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1、第五章第五章 工程岩体的工程岩体的分类分类本讲稿第一页，共三十一页教学目的：了解工程岩体的分类目的和原则，了解工程岩体的分类目的和原则，有代表性的分类方法。有代表性的分类方法。学时分配：学时分配：4学时学时9/24/2022山东科技大学2本讲稿第二页，共三十一页3第一节第一节 概述概述一一.对岩体性质的好坏怎样进行概括的认识。对岩体性质的好坏怎样进行概括的认识。u建立一个评价体系。从定性和定量2方面评价岩体的工程性质，根据工程类型及其使用目的对岩体进行分类，也是岩体力学的最基本的研究课题之一。u简单的分类到多参数的分类，定性的分类到定量的分类。处于发展过程中。9/24/2022山东科技大学本讲
2、稿第三页，共三十一页4二二.目前，代表性的分类目前，代表性的分类u岩石饱和单轴强度分类根据强度值，坚硬到极软等级区分岩石质量的好坏。u岩石RQD分类根据修正的岩心采取率,评价岩体中结构面的发育程度，评价岩体的完整性。u巴顿的Q分类法隧道工程的岩体分类。u我国的工程岩体分类标准。u不下几十种分类方法。u各有优缺点，各有适用条件。9/24/2022山东科技大学本讲稿第四页，共三十一页一、分类的目的一、分类的目的u1）分类目的）分类目的为为工工程程施施工工机机设设计计提提供供计计算算参参数数和和依依据据，达达到到工工程程经经济济、合合理理和和安安全全之之目目的的。因因为为用用前前面面学学过过的的简简
3、单单的的岩岩石石、岩岩体体力力学学指指标标参参数数不不足足以以全全面面指指导导岩岩石石工工程程，保保证证安安全全经经济济；另另外外，分分类类要要给给定定范范围围，不不是是一一个个像像岩岩石石、岩岩体体那那样的单一确定指标。样的单一确定指标。第二节第二节 工程岩体分类的目的与原工程岩体分类的目的与原则则9/24/2022山东科技大学5本讲稿第五页，共三十一页u2）分）分类类种种类类（1）通用分类：）通用分类：原原则则的的、大大致致的的分分类类，未未针针对对专专门门的的工工程程领领域域，供供各学科领域各部门安全使用的分类。各学科领域各部门安全使用的分类。（2）专用分类：）专用分类：专专为为某某项项
4、工工程程目目的的服服务务的的分分类类，考考虑虑因因素素少少一一些些，深深入、细致。入、细致。9/24/2022山东科技大学6本讲稿第六页，共三十一页二、工程岩体分类原则二、工程岩体分类原则（1）确定种类。）确定种类。（2）定量）定量便于使用。便于使用。（3）级数适合）级数适合一般五级。一般五级。（4）分类方法和计算步骤应简单明了，便于记忆应用。）分类方法和计算步骤应简单明了，便于记忆应用。（5）因因素素要要独独立立基基本本因因素素：结结构构面面、岩岩块块质质量量（力力学学特特性性）、风化、水、地应力、工程施工条件和规模。）、风化、水、地应力、工程施工条件和规模。（6）指标应是综合的。）指标应是
5、综合的。9/24/2022山东科技大学7本讲稿第七页，共三十一页三、工程岩体分类的独立因素的分析三、工程岩体分类的独立因素的分析从从工工程程观观点点看看，影影响响岩岩体体工工程程性性质质的的因因素素，起起主主导导和和控制作用的因素有以下几方面。控制作用的因素有以下几方面。（1）岩石材料的质量）岩石材料的质量主要是强度和变形性质，一般用室内岩块试验的单轴抗压主要是强度和变形性质，一般用室内岩块试验的单轴抗压强度强度Rc 来反映来反映 。（2）岩体的完整性）岩体的完整性反映结构面的产生及面内充填物法，一般反映结构面的产生及面内充填物法，一般2种方法或指标。种方法或指标。直接法：结构面的充填物及结构
6、面形状、分布规律。直接法：结构面的充填物及结构面形状、分布规律。9/24/2022山东科技大学8本讲稿第八页，共三十一页例：节理组数、间距、切割度例：节理组数、间距、切割度Xe、裂隙度、裂隙度K、体积裂隙率。、体积裂隙率。间接法：岩体弹性纵波速度。间接法：岩体弹性纵波速度。（3）水）水水使岩石及结构面内充填物的力学性质恶化。水使岩石及结构面内充填物的力学性质恶化。水沿结构面形成渗透，影响稳定性。水沿结构面形成渗透，影响稳定性。（4）地）地应应力力是是一一个个独独立立的的因因素素，但但测测量量较较难难，一一般般用用其其他他的的参参数数代代替替，例波速，岩体位移。例波速，岩体位移。l总总结结：主主
7、要要是是质质量量、结结构构面面、水水和和地地应应力力等等综综合合因因素素反映。反映。9/24/2022山东科技大学9本讲稿第九页，共三十一页第三节第三节 工程岩体代表性分类工程岩体代表性分类 一、按岩石的单轴抗压强度（c）分类u（一）单轴强度l 表5-1岩石按抗压强度分类类别类别岩石单轴抗压强岩石单轴抗压强Rc（MPa）岩石类别岩石类别250160特坚岩特坚岩160100坚坚岩岩10040次坚岩次坚岩垂直层面（1.67）变化（压力大，速度）u结构面的存在使波速下降。l中科院地质所分类（见下表5-5）4类：块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。指标：波速Vp；岩土体/岩块，Vp之比；波可接收距
8、离（m）。9/24/2022山东科技大学15本讲稿第十五页，共三十一页类别类别弹性波指示弹性波指示块状结构块状结构层状结构层状结构碎裂结构碎裂结构散体结构散体结构波速波速Vp（m/s）范范 围围采用值采用值最小值最小值4000500045003500300040003500250020003500275015000.80.80.60.50.80.650.50.30.60.450.30.40.3可接收距离可接收距离（m）范范 围围最小值最小值51033521315.04.84.2好好1开开挖挖面面有有涌涌水水时时，分分类类要降一级；要降一级；2膨膨胀胀性性岩岩石石（蛇蛇纹纹岩岩，变变质质安安山山
9、岩岩、石石墨墨片片岩岩、凝凝灰灰岩岩、温温泉泉余余土土）的的弹弹性性波波速速值值。要要特特殊殊考考虑虑这这种种 情情 况况 其其 速速 度度 值值 小小 于于4.0km/s，泊泊松松比比大大于于0.3；3对对风风化化岩岩层层泊泊松松比比小小于于0.3时时，分分类类要要提提高高一一级级到两级；到两级；4单位：单位：km/s25.04.44.84.24.23.634.64.04.84.24.43.83.83.22.6中中等等44.23.04.43.84.03.43.42.82.62.053.83.24.03.43.63.03.02.42.21.61.81.2差差63.43.62.62.61.81.
