普氏岩石硬度系数知识.doc

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。额分类普氏分类土壤及岩石名称天然湿度下平均容重极限压 碎强度用轻钻孔机钻进1m开挖方法 及工具紧固系数Kg/m3Kg/cm2minf四类土壤 土含碎石重粘土，其中包括石炭纪、侏罗纪的硬粘土1950用尖锹并同时用镐和撬棍开挖1.01.5含有碎石、卵石、建筑碎料和重达25kg的顽石（总体积10%以内）等杂质的肥粘土和重壤土1950冰碛粘土，含有重量在50kg以内的巨砾，其含量为总体积10%以内2000泥板岩2000不含或含有重量达10kg的顽石1950松 石 含有重量在50kg以内的巨砾（占体积10%以上）的冰碛石2100小于200部分用手凿工具、部分用爆破米开挖1.51.2矽藻岩和软白垩岩1800胶结力弱的砾岩1900各种不坚实的版岩2600石膏2200次坚石 凝灰岩、和浮石11002004003.5用风镐的爆破法来开挖24灰岩多孔和裂隙严重的石灰岩和介质石灰岩1200中等硬变的片岩2700中等硬变的泥灰岩2300石灰石胶结的带有卵石和沉积岩的砾石22004006006.0用爆破方法开挖46 风化的和有大裂缝的粘土质砂岩2000坚实的泥板岩2800坚实的泥灰岩2500砾质花岗岩23006008008.5用爆破方法开挖68泥灰质石灰岩2300粘土质砂岩2200砂质云片岩2300硬石膏2900普 坚 石 严重风化的软弱的花岗岩、片麻岩和正长岩25008001000 11.5 用爆破方法开挖 810滑石化的蛇纹岩2400致密的石灰岩2500含有卵石、沉积岩的碴质胶结的砾岩2500砂岩2500砂质石灰灰质片岩2500 上一页123下一页 定额分类普氏分类土壤及岩石名称天然湿度下平均容重极限压 碎强度用轻钻孔机钻进1m开挖方法 及工具紧固系数Kg/m3Kg/cm2minf一 、 二类 土 壤 砂1500用尖锹开挖0.50.6砂壤土1600腐殖土1200泥炭600轻壤土和黄土类土1600用锹开挖并少数用镐开挖0.60.8潮湿而松散的黄土，软的盐渍土和碱土1600平均15MM以内的松散而软的砾石1700含有草根的密实腐殖土1400用尖锹开挖并少数用镐开挖0.60.8含有直径在30MM以内根类的泥炭和腐殖土掺有卵石、碎石和石屑的砂和腐殖土含有卵石、或碎石杂质的胶结成块的填土含有卵石、碎石和建筑料杂质的砂壤土三 类 土 壤肥粘土其中包括石炭纪、侏罗纪的粘土和冰粘土1800用尖锹并同时用镐和撬棍开挖（30%）0.811.0重壤土、粗砾石、粒径为15-40MM的碎石或卵石1750干黄土和掺有碎石或卵石的自然含水量黄土1790含有直径大于30MM根类的腐殖土或泥炭1400掺有碎石或卵石和建筑碎料的土壤1900 123下一页 定额分类普氏分类土壤及岩石名称天然湿度下平均容重极限压 碎强度用轻钻孔机钻进1m开挖方法及 工具紧固 系数Kg/m3Kg/cm2minf普坚石白云石27001000 200015.0用爆破 方法 开挖1012坚固的石灰岩2700大理岩2700石灰岩质胶结的致密砾石2600坚固的砂质片岩2600特坚石粗花岗岩28001200 140018.5用爆破 方法 开挖1214非常坚硬的白云岩2900蛇纹岩2600石灰质胶结的含有火成岩之卵石的砾石2800石英胶结的坚固砂岩2700粗粒正长岩2700具有风化痕迹的安山岩和玄武岩27001400 160022.0用爆破 方法 开挖1416片麻岩2600非常坚固的石灰岩2900硅质胶结的含有火成岩之卵石的砾岩2900粗石岩2600中粒花岗岩31001600 180027.5用爆破 方法 开挖1618坚固耐用的片麻岩2800辉绿岩2700玢岩2500坚固的粗面岩2800中粒正长岩2800非常坚硬的细粒花岗岩33001800 200032.5用爆破 方法 开挖1820花岗岩麻岩2900闪长岩2900高硬度的石灰岩3100坚固的玢岩2700安山岩、玄武岩、坚固的负页岩31002000 250046.0用爆破 方法 开挖2025高硬度的辉绿岩和闪长岩2900坚固的辉长岩和石英岩2800拉长玄武岩和橄榄玄武岩3300大 于 2500小 于 60用爆破 方法 开挖大 于 25 ：小塌方：塌方高度3m，或体积6m，或体积100m3；表1-9 按坚固性系数对岩石可钻性分级表 岩石级别坚固程度代 表 性 岩 石f最坚固最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的岩石。