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1、 .岩体分级及其在工程上的应用摘要：工程岩体分类在工程建设中起着重要的作用。近年来，国内外专家通常采用各种方法来评价岩体的工程性质，并根据其工程类型和使用目的对工程岩体进行分类。本文主要介绍RQD分类方法，Q系统分类方法，RMR分类方法和中国国家标准工程岩体分级标准四种分类方法，并分析其在工程中的应用。关键词：工程岩体；岩体分类；应用Abstract: Engineering rock mass classification plays an important role in engineering construction. In recent years, domestic and fo
2、reign experts usually employ a variety of methods to evaluate the engineering properties of rock, and according to their type and purpose of the project engineering rock mass classification. This paper describes the RQD classification, Q system classification, RMR classification and Chinese national
3、 standard of engineering rock classification standard four classification methods, and analyzes its application in engineering.Keywords: engineering rock; rock mass classification; application1、引言 岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。工程岩体分类是岩体力学的一个重要研究课题，是工程岩体稳定分析的基础，也是
4、岩体工程地质条件定量化的一个重要途径。岩体分类原来是以简单的反应岩体的物理力学性质, 评价岩体的地质条件的一种方法发展起来的。但后来, 水利、电力、铁路等各部门都按其特定的需要与目的, 加入各种各样的分类因素, 制定出该部门的分类方法与基准, 且以某种形式将其反映到工程设计与施工中，是根据实际工程的需求，对工程建筑物基础或围岩体进行分类的一种方法。岩体工程分类对正确认识岩体的基本质量及特性，以及对稳定性作出评价及指导实践工程有重要的意义。2、 工程岩体分类的影响因素 目前，评价岩体稳定性最基本和最常用的方法有三种：分析计算、模拟试验和岩体分级。分析计算是通过对工程岩体稳定性作分析判断的数值进行
5、科学计算，以定量的方法反映岩体各种地质作用力的状况；模拟试验是通过人为再现岩体环境状态下应力变化；岩体分级法是建立在以往工程实践经验和岩石力学试验基础上的，通过少量简易的地质勘察和岩石力学试验就能确定岩体级别，作出稳定性评价，给出相应的物理力学参数，提供加固措施参考数据，这样就大量减少了勘察、试验的工作量。前两种方法要求事先进行大量详尽的地质勘察和岩石力学试验研究，因此，必须要作大量的现场测试，这样会导致评价过程较长、耗资巨大。后一种方法不需要详尽的岩体力学测试资料，能节省大量的时间和投资，快速作出岩体稳定性评价。 工程岩体分级的目的是为工程岩体的稳定性判断提供依据。因此工程岩体分类考虑的因素
6、要以影响岩体稳定性因素为基础，主要表现为以下几个方面。2.1 岩石的物理力学性质 岩石材料的质量是反映岩石物理力学性质的依据和工程岩体分类的基础。从工程实践来看，主要表现在岩石强度和变形性质两方面，而由室内试验得到的岩石的抗压、抗拉、抗剪强度和弹性参数及其他指标，对反映岩石质量的好坏没有统一的标准。从国内外看，目前统一的是沿用岩石的单轴抗压强度指标来反映。2.2 岩体的完整性 岩体工程性质的好坏取决于各种地质因素和地质条件影响而形成的各种软弱结构面和填充物质以及本身的空间分布状态。而岩体完整性的定量指标是表征岩体工程性质的重要参数，目前可以用结构面特征的统计结果（包括节理组数、节理间距、节理体
7、积裂隙率、结构面粗糙状况、充填物状况）和岩体的弹性波（纵波）的速度来定量地反映结构面影响因素。当岩体工程处于地表时，如边坡、坝基、建筑工程等需要考虑风化作用对岩体的影响，目前风化作用只能是定性地描述而不能定量地评价岩体的工程性质。地下工程则较少考虑。2.3 水环境的影响 水对岩体质量的影响有两个方面：一是使岩石及结构面充填物质的物理力学性质恶化；二是沿岩体结构面形成渗透，影响岩体稳定性。对于水的考虑，是采用定性与定量相结合的方法。2.4 地应力环境 地应力对于工程岩体来说是个独立的因素，对于地下工程的影响非常大。由于地应力测量工作量大、方法较复杂，难以确定其对工程的影响，只能在综合因素中反映，
8、如纵波波速和位移量。2.5 工程类别等综合因素 考虑岩石质量、结构面、水和地应力的综合反映，应用隧洞的自稳时间或塌落质量或巷道顶面的下沉位移量来反映工程的稳定性。3、岩体分级方法 工程岩体分级的目的是为工程岩体的稳定性判断提供依据。工程岩体分级方法有RQD分类方法，巴顿的Q系统分类方法，比尼奥斯基的地质力学RMR分类方法和中国国家标准工程岩体分级标准。3.1、RQD分类方法 岩石质量指标RQD是1964 年由Deere 等人提出的, 认为钻探获得的岩芯的完整程度与岩体的原始状态有关, 如裂隙、硬度、均质性等。用单位长度的钻孔中10cm以上的岩芯占有比例, 即以10cm以上岩芯长度之和与钻孔总长
