5.1工程岩体分类.doc

5工程岩体分类5. 1 概 述5.1.1基本状况由于岩石本身性质不同，又由于岩体中各种结构面的差异，并且还有风化程度、水的影响、施工状况、区域特征和赋存环境等也各有区别。即使是同一类岩体，由于工程规模大小以及工程类型不同或者所处的区域不同，其力学属性和岩体质量评价也会有不同。因此，为了便于交流异地试验结果、施工经验、研究成果；合理地对地下工程进行设计、施工，保障地下工程的稳定和安全，促进先进技术的发展提高及其推广应用，应当对岩体进行分类。工程岩体分类的直接用途，是为岩体工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据或基本参数。在众多的岩体分类方法中，普氐分类是对我国影响较深远的一种。它是由俄国学者普罗托奇雅阔诺夫在1907年提出的，分类中考虑了钻爆法施工时炸药消耗率、钎杆磨损率，岩石坚固性系数（普氏系数）等十多种分类因素。除岩石坚固性系数外，其它与钻爆法施工工艺、机具和炸药消耗有关的因素，随着科学技术的发展而被淘汰。这是因为，当今的钻爆工艺、机具和炸药己无法用普氐时代的标准来衡量，普氐时代定义的相关因素分类指标己经远不适合于当今的工艺特点和材料属性；而岩石坚固性系数是岩石本身固有属性，是不容易变化的。普氏系数的定义为（5.1）式中，为岩石试件的单轴抗压强度，单位为。由于该式简单实用、便于记忆，因此，在我国现行的设计手册和工程标准定额及概、预算中仍有沿用。但是，现行的普氐分类方法，仅以岩块单向抗压强度为分类依据，显然不能作为客观评价岩体质量和当今工程岩体稳定性的依据，应用时，要慎重。日本学者（池田和彦）在上世纪50年代提出的用弹性波进行围岩分类法，特别是用龟裂系数表示岩体中结构面的状况，引起了各国学者的重视。美国学者（Deere,1963）提出的以钻孔岩石取心率为基础的法，自上世纪60年代以来已在国际上广泛应用。以上提及三种分类都是典型的单因素分类法。另外，斯梯尼（Stini,1950）提出的巷道围岩稳定性分类方法；毕昂斯基（Bieniawski，1974）提出的岩体综合质量分类法RMR法；巴顿（Barton，1974）的隧道工程的Q分类法等多因素分类法，在国际上也有着广泛的影响。我国在上世纪70年代中期，与岩土工程有关的部门，如铁道、地质、煤炭、冶金、水电、工程兵等都陆续提出了工程岩体分类，1994年11月颁布了国家标准的工程岩体分级标准，提出了统一的适合各类型岩体工程的岩体分类法。国内外各种工程岩体分类有几十种，每一种分类都有各自的优点和相应的适用条件。但遵循相同的一般原则，考虑了多个相同的因素。其发展趋势为多因素综合考虑、定量与定性、动态与静态相结合分类的方法。本章以下各节将分别介绍几种典型的单因素和多因素分类方法。5.1.2 一般原则工程岩体分类一般原则为：(1)有明确的岩体工程背景的和使用对象。(2)分类应尽可能采用定量参数或综合指标，以便于工程技术计算和制订定额时采用。 (3)分类的级数应合适，不宜太多或太少，一般都分为五级。(4)分类方法与步骤应简单明了，分类参数容易获取，分类中的数字便于记忆和应用。(5)根据适用对象，选择有明确物理意义、对岩体质量和围岩稳定性有显著影响的分类因素。5.1.3 工程岩体分类通常考虑的因素工程岩体分类虽然多达几十种，但通常考虑的因素可归纳为如下几种： （1）岩石强度岩石强度是岩体固有的承载能力天然属性，是评价工程岩体稳定性的重要参数。表示岩石强度的参数，通常由室内岩块试验获得，包括岩石的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。由于岩石的单轴抗压强度，试验简单、参数直观、便于记忆，使用方便，符合工程岩体分类原则。因此，几乎所有的工程岩体分类中都用岩石的单轴抗压强度作为分类指标。 (2) 岩体的完整性 通过岩体性质的学习知道，岩体的完整性取决于岩体内结构面的空间分布状态、分布密度、开度、充填状态及其充填物质的特性等因素。它直接影响岩体工程质量的优劣，影响工程围岩的整体稳定性。所以岩体完整性的定量指标是表征岩体工程性质的重要参数。在岩体分类中能定量地反映结构面影响因素的方法有直接法和间接法两种。直接法就是通过岩体临空面勘探或钻探，测取结构面的组数、间距、产状等基本特征数据，然后计算出岩体的完整性指标，例如裂隙率、切割度、岩石质量指标（RQD）等。间接法就是利用物探手段，测取岩体中的相关特征数据，分析测试数据求出描述岩体的完整性指标。例如，测试岩体的弹性波速度，利用弹性波在岩体中的传播速度定义岩体的完整性指标。另外，风化作用也是影响岩体完整性的较重要因素，目前只有定性的描述，例如强风化、中风化、弱风化等，没有明确、有效的定量描述指标。 (3)水的影响水对岩体质量的影响在前面已提及，包括两个方面：一方面是岩石及结构面充填的物理化学作用，使其物理力学性质劣化；另一方面是水与岩体相互相耦合作用下的力学效应，包括裂隙水压力与渗流动水压力等的力学作用效应，减少了岩体内的有效应力，降低了岩体的剪切强度、改变了岩体中的应力场和破坏机理，直接影响岩体工程的稳定性。在工程岩体分类中通常根据岩体的单位出水量来修正分类指标，用软化系数来表示岩体强度的降低程度。（4）地应力岩体的变形、破坏、工程的稳定性均与地应力有关，所以，地应力应该是工程岩体分类中的重要因素之一。但由于地应力测试困难、其大小和方向分布区域性明显，不易用简明的统一指标来描述，因此，通常工程岩体分类中并没有将地应力作为独立因素考虑，只个别分类方案中作了定性的描述。 （5）工程围岩的稳定性 围岩的稳定性是以上各因素的综合