第六章+工程岩体分级

1、第六章第六章 岩土工程地质分级与分类岩土工程地质分级与分类 n岩土工程岩土工程分级目的和常用指标分级目的和常用指标 n工程地质分级的代表性方案工程地质分级的代表性方案 n土分类常用的土分类常用的指标指标 n土的工程分类方案简介土的工程分类方案简介 本章提要本章提要 n工程岩体分级目的和常用的指标；工程岩体分级目的和常用的指标； n工程岩体分级的代表性方案；工程岩体分级的代表性方案； n土分类常用的指标；土分类常用的指标； n土的工程分类方案简介。土的工程分类方案简介。 6.1 6.1 工程岩体分级工程岩体分级 1 1、围岩分级的目的、围岩分级的目的 对工程岩体稳定性做分析判断的数值计算和物对工

2、程岩体稳定性做分析判断的数值计算和物 理模型试验，要求事先进行相当详尽的地质勘察和理模型试验，要求事先进行相当详尽的地质勘察和 岩石力学试验研究，花费人力和财力很多。地质条岩石力学试验研究，花费人力和财力很多。地质条 件复杂时，前期工作往往拉得很长，这种方法一般件复杂时，前期工作往往拉得很长，这种方法一般 用于大型或重要的工程。用于大型或重要的工程。 针对不同类型岩体工程的特点，根据影响岩体稳针对不同类型岩体工程的特点，根据影响岩体稳 定性的各种地质条件和岩石物理力学特性，将工定性的各种地质条件和岩石物理力学特性，将工 程岩体分成稳定性程度不同的若干级别，以此为程岩体分成稳定性程度不同的若干级

3、别，以此为 标尺作为标尺作为评价岩体稳定的依据评价岩体稳定的依据，是岩体稳定性评，是岩体稳定性评 价的一种简易快速的方法。价的一种简易快速的方法。 根据根据少量建议的地质勘察和岩石力学试验少量建议的地质勘察和岩石力学试验就能据就能据 以确定岩体级别，作出岩体稳定性评价，给出相以确定岩体级别，作出岩体稳定性评价，给出相 应的物理力学参数，为工程建设的勘察、设计、应的物理力学参数，为工程建设的勘察、设计、 施工和编制定额提供施工和编制定额提供必要的基本依据必要的基本依据。 2 2、影响岩体工程性质的主要因素、影响岩体工程性质的主要因素 影响因素很多，从工程观点来说，主要包括：影响因素很多，从工程观

4、点来说，主要包括： 岩石强度；岩石强度； 岩体完整性；岩体完整性； 风化程度；风化程度； 水的影响。水的影响。 ？岩石和岩体的区别 ？如何评价岩石的强度 ？什么是岩体的完整性 岩石：岩石：矿物的集合体，无显著软弱结构面矿物的集合体，无显著软弱结构面 岩体：岩体：岩石的地质综合体，被各种地质界面岩石的地质综合体，被各种地质界面 分割成大小不等、形状各异的许多块体。其工程分割成大小不等、形状各异的许多块体。其工程 性质严格受其结构面的控制。性质严格受其结构面的控制。 ：岩石抵抗外荷不被破坏的能力。岩石抵抗外荷不被破坏的能力。强度特性强度特性 单轴抗压强度单轴抗压强度 岩石在单轴压缩荷载作用下达到破

5、坏前所能承岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承 受的最大压应力，又称为非限制性抗压强度。受的最大压应力，又称为非限制性抗压强度。 A P Rc A P 3 3、围岩分级的指标、围岩分级的指标 Ctg s 抗剪强度抗剪强度 A P 抗剪断强度：在垂直压力和水平方向上施加的剪应抗剪断强度：在垂直压力和水平方向上施加的剪应 力作用下，岩石试件被剪断。力作用下，岩石试件被剪断。 抗剪强度：具有先存剪切面下，在垂直压力和水平抗剪强度：具有先存剪切面下，在垂直压力和水平 剪切力下，试件发生剪切滑动。剪切力下，试件发生剪切滑动。 抗切强度：无垂直压力，在水平剪切力试件剪断。抗切强度：无垂直压力，在水平剪

6、切力试件剪断。 岩体弹性波速：岩体弹性波速： 坚硬完整岩体中坚硬完整岩体中 纵波速度值高，纵波速度值高， 软弱破碎岩体软弱破碎岩体低低 Kv=(Vpm / Vpr) 2 * * Vpm:岩体纵波速度岩体纵波速度 * * *Vpr : :同类岩石完整岩块纵波速度同类岩石完整岩块纵波速度 * * 岩石质量指标岩石质量指标RQD 修正的岩芯采取率。选用坚固完整的、其程度等于或大于修正的岩芯采取率。选用坚固完整的、其程度等于或大于 10cm 岩芯总长度与钻孔长度之比，并用百分数表示。岩芯总长度与钻孔长度之比，并用百分数表示。 6.26.2工程岩体分级的代表性方案工程岩体分级的代表性方案 1. 工程岩体