9、度的百分比为依据分级的, 根据RQD 值的大小, 将岩体质量划分为5 类。3.2、Q系统分类方法 1974年挪威学者巴顿利恩与伦德提出了Q系统分类方法, 它主要考虑了岩体质量指标、节理组数、节理面粗糙度、节理蚀变程度、裂隙水影响因素、以及地应力影响因素等6项指标。其计算公式为: 其中岩体质量指标根据钻孔岩芯长度统计得出, 其余5项指标都给出了相应的表格, 可以查表得出。表示了岩体的完整性;表示了裂隙面的充填特征及风化蚀变程度;表示了水/应力对岩体质量的折减。在Q 分类系统中, 岩体质量指标Q 值的范为0.0011000, 据此将岩体分为9 级。3.3、RMR分类方法 RMR是美国宾州大学教授比
10、尼奥斯在 1973年提出的岩体分类统，即“评分系统”也称地质力学分类，是一种以定性为主的分级体系。早期主要用于隧道等地下洞石围岩分类，现在被推广至边坡、采矿、坝基、地基等工程。RMR 分类法根据完整岩块的单轴抗压强度 R 、岩石质量指标 RQD（R）、非连续面间距 R3、非连续面条件 R4、地下水条件 R5、与工 程结构相关的非连续面方向 R6 对岩体评分，根据下列式子求各段岩体的总分值，按照分值标准将岩体分为5级。然后根据 RMR 值，按下列式子可估计岩体的摩擦系数和凝聚力。其中, 为破坏时围岩的最小主应力； 为破坏时围岩的最大主应力； 为岩石的单轴抗压 强度； 是与材料有关的材料系数，可根
11、据三轴试验确定，也可采用以下公式计算，采用式(7)计算岩体的弹性模量。 对于扰动岩体： 对于未扰动岩体： 变形模量与RMR的关系:3.4、工程岩体分级标准 国标工程岩体分级标准是1994年颁布的国标分级采用分两步走的方法进行工程岩体分级，即: 先对岩体的基本质量划分级别; 再针对岩体的具体条件作出修正, 确定工程岩体级别。国标分级采用定性与定量相结合、经验判断与测试计算相结合的方法进行。基本质量分级主要考虑岩石的坚硬程度和岩体的完整程度2个分级因素。岩石的坚硬程度的定量指标用岩块的饱和单轴抗压强度表征; 定性指标是在现场通过锤击岩石声音的清脆程度击碎难易程度、锤击回弹情况以及吸水反映情况来确定
12、岩体的完整程度的定量指标用岩体完整性系数值, 即岩体与岩块弹性波波速之比的平方来表征; 定性指标是在现场通过调查结构面的组数、平均间距、张开度、充填物情况来确定。岩体基本质量指标值计算公式为：再考虑地下水、岩体软弱结构面和地应力对岩体基本质量的影响, 对值进行修正, 得出工程岩体质量指标值。表1 国标工程岩体分级标准BQ550550-451450-351350-251250级别4、工程岩体分类在工程中的应用 某洞室埋深为200 米，洞宽10 米，开挖走向从东至西，岩体中发育三组结构面。第一组为层理面，强风化，表面少粗糙，连续，方向为18010；第二组是节理面，微风化，稍粗糙，方向为18575；
13、第三组是节理面，微风化和稍粗糙，方向为9080。原岩单轴抗压强度为55MPa，RQD 值和平均断裂面间距分别为60%和0.4m。采用RMR 和Q 分类法，根据文献，RMR 和Q 分类中各个因素的取值分析如下。4.1 RMR 分类分析（1）岩体总体等级：原岩强度为55MPa，因此强度等级的保守值是6，根据其他条件，推断地下水条件在潮湿和湿润范围内，等级值范围为710；据平均RQD 值为60%，等级值约为12；据平均断裂面间距0.4m，等级值约为10，将四个等级值加在一起得6+(710)+12+10=3538；（2）用第一组结构面数据计算：据层理面强风化，表面少粗糙且分布连续，等级值为1、3、0；
14、在开挖处原位应力状态下可进行开挖评价，55MPa 应力意味着结构面的开度较低，等级值采用5；没有充填物可假设为6，结构面总的值为1+3+0+5+6=15。据倾斜方向，开挖沿走向，是一般的条件，相应的等级值调整为-5。基于第一组断裂面的全部RMR 值为(3538)+15=5053，查表，将岩体定义为一般岩体。考虑断裂方向进行-5 的等级调整，RMR 值减少到4548，不改变岩体的分类；（3）用第二组结构面数据计算：根据节理面性质选取对应的等级值5、3、-12；岩体中结构面是节理，延伸长度在12m，对应的等级值为2，同第一组一样，断裂面开度和充填物赋值为5 和6。结构面总的值为5+3+2+5+6=
15、21，全部RMR 值为(3538)+21=5659。查表，将岩体定义为一般岩体。考虑到结构面方向，进行-12 的方向调整，RMR 值减少为4447；（4）用第三组断裂面数据进行计算：力学特征与第二组一样，所以等级值为21，全部的RMR 值为5659，分类为一般岩体。方向等级调整为-5(走向垂直于开挖轴方向，将开挖逆倾向定义为一般)，使RMR 值减少为5154；总体评价：从上面的计算可看出，第二组结构面是导致岩体最危险的分类，可能的RMR 值为4447。用RMR、开挖跨度与自稳时间结合可知，在这样的岩体中10m 宽的开挖将导致立即坍塌，因此工程设计需要采用岩石稳定措施（比如支护和加固）。另外，可能也需要采用某种台阶法开挖形式，在小的导洞开挖成形后再进行系统的全尺寸的开挖。4.2 Q 分类分析（1）RQD 等级：根据RQD 的平均值为60%，其等级值取60；（2）节理组数Jn：有三组结构面，参数合适等级值为9；（3）节理粗糙度Jr：根据两种层理面的情况，将其等级值分别取为1.5 和3，但在计算时应选取一种代表最危险的断裂组合。对于泥岩，要对它的高度连续的层理面进行特殊考虑，所以采用3（4）节理蚀变度Ja：据层理面和节理情况，
