩体,非常差的岩体,评,分,值,10081,8061,6041,4021,300,200300,150200,100150,45,4045,3540,3035,30,地下开挖体未支护跨度的稳定时间与,RMR,指标的关系,6.,隧道质量指标,Q,分类指标,Q,的计算公式,J,n,节理组数；,J,r,节理粗糙度系数；,J,a,节理蚀变影响系数；,J,w,节理水折减系数；,SRF,应力折减系数。,RQD,J,n,岩块尺寸,J,r,/,J,a,岩块间的剪切强度,J,w,/SRF,主动应力,为了把隧道质量指标与开挖体的形态和支护要求联系起来，又规定了一个附加参数，称为开挖体的当量尺寸,De,开挖体支护比取值,表,4-13,隧道质量指标,Q,详细分类标准,项目及详细分类,数,值,备,注,1,岩石质量指标,RQD(%),1,在实测或报告中，若,RQD,10,（,包括,0,）时，则,Q,名义上取,10,。,2 RQD,隔,5,选取就足够精确，例如取,100,，,95,，,90,等。,A,很差,025,B,差,2550,C,一般,5075,D,好,7590,E,很好,90100,2,节理组数,J,n,1,对于巷道交叉口，取（,3,J,n,）。,2,对于巷道入口处，取（,2,J,n,）。,A,整体性岩体，含少量节理或不含节理,0.51.0,B,一组节理,2,C,一组节理，再加些紊乱的节理,3,D,两组节理,4,E,两组节理，再加些紊乱的节理,6,F,三组节理,9,G,三组节理，再加些紊乱的节理,12,H,四组或四组以上的节理，随机分布特别发育的节理，岩体被分成方糖块，等等,15,I,粉碎状岩石，泥状物,20,3,节理粗糙度,J,r,1,若有关的节理组平均间距大于,3m,，,J,r,按左行数值再加,1.0,。,2,对于具有线理且带擦痕的平面状节理，若线理指向最小强度方向，则可取,Jr,=0.5,。,a,节理壁完全接触,b,节理面在剪切错动,10cm,以前是接触的,A,不连续的节理,4,B,粗糙或不规则的波状节理,3,C,光滑的波状节理,2,D,带擦痕面的波状节理,1.5,E,粗糙或不规则的平面状节理,1.5,F,光滑的平面状节理,1.0,G,带擦痕面的平面状节理,0.5,c,剪切错动时岩壁不接触,H,节理中含有足够厚的粘土矿物，足以阻止节理壁接触,1.0,I,节理含砂、砾石或岩粉夹层，其厚度足以阻止节理壁接触,1.0,表,4-13,隧道质量指标,Q,详细分类标准,根据,Q,指标的大小把岩体分成九类，分别描述为异常差、极差、很差、差、一般、好、很好、极好、异常好,1,）不支护；,2,）局部锚杆；,3,）系统锚杆；,4,）系统锚杆及,40-100mm,厚的无纤维喷射混凝土；,5,）,50-90mm,后的纤维喷射混凝土及锚杆；,6,）,90-120mm,后的纤维喷射混凝土及锚杆；,7,）,120-150mm,后的纤维喷射混凝土及锚杆；,8,）,150mm,以上的纤维喷射混凝土、钢拱架、锚杆；,9,）模注混凝土,RMR,比较重视结构面的方位和倾角，但未考虑到岩体的应力。,Q,系统不考虑节理方位，但考虑了最不利节理组的特性，粗糙度和蚀变影响均代表了岩体的抗剪强度。,RMR,与,Q,系统的优缺点,二者都认为结构面方位和倾角的影响都远比通常预想的要小。,RMR=9log,e,Q+44,二者关系：,使用条件：,RMR,适合于浅埋的坚硬岩体；,Q,系统的适用范围更广，也可用于破碎的软弱富含水岩体。,7.,我国工程岩体分级标准（,GB50218-94,）,1,工程岩体分级的基本方法,分类指标：岩石的坚硬程度；岩体的完整性,岩石的坚硬程度,用岩石饱和单轴抗压强度衡量，加工标准试件，按饱和强度测定方法，在室内用压力机测定。,岩体的完整性,用岩体完整性系数衡量，用声波仪测定，按以下公式计算,若没有条件测定波速，也可用单位岩体中的节理数求,S,n,第,n,组节理每米长测线上的条数；,S,k,每立方米岩体非成组节理条数。