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地下洞室围岩工程地质分类方法
地下洞室围岩根据围岩的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状及地应力等综合因素,并结合工程实际情况,采用巴顿Q系统及水电围岩分类系统,对围岩稳定性进行综合性评价。巴顿Q系统分类见表C-1,水电围岩工程地质分类”见表C-3。
表C-1 巴顿Q系统分类见表
分类参数
性状
评分
RQD
按RQD=115-3.3Jv计算,Jv采用现场分段实测,Jv≤4.5时,RQD为100%。
节理组数(Jn)
整体结构
0.5~1.0
一组节理
2
一组加随机节理
3
两组节理
4
两组加随机节理
6
三组节理
9
三组加随机节理
12
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”状等、碎裂结构岩体
15
散体结构
20
节理粗糙度(Jr)
节理面在错动10cm前是接触的(不扩容)
延伸短,节理不连续
4
粗糙的起伏节理
3
光滑的起伏节理
2
有擦痕、起伏节理
1.5
平直、粗糙节理
1.5
平直、光滑节理
1.0
平直、光滑且有擦痕的伏节理
0.5
结构面隙壁不接触
断层、挤压面或节理含次生泥
1.0
节理蚀变系数(Ja)
节理完全闭合
节理面新鲜、坚硬、无软化、无充填物、不透水
0.75
部分面有铁、锰、钙质膜
1.0(25°~30°)
节理面铁、锰、钙质膜较普遍
2.0(25°~305°)
节理面呈强风化状
3.0(20°~25°)
面有泥膜节理
4.0(8°~16°)
续表C-1 巴顿Q系统分类表
分类参数
性状
评分
节理蚀变系数(Ja)
节理张开或断层泥夹层
不含断层层或糜棱岩的断层夹层(无断层泥)
4.0(25°~30°)
含糜棱岩或不连续分布的断层泥
5.0(16°~24°)
连续厚度<5mm硬塑状断层泥
6.0(16°~24°)
连续厚度<5mm可塑状断层泥
8.0(16°~24°)
含连续厚度<5mm软塑状或流塑状断层泥
8~12
含有厚且连续的断层泥(根据其稠度状态及软化特性参照上述进行评分)
10~20
节理水折减系数(Jw)
干燥、局部渗水、岩壁潮湿
1.0
有渗水
0.66
节理无充填,岩石坚硬,流量大或水压高(有压流水)
0.5
流量大或水压高,大量充填物冲出
0.33
爆破时,流量特大或压力特高,但随时间延长而减弱
0.2~0.1
持续不衰减的特大流量
0.1~0.5
应力折减系数(SRF)
软弱岩区,当隧道掘进时,开挖岩体引起松动
散体结构岩体
10
弱风化碎裂岩体(埋深小于50m)
5.0
碎裂岩体(埋深大于50m)
2.5
岩石坚硬,不含粘土,但Ⅳ级以上结构面非常发育(发育间距小于3m)
7.5
坚硬岩石,属岩石应力问题
低应力区,接近地表(δc/δt>200)
2.5
中等应力(δc/δt=200~10)
1.0
高应力,岩体非常紧密(一般有利于稳定,但对侧壁围岩稳定可能不利)(δc/δt=10~5)
0.2~2
轻微岩爆(整体岩石)(δc/δt=5~2.5)
5~10
严重岩爆(整体岩石)
10~20
塑性挤压岩石,产生塑性流动
挤压性微弦的岩石压力
5~10
挤压性很大的岩石压力
10~20
根据上述各项指标,按Q=(RQD/Jn)×(Jr/Ja)×(Jw/SRF)计算出Q值,并依据Q值大小,划分出五类围岩如下表。
表C-2 Q值确定的围岩类别
Q值
>40
40~10
<10~>1.0
1.0~0.1
<0.1
围岩类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
表C-3 水电围岩工程地质分类
围岩类别
围岩稳定性
围岩总评分
T
围岩强度应力比S
(S=Rb·Kv/σm)
Ⅰ
稳定。
围岩可长期稳定,一般无不稳定块体
T>85
>4
Ⅱ
基本稳定。
围岩整体稳定,不会产生塑性变形,局部可能产生掉块
85≥T>65
>4
Ⅲ
局部稳定性差。
围岩强度不足局部会产生塑性变形,不支护可能产生塌方和变形破坏。完整的较软岩,可能暂时稳定
65≥T>45
>2
Ⅳ
不稳定。
围岩自稳时间很短,规模较大的各种变形和破坏都可能发生
45≥T>25
>2
Ⅴ
极不稳定。
围岩不能自稳,变形破坏严重
T≤25