7、分级一般应尽量满足如下要求： （1）形式简单，含义明确，便于实际应用，一般以五、六 级为宜； （2）分级参数要包括影响工程岩体稳定性的主要参数，它 们的指标应能在现场或室内快速、简便地获取； （3）评价标准应尽量科学化、定量化和简明实用。 2. 几种国内外应用较广、影响较大的分类方法。 岩体的岩体的Q分类法分类法 岩石的岩石的RMR分类法分类法 工程岩体分级标准工程岩体分级标准 岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范 一、一、Q分类分类 挪威学者挪威学者Barton提出的，适用于隧道建设的围岩分类。根据提出的，适用于隧道建设的围岩分类。根据 定量、定性的参数所赋予的值，计算定量、定性的参数所赋予的值

8、，计算Q值的大小，确定围岩质值的大小，确定围岩质 量的好坏。量的好坏。 宾尼奥夫斯基宾尼奥夫斯基节理岩体地质力学分类（节理岩体地质力学分类（ RMRRMR分级系统）分级系统） 宾尼奥夫斯基（宾尼奥夫斯基（ Bieniawski Bieniawski，1976)1976)提出的分类指提出的分类指 标标RMR(Rock Mass Rating)，由下列由下列6 6种指标组成：种指标组成： （1 1）岩块强度）岩块强度( (R R1 1) ) （2 2）RQDRQD值值( (R R2 2) ) （3 3）节理间距）节理间距( (R R3 3) ) （4 4）节理条件）节理条件( (R R4 4) )

9、 （5 5）地下水）地下水( (R R5 5) ) （6 6）节理方向对工程的影响的修正参数（）节理方向对工程的影响的修正参数（R R6 6） 即：即： 654321 RRRRRRRMR 二、二、RMR分类分类 （1 1）对应岩石强度的岩体评分值）对应岩石强度的岩体评分值R R1 1 点荷载指标点荷载指标 （MPa） 岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度 Rc(MPa) 评分值评分值 1025015 4810025012 24501007 1225 504 不采用不采用5 252 不采用不采用1 51 不采用不采用 10 （2 2）对应于岩芯质量指标的岩体评分值）对应于岩芯质量指标的岩体评分值R

10、R2 2 RQD（）（） 91100 769051752650 3 130.310.050.30.05 评分值评分值302520105 （4 4）对于节理状态的岩体评分值）对于节理状态的岩体评分值R R4 4 说明说明评分值评分值 尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁25 略粗糙的表面、张开度略粗糙的表面、张开度1mm，硬岩壁硬岩壁20 略粗糙的表面、张开度略粗糙的表面、张开度5mm的断层泥充填的张开节理的断层泥充填的张开节理;张开度张开度 5mm的的节理，延伸超过数米节理，延伸超过数米 0 （5 5）取决于地下水状态的岩体评分值）取决于地下水状态的岩体评分值R R5 5

11、每米隧道的涌每米隧道的涌 水水量（量（L/min） 节理水压力与最节理水压力与最 大主应力的比值大主应力的比值 总的状态总的状态评分值评分值 无无0完全干燥完全干燥15 101250.5 有严重地下水有严重地下水 问题问题，流水，流水 0 （6 6）节理方位对）节理方位对RMR的修正值的修正值R R6 6 方位对工程的方位对工程的 影响评价影响评价 隧道隧道地基地基边坡边坡 很有利很有利000 有利有利225 一般一般5725 不利不利101550 很不利很不利1225 （7 7）节理走向与倾角对隧道掘进的影响）节理走向与倾角对隧道掘进的影响 节理走向垂直于隧道轴线节理走向垂直于隧道轴线 节理

12、走向平行于节理走向平行于 隧道轴线隧道轴线 倾角倾角 00200 顺倾向掘进顺倾向掘进逆倾向掘进逆倾向掘进 倾角倾角 450900 200450450900200450450900200450 不 考 虑不 考 虑 走向走向 很有利很有利有利有利一般一般不利不利很不利很不利一般一般 根据总分确定岩体分级根据总分确定岩体分级 654321 RRRRRRRMR 类别类别 岩体描述岩体描述岩体评分值岩体评分值RMR 很好很好81100 好好6180 较好较好4160 较差较差2140 很差很差020 岩体分级的意义岩体分级的意义 考虑不支护隧道的自稳时间考虑不支护隧道的自稳时间 分类号分类号 平均自