20很坚固很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩。15坚固致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石。10a坚固坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗岩。8比较坚固一般的砂岩、铁矿石6a比较坚固砂质页岩，页岩质砂岩。5中等坚固坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾石。4a中等坚固各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩。3比较软软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤。2a比较软碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，坚固的煤，硬化的粘土。1.5软软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。1a软软砂质粘土、砾石，黄土。0.8土状腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。0.6松散状砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤。0.5流沙状流沙，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤。0.3奥国矿物学家摩氏(Frederich Mohs)创立一种硬度表，作为评判矿物硬度的标准。最软者为滑石，最硬者为金刚石，共有十种矿物，定为十级，分别为： 滑石(Talc) 石膏(Gypsum) 指甲 2.5 方解石(Calcite) 铜币 3.5-4 萤石(Fluorite) 磷灰石(Apatite) 钢刀 5.5 玻璃 5.5 -6 正长石(Orthoclase) 钢锉 6.5 石英(Quartz) 黄玉(Topaz) 刚玉(Corundum) 金刚石(Diamond) 摩氏硬度表中所刊载的数字，并没有比例上的关系。例如正长石硬度6，并不表示他是方解石硬度的两倍，数字的大小仅表明硬度排行而已。当鉴定硬度时, 如果没有以上的摩氏硬度计, 可用其他东西代替,如小刀其硬度约为5.5;铜币约为3.5至4; 指甲约为2至3;玻璃硬度为6。 关于矿石硬度等级的划分矿石硬度等级Kg/cm2普氏硬度系数可碎性系数可磨性系数岩石实例很软2002000200.650.750.5硬花岗岩，玄武岩，含铁石英岩M. M. 普罗托齐雅科诺夫基于实际工程观察和模型试验结果，提出了天然平衡拱法分析围岩应力。此法在我国简称为普氏fk法，得到了普遍的应用。此法认为，洞室开挖后围岩一部分砂体失去平衡而向下塌落，塌落部位以上和两侧砂体，处于新的平衡状态而稳定。塌落边界轮廓呈拱形。若洞室侧围砂体沿斜面滑动，洞顶仍塌落后呈拱形。若有支撑或衬砌，作用在支撑或衬砌上的压力，便是拱圈以内塌落的砂体重量，而拱圈以外的砂体已维持自身平衡。这个拱便称为“天然平衡拱”。设洞壁铅直，把侧围三角形滑塌体内最大主应力方向视为铅直的，则天然条件下滑塌斜面就会与侧壁呈45/2的夹角。由此，对散粒土体根据静力平衡的平面问题做出假定条件后，便可求出拱圈(塌落体)高度。普氏将此方法推广到岩体上，认为被许多裂隙切割的岩体也可以视为具一定凝聚力的松散体，并认为坚固系数为岩石抗压强度的1100；对fk4的岩土，按上述方法计算洞顶和洞壁的围岩压力；对fk4的岩石，则只有洞顶出现围岩压力，一般没有侧壁围岩压力。fk反映了岩土强度特性。软弱岩石fk值均小于4，土的fk值均小于1.0。对于40的浮砂及饱水淤泥，一般可按静水压力原则计算围岩压力。普氏平衡拱理论有一定优点，把塌落体的重量视为围岩压力，很直观，易理解，也有理论根据。但把所有围岩塌落体均视为拱形，便有很大局限性。实际上，除一般土体外，岩体塌落体大都不呈拱形。普氏理论完全不考虑岩体结构、构造应力，特别是围岩应力重分布的影响。目前，由于长期实践，多数部门仍沿用坚固系数fk，并按fk法确定围岩塌落的拱高度，计算围岩压力。