10、40.871.41.09/24/2022山东科技大学17本讲稿第十七页，共三十一页四、综合指标分类四、综合指标分类一般按多种参数进行综合指标分类一般按多种参数进行综合指标分类u（一）Franklin岩石工程坚固性分类指标，点荷强度；结构面间距，双因素分类。u（二）岩体的岩土力学分类参数：五个通用参数，一个修正参数。给定总的岩体评分值（RMR）作为衡量岩体工程质量的“综合特征值”，0100。9/24/2022山东科技大学18本讲稿第十八页，共三十一页第四节第四节 我国工程岩体分级标准我国工程岩体分级标准（GB5021394）一、工程岩体分级的基本方法一、工程岩体分级的基本方法l（一）确定岩体基本
11、质量坚硬度和完整性（分类 5类）6060603030151555坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩9/24/2022山东科技大学19本讲稿第十九页，共三十一页lRc60坚硬岩,Rc0.750.15m-mass r-rockVpm岩体弹性纵波速度（km/s）Vpr岩石弹性纵波速度（km/s）or用Jv来核算Kv9/24/2022山东科技大学20本讲稿第二十页，共三十一页 表5-16Jv与Kp对照表结论：Kv与定性划分的岩体完整程度对应。完整性分5类 完整极破碎表5-17 Kp与定性划分的岩体完整程度的对应关系 Jv（条/m3）35Kp0.750.750.550.550.250.350.150
12、7530.750.550.550.350.350.150.15完整程度完 整较完整较破碎破 碎极破碎9/24/2022山东科技大学21本讲稿第二十一页，共三十一页（二）岩体基本质量分级（二）岩体基本质量分级u1岩体基本质量指标（BQ）式中，BQ岩体基本质量指标；Rc岩石单轴饱和抗压强度（MPa）；Kv岩体完整性指数值。l注：两条限制，Rc与Kv关系，Kv与Rc关系，有矛盾。9/24/2022山东科技大学22本讲稿第二十二页，共三十一页u2按计算所得的BQ值按表5-18进行岩体基本质量分级，共分5级，BQ值550550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
13、硬岩岩层，岩体较完整较软岩，岩体完整45035坚硬岩，岩体较破碎软坚硬岩，岩体较破碎破碎较软岩或软坚硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整较破碎；软岩，岩体完整较完整350251软软岩，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450450351350251250潮湿或点滴状出水00.10.20.30.40.6淋雨状或涌流状出水，水压小于等于0.1MPa或单位出水量10L/(minm)0.10.20.30.40.60.70.9淋 雨 状 或 涌 流 状 出 水，水 压 大 于0.1MPa或 单 位 出 水 量 大 于10L/(minm)0.20.40.60.70.91.09/24/202
14、2山东科技大学25 表表5-19 地下水影响修正系数地下水影响修正系数k1本讲稿第二十五页，共三十一页 表5-20 主要软弱结构面产状影响修正系K2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30结构面倾角3075结构面走向与洞轴线夹角75其他组合K20.40.600.20.20.49/24/2022山东科技大学26本讲稿第二十六页，共三十一页 表5-21 初始应力状态影响修正系数K3K3BQ初始应力状态55055045145035135025126.5602.1330.260502.11.533200.20.2526.524.550391.50.72060.250.324.522.
15、539270.70.261.30.30.3522.5270.20.359/24/2022山东科技大学29本讲稿第二十九页，共三十一页表5-23岩体结构面抗剪断峰值强度序号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C（MPa）1坚硬岩，结合好370.222坚硬较坚硬岩，结合一般；极软岩，结合好37290.220.123坚硬软坚硬岩，结合差；较软岩软岩，结合一般29190.12E0.084软坚硬软软财，结合差结合很差；软岩、结合差；软质岩的泥化面19130.080.055软坚硬岩及全部软质岩，结合很差；软质岩泥化层本身130.059/24/2022山东科技大学30本讲稿第三十页，共三十一页
16、u（二）地下工程岩体自稳能力的确定表5-24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，无塌方跨方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9/24/2022山东科技大学31本讲稿第三十一页，共三十一页