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1、1,岩石力学与工程,ROCK MECHANICS AND ENGINEERING,3.2 岩体分类理论与方法,2,3.2 岩体分类理论与方法主要内容,1 岩体分类的目的和意义 2 岩体分类的原则 3 分类的独立因素 4 几种典型的分类理论和方法,3,3.2 岩体分类的理论与方法,3.2.1 分类的目的与意义 （1）分析、评价工程岩体稳定性的需要。 （2）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额和概预算提供必要的基本依据。 （3）便于设计、施工方法的总结,交流,推广。 （4）为便于行业内技术改革和管理。 体现：安全、经济、发展的思想，岩体分类是岩石力学研究领域的重要基础性课题。 举例说明,4,
2、3.2.2. 分类原则,(1）有明确的类级和适用对象（专题性的、综合性的)。 （2）根据适用对象，选择考虑因素（单因素、多因素）。 （3）有定量的指标。 （4）类级一般分五级为宜。 （5）分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。 发展趋势：“多因素、综合特征值”分类法,5,3.2.3 分类的独立因素,（1）岩石材料的质量（强度指标）。 （2）岩体的完整性，密集度、切割度、连续性等。 （3）岩体结构面产状与岩体工程的相对空间位置关系等。 （4）地下水（软化、冲蚀、降低有效正应力、c、） （5）地应力（大小、最大主应力方向） （6）其它因素（自稳时间、位移率） 其中（1）（2）是岩石基本质量，（3）
3、（6）是考虑工程岩体特点的其它因素,6,3.2.4 几种典型岩体分类理论和方法,1.按岩石的单轴抗压强度c分类 岩石普氏系数(f=c/10)分类法 （ ，1907 ）,极硬（f20）、 很硬（f15）、 坚硬（f810）、 较硬（f56）、 普通（f34）、 较软（f1.52）、 软层（f0.81）、 松软（f1）等8类。,优点：简单方便、工程早期，普氏系数在我国现行设计手册、工程定额、 概预算仍沿用。 缺点：小尺寸试件不能反映岩体强度，应予淘汰。由此可推按单轴抗压强 度进行分类的方法均应予淘汰。,7,2.按岩体完整性分类,a.按岩石质量指标 RQD 分类 （Rock Quality Desi
4、gnation） 迪尔（Deere,D.U.) , 1963提出, 又与裂隙特性联系1967, 1969 美国伊利诺斯大学（Illinois University）教授 规定：内径56mm 金刚石钻头 RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10cm的岩芯总长度与钻孔长度的比，百分数表示为：,工程实践说明，RQD是一种比岩芯采取率更好的指标。,8,用RQD值来描述岩石的质量分级,9,例 某钻孔的长度为250cm，其 中岩芯采取总长度为200cm,而 大于10cm的岩芯总长度为 157cm(如图所示)， 则岩芯采取率： 200/250=80% RQD=157/250=63% 岩体分类为：类、中等岩
5、体,10,b. 以弹性波（纵波）速度分类 依据：弹性波速变化来反映岩体结构特性和完整性。,梅里特（Merritt)提出龟裂系数(Kv)：,Merritt的龟裂系数岩体分类,11, 中科院地质所根据岩体结构的分类，列出了弹性波在各类岩体中传播特性。,12, 日本，池田和彦，1969年提出了日本铁路隧道围岩分类； 先将岩质分6类,再根据弹性波在岩体中的速度,将围岩分为7类,13, 岩体的地质力学分类（CSIR分类) 毕昂斯基(Bieniaski,1973)提出RMR(Rock Mass Rating)值分类法 南非科学和工业委员会（CSIR),式中：R1-岩石抗压强度评分，R2-RQD评分，R3-