当确定岩体坚固系数时，使其带有经验性质的系数，即反映了岩体具体的地质条件，如岩性、风化破碎及构造特征等，便更符合实际。尽管如此fk法最好只用于土体和软弱岩体，对坚硬岩石的围岩应具体分析岩体结构等特征，去确定围岩压力熟悉新奥法施工的原理和技术要点；了解矿山法(爆破法)的原理及技术要点；熟悉掘进机法、盾构法的特点及适用条件；了解太沙基理论的分析方法；熟悉土体应力、地应力、应变测试和弹性波测试方法及应用。15.1 散体地压的两种计算方法l 地压的普氏计算方法(1) 破碎岩石强度条件的修正围岩未破碎时的强度条件： =c+tan 15.1-1产生散体地压时，非弹性变形区内的岩石已被破坏，c、值有所降低，强度曲线由原来的AA/，变BB/，如图15.1-1所示，相应c、值降低为c/、/。由于降低后的c/、/很难测定，且松散岩体黏聚力很低，故可以通过原点的斜直线OD近似代替BB/，即用角相对于角的变化，反映c、的降低值c/、/。称角为“似内摩擦角”或“内阻力角”。因此，破碎岩石的强度条件近似为：=tan。式中tan=，为普氏坚固性系数，=Sc/100(Sc为岩石单轴抗压强度)。【例题1】按照地压的普氏理论，破碎岩石的强度近似条件为：=tan，岩石破碎前、后的内摩擦角分为、/，关于及、/的比较，下列各项中正确的是( )。A、/；B、/；D、/；答案：A【例题2】当地下洞室的围岩产生散体地压时，被破坏的岩石是指( )。A、弹性变形区内的岩石；B、塑性变形区内的岩石；C、被软弱结构面切割成块体的围岩；D、原已破碎的围岩；答案：B、C、D(2)平巷地压普氏计算法普氏理论即自然平衡拱理论。其主要之点是：视冒落岩体为具有一定凝聚力的松散体；巷道顶板的冒落形式呈拱形最终稳定下来，这种拱称作自然平衡拱；自然平衡拱的轮廓线是一条抛物线。 如图15.1-2所示，拱上作用有均布重力荷载q，取脱离体OM，如图15.1-2(b)，设M点的坐标为x、y。作用于OM上的外力有右半拱的水平推力T，垂直均布荷载q和左半半拱被截掉部分的反力R。由拱的平衡条件取MM=0普氏坚固性系数可按单轴抗压强度的百分之一，Sc/100。为了更确切的反映岩体的实际强度，可结合地下工程具体条件加以修正。【例题3】按照普氏理论，对于产生散体地压的围岩，其作用于支护结构上的压力为( )。A、大于拱内岩石的重量；B、等于拱内岩石的重量；C、小于拱内岩石的重量；D、以上A、B、C三种情况均有可能产生；答案：B【例题4】关于普氏坚固性系数，下列各项中不正确的是( )。A、可按单轴抗压强度的百分之一；B、可按抗剪强度的百分之一；C、为了更确切的反映岩体的实际强度，值可结合地下工程具体条件加以修正； D、可按抗拉强度的百分之一； 答案：B、D【例题5】自然平衡拱理论是指( )。A、普氏理论；B、太沙基理论；C、TBM施工理论；D、NATM施工理论； 答案：A【例题6】按照普氏理论，自然平衡拱的轮轮廓线为( )。A、一条直线；B、一条对数线；C、一条单曲线；D、一条抛物线；答案：D2 地压太沙基计算方法太沙基理论也把破裂岩体看成松散体。它的特点是从应力传递的概念出发，推导出作用于支架上的垂直应力计算公式。当巷道埋深不大时，支护结构的弯曲和下沉引起覆盖岩层下滑，【例题8】太沙基计算法的适用范围是( )。A、一般用于埋深不大的巷道地压计算；B、一般用于埋深较大的巷道地压计算；C、一般用于冲击地压计算；D、一般用于变形地压的计算；答案：A从松散体理论分析围岩压力计算公式中，不难看出，产生围岩压力的根本原因，在于两种不同的土体塌落：整体塌落或土柱底部局部塌落，从而建立两种围岩压力的计算公式。当埋深较浅，土柱重量(作用力)大于土柱两侧的摩擦力和粘结力(反作用力)，地层不能形成拱作用，开挖地道时所引起的应力重分布会波及到地表面，这时土体塌落是整体的塌落；当埋深较大时，土柱两侧的摩擦力和粘结力迅速增大，并大于土柱的重量，这时地层能形成拱作用，地层中应力重分布不波及地面，土柱底部局部变形或塌落便是土层压力的来源。由此不难看出，土柱理论和压力拱理论是相联系的，土柱的稳定是压力拱存在的必要条件。如果从整体来看土柱不能处于稳定平衡状态，压力拱当然也不可能形成。【例题9】某地下洞室以上覆盖层为松散破碎体，按照太沙基理论，下列各项中不正确的是( )。A、土体塌落为整体塌落，作用于支护结构上的力由塌落土体的重量决定；B、土体塌落为局部塌落，作用于支护结构上的力由拱内塌落土体的