,表,4-15,J,v,与,K,v,对照表,J,v,（条,/m,3,）,35,K,v,0.75,0.750.55,0.550.35,0.350.15,550,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，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,350251,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,250,岩体基本质量指标修正值,BQ,K,1,地下水影响修正系数；,K,2,主要软弱结构面产状影响修正系数；,K,3,初始应力状态影响修正系数。,主要软弱结构面产状影响修正系数,K,2,结构面产状及其与洞轴线的组合关系,结构面走向与洞轴线夹角,60,结构面倾角,75,其他组合,K,2,0.40.6,00.2,0.20.4,地下水影响修正系数,K,1,BQ,地下水出水状态,450,450351,350251,550,550451,450351,350251,60,2.1,33,26.5,6050,2.11.5,3320,0.20.25,26.524.5,5039,1.50.7,206,0.250.3,24.522.5,3927,0.70.2,61.3,0.30.35,22.5,27,0.2,0.35,结构面抗剪断峰值强度,岩体级别,两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度,内摩擦角,（,）,粘聚力,（,MPa,）,1,坚硬岩，结合好,37,0.22,2,坚硬,较坚硬岩，结合一般；,较软岩，结合好,3729,0.220.12,3,坚硬,较坚硬岩，结合差；,较软岩,软岩，结合一般,2919,0.120.08,4,较坚硬,较软岩，结合差,结合很差；,软岩、结合差；,软质岩的泥化面,1913,0.080.05,5,较坚硬岩及全部软质岩，结合很差；,软质岩泥化层本身,13,0.05,地下工程岩体自稳能力,岩体级别,自稳能力,跨度小于,20m,，,可长期稳定，偶有掉块，无塌方,跨度,1020m,，,可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；,跨度小于,10m,，,可长期稳定，偶有掉块,跨度,1020m,，,可稳定数日至一个月，可发生小至中塌方；,跨度,510m,，,可稳定数月，可发生局部块体位移及小至中塌方；,跨度小于,5m,，,可基本稳定,跨度大于,5m,，,一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、小塌方、进而发展为中至大塌方。埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；,跨度小于,5m,，,可稳定数日至一个月,无自稳能力,岩体质量评价及其分类的发展趋势,1,采用多因素综合指标的岩体分类。在分类中力求充分考虑各种因素的影响和相互关系，重视岩体的不连续性，把岩体的结构和岩石质量因素作为影响岩体质量的主要因素和指标；,2,向定性和定量相结合的方向发展；,3,利用简易岩体力学测试（如钻孔岩心、波速测试、点荷载实验等）研究岩体特性，初步判别岩类，减少费用昂贵的大型试验，使岩体分类简单易行；,4,重视新理论、新方法在岩体分类中的应用。计算机等先进手段的迅速发展，使一些新理论、新方法（如专家系统、人工智能、模糊评价等）相继应用于岩体分类中，出现了一些新的分类方法；,5,强调岩体工程分类与岩体力学参数估算的定量关系的建立，与工程岩体处理方法、施工方法相结合。,岩石,结构面,充填物,岩,体,+,+,=,岩石的物理性质,岩石的力学性质,岩石的强度准则,岩石的质量,岩石的孔隙性,岩石的水理性,岩石的抗风化性,岩石的单轴抗压,岩石的单轴抗,拉,岩石的三轴压缩,岩石的剪切,摩尔强度准则,摩尔库伦强度准则,霍克布朗强度准则,德鲁克普拉格强度准则,格里菲斯强度准则,法向特性,切向特性,双线性强度准则,Barton,强度准则,岩体,岩体的变形特性,岩体的强度,岩体的单轴或,三轴压缩变形,岩体的剪切变形,单结构面岩体强度,多结构面岩体强度,霍克布朗强度准则,其它经验估算方法,