注:1. Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩,当其强度应力比S小于本表规定时,围岩类别宜相应降低一级。
2. 表中:Rb—岩石饱和单轴抗压强度(MPa)(详见表1-1、表1-7),Kv—岩体完整性系数(见本手册附录A),σm—围岩最大主应力(MPa)。
水电围岩工程地质分类各项因素的评分标准如下:
(1) 岩石强度评分,见下表(表C-4)。
表C-4 岩石强度评分(A)
岩 质 类 别
硬质岩
软质岩
坚硬岩
中硬岩
较软岩
软岩
饱和单轴抗压强度Rb(MPa)
Rb>60
60≥Rb>30
30≥Rb>15
15≥Rb>5
岩石强度评分A
30~20
20~10
10~5
5~0
注:1.岩石饱和单轴抗压强度大于100Mpa时,岩石强度评分为30;
2.当岩体完整程度与结构面状态评分之和小于5时,岩石强度评分大于20的,按20评分。
(2) 岩体完整程度评分,见下表(表C-5)。
表C-5 岩体完整程度评分(B)
岩体完整程度
完整
较完整
完整性差
较破碎
破碎
岩体完整性系数Kv
Kv>0.75
0.75≥Kv>0.55
0.55≥Kv>0.35
0.35≥Kv>0.15
Kv≤0.15
岩体完整性
评分B
硬质岩
40~30
30~22
22~14
14~6
<6
软质岩
25~19
19~14
14~9
9~4
<4
注:1.当60MPa≥Rb>30MPa,岩体完整程度与结构面状态评分之和大于65时,按65评分;
2.当30 MPa≥Rb>15MPa,岩体完整程度与结构面状态评分之和大于55时,按55评分;
3.当15MPa≥Rb>5MPa,岩体完整程度与结构面状态评分之和大于40时,按40评分;
4.当Rb≤5MPa,属特软岩,岩体完整程度与结构面状态不参加评分;
(3) 结构面状态评分,见下表(表C-6)。
表C-6 结构面状态评分(C)
结构面状态
张开度
W(mm)
闭合
W<0.5
微 张
0.5≤W<5.0
张开
W≥5.0
充填物
-
无充填
岩屑
泥质
岩屑
泥质
起伏粗糙状况
起伏粗糙
平直光滑
起伏光滑或平直粗糙
平直光滑
起伏粗糙
起伏光滑或平直粗糙
平直光滑
起伏粗糙
起伏光滑或平直粗糙
平直光滑
起伏粗糙
-
-
结构面状态评分
硬质岩
27
21
24
21
15
21
17
12
15
12
9
12
6
较软岩
27
21
24
21
15
21
17
12
15
12
9
12
6
软岩
18
14
17
14
8
14
11
8
10
8
6
8
4
注:1.结构面的延伸长度小于3m时,硬质岩、较软岩的结构面状态评分增加3分,软岩增加2分;结构面的延伸长度大于10m时,硬质岩、较软岩的结构面状态评分减3分,软岩减2分;
2.当结构面张开宽度10mm,无充填时,结构面状态评分为0。
(4) 地下水状态评分,见下表(表C-7)。
表C-7 地下水状态评分(D)
活动状态
干燥、渗水、滴水
线状流水
涌水
水量q(L/min·10m洞长)
或压力水头H(m)
q≤25或H≤10
25<Q≤125
或10<H≤100
Q>125或H>100
基本因素评分T'
T'>85
地下水评分D
0
0~-2
-2~-6
85≥T'>65
0~-2
-2~-6
-6~-10
65≥T'>45
-2~-6
-6~-10
-10~-14
45≥T'>25
-6~-10
-10~-14
-14~-18
T'≤25
-10~-14
-14~-18
-18~-20
注:基本因素评分T'系前述岩石强度评分A、岩体完整性评分B和结构面状态评分C之和。
(5) 要结构面产状评分,见下表(表C-8)。
表C-8 主要结构面产状评分(E)
结构面走向与
洞轴线夹角
结构面倾角
结构面产状评分E
洞顶
边墙
90°~60°
>70°
0
-2
70°~45°
-2
-5
45°~20°
-5
-2
<20°
-10
0
60°~30°
>70°
-2
-5
70°~45°
-5
-10
45°~20°
-10
-2
<20°
-12
0
<30°
>70°
-5
-10
70°~45°
-10
-12
45°~20°
-12
-5
<20°
-12
0
注:按岩体完整程度分级为完整性差、较破碎和破碎的围岩不进行主要结构面产状评分的修正。
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