6、节理间距评分， R4-节理状态评分， R5-地下水状态评分， R6-节理的方向对工程的影响修正评分， 这6个指标分别由如下各表来确定。,3.按岩体综合指标分类1,14,1）与岩石强度相关的岩体评分值R1可以用标准试件进行单轴压缩来确定，也可由点荷载试验确定。,15,2）岩石质量指标RQD评分R2,3）对应于节理组间距的岩石评分值R3,节理间距评分值R3,16,4）与节理状态相关的岩体评分值R4,17,5）与地下水状态相关的岩体评分值R5,18, 1973，南非科学和工业委员会（CSIR) 毕昂斯基(Bieniaski)提出RMR计算式 1979年，提出修正RMR计算式 为什么要考虑节理方向对工
7、程是否 有利（R6 ）修正前五个评分之和 ？ 看下面的几幅图的情况，如何？,19,20,6）考虑节理方向对工程是否有利来修正前五个评分之和R6,21, 根据6个参数之和RMR值，把岩体的质量划分为五类,22,本分类还给出了对岩体稳定性（隧洞岩体自稳时间）以及对应的岩体c,值,适用：坚硬、节理岩体，浅埋隧道 不适用：挤压、膨胀、涌水的及软岩体。,23, 巴顿岩体质量分类（Q分类) 巴顿(Barton,1974)提出Q值分类法 挪威岩土工程研究所（Norwegian Geotechnical Institute)（NGI),式中：RQD-岩石质量指标，Jn-节理组数，Jr-节理粗糙系数， Ja-节
8、理蚀变系数， Jw-节理水折减系数， SRF-应力折减系数，,3.按岩体综合指标分类2,24,25,Q分类的优点： 1）考虑因素相对全面； 2）适用于各种岩石（软、硬）； Q分类的缺点： 没有考虑节理方位（怕失去简单的特点，影响通用性）,26, 我国工程岩体分级标准 （GB50218-94） 分两步计算： 1）岩体基本质量分级计算BQ 2）岩体稳定性分级计算BQ,判断分类。,3.按岩体综合指标分类3,27,1 工程岩体分级的基本方法 1）计算BQ (1）确定岩体基本质量 两个指标：岩石的坚硬程度c； 岩体完整性指数Kv。 a.岩石坚硬程度的确定 岩石坚硬程度采用岩石单轴饱和抗压强（ c ）,2
9、8,c与定性划分的岩石坚硬程度的关系,b.岩体完整性指数（Kv）的确定。 用弹性波测试，计算龟裂系数Kv。 选择有代表性露头或开挖面，对不同的工程地质 岩组进行节理裂隙统计，节理数（Jv）(条/m3),29,Jv与 Kv的对照关系,Kv与岩体完整性程度定性划分的对应关系,30,（2）基本质量分级 a.计算岩体基本质量指标BQ BQ=90+3C+250KV 式中： C岩石单轴饱和抗压强度,MPa; KV岩体完整性指数值 注：当C 90KV+30,代C 90KV+30 当KV0.04 RC+0.4,代KV0.04 RC+0.4,31,b.按计算所得的BQ值分级,32,2）结合工程情况，计算岩体基本
10、质量指标修正 值BQ BQBQ100(K1+K2+K3) K1 地下水影响修正系数； K2 结构面产状影响修正系数； K3 地应力影响修正系数。,33,34,35,BQBQ100(K1+K2+K3),BQ=90+3C+250KV,36,按计算所得的BQ值分级,BQBQ100(K1+K2+K3),37,2.工程岩体分级标准的应用2条 （1）岩体物理力学参数的选用,38,39,（2）地下工程岩体自稳能力的确定,注：小塌方：塌方高度6m，或体积100m3；,40,我国工程岩体分级标准 （GB50218-94）的评价 优点： 1）对地下隧道适用性较强； 2）能反映岩体基本质量分级计算BQ 3）考虑工程岩体特性（地下水、节理与工程位置关 系、地应力计算BQ,判断分类。 缺点： 对边坡岩体 和地基岩体的分级研究较少。,41,结束语,