13、平均自 稳时间稳时间 15m跨，跨， 20年年 10m跨，跨， 1年年 5m跨，跨， 1星期星期 2.5m跨，跨， 10h 1m跨，跨， 30min 岩体的岩体的 内聚力内聚力 (kPa) 400 300400200300100200 450350450250350150250 0 0. .1 1 0 0. .1 1 0 0. .0 05 5 0 0. .0 05 5 0 0. .0 00 05 5 0 0. .0 00 05 5 0 0. .0 00 02 2 0 0. .0 00 02 2 0 0. .0 00 01 1 0 0. .1 1 0 0. .1 1 0 0. .0 05 5 0

14、 0. .0 00 05 5 0 0. .0 00 02 2 200d200 卵石（碎石）粒卵石（碎石）粒 200d200d6060 粗粗 粒粒砾粒砾粒 粗砾粗砾 60d60d2020 细砾细砾 20d20d2 2 砂粒砂粒 2d2d0.0750.075 细细 粒粒 粉粒粉粒 0.075d0.075d0.0050.005 粘粒粘粒 0.005 d0.005 d 粒组的划分粒组的划分 不均匀系数不均匀系数 曲率系数曲率系数 d60限制粒径，相应于累积百分含量为限制粒径，相应于累积百分含量为60%的粒径，的粒径，mm； d10有效粒径，相应于有效粒径，相应于10%的粒径，的粒径，mm； d30相应

15、于相应于30%的粒径，的粒径，mm。 一般当一般当Cu5及及Cq=13时的土为级配良好的土。时的土为级配良好的土。 6010 2 30 dd d Cq 10 60 d d Cu 稠度状态稠度状态 液态液态 含水量减含水量减 少方向少方向 稠度特征稠度特征 流动、土无流动、土无 固定形状、固定形状、 塑性变形塑性变形 不易变形或不易变形或 坚硬难变形坚硬难变形 固体状固体状 固态固态 界限含界限含 水量水量 液限液限 塑限塑限 塑态塑态 WWWWP, P,I IL L WWWL, L, I IL L1 1 W WP P WWWWL L 0I0IL L1 1 土的含水量土的含水量 1.液限液限wL

16、 是指粘性土从流动状态转变为可塑性状是指粘性土从流动状态转变为可塑性状 态的界限含水量，也叫塑性上限或流限。态的界限含水量，也叫塑性上限或流限。 2.塑限塑限wP 是指粘性土从可塑状态变为半固体状态是指粘性土从可塑状态变为半固体状态 的界限含水量，又叫塑性下限。的界限含水量，又叫塑性下限。 6.3.2 土的界限含水量及塑性指标 3.塑性指数塑性指数IP 指土的液限与塑限的差值，用指土的液限与塑限的差值，用 不带百分号的数值表示。不带百分号的数值表示。I P = wL-wP IP值越大值越大 可塑性越强可塑性越强 稠度状态稠度状态 液态液态 含水量减含水量减 少方向少方向 稠度特征稠度特征 流动

17、、土无流动、土无 固定形状、固定形状、 塑性变形塑性变形 不易变形或不易变形或 坚硬难变形坚硬难变形 固体状固体状 固态固态 界限含界限含 水量水量 液限液限 塑限塑限 塑态塑态 WWWWP, P,I IL L WWWL, L, I IL L1 1 W WP P WWWWL L 0I0IL L1 1 土的含水量土的含水量 4.液性指数液性指数IL 土的天然含水量和塑限的差值与塑性指土的天然含水量和塑限的差值与塑性指 数之比称为液性指数，以小数表示，即数之比称为液性指数，以小数表示，即 P P PL P L I ww ww ww I 6.4 6.4 土的工程分类土的工程分类 土的工程分类标准土的

18、工程分类标准 （GB/T50145-2007） 粗粒土：按粗粒土：按粒组含量粒组含量 和级配曲线的和级配曲线的不均系不均系 数数 曲率系数曲率系数 细粒土：按细粒土：按塑性图塑性图 岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范 GB 50021-2001 碎石土碎石土 砂土：砂土： 按按大于某粒径含量大于某粒径含量 粉土粉土 粘性土：按粘性土：按塑性指数塑性指数 特殊土特殊土 6.4 6.4 土的工程分类土的工程分类 公路桥涵地基与基公路桥涵地基与基 础设计规范础设计规范 （JTG-D63-2007） 分为碎石土、砂土、分为碎石土、砂土、 粉土、黏性土和特殊粉土、黏性土和特殊 性土性土 公路土工试验规程公路土工试验规程 （JTG E40-2007） 分为巨粒土、粗粒土、分为巨粒土、粗粒土、 细粒土和特殊土细粒土和特殊土 港口工程地基规范港口工程地基规范 （JTS-1-2010） 根据颗粒级配和塑性根据颗粒级配和塑性 指数分为碎石土、砂指数分为碎石土、砂 土、粉土和粘性土土、粉土和粘性土 土土 的的 划划 分分 原原 则则 与与 标标 准准 堆积年堆积年 代划分代划分 颗粒级颗粒级 配和