岩体稳定性分级.docx

1、第四章岩体稳定性分级为了解决地下工程建设中设计、施工和管理的稳定性评价问题。用综合指标或单一指 标将岩休划分为具有不同稳定程度的有限级别，这种分级称为岩体稳定性分级。在自然界中 岩体被各种构造形迹，如断层、层理、节理、破碎带等切割成既连续又不连续的裂隙体。因 切割程度的不同，形成由松散体一一弱面体一一连续体的一个序列，这一序列表明岩体是迄 今为止人类所遇到的一种最复杂的工程材料。分类则是人们认识这一岩体系列的一种重要 的，也是基本的手段。近年来，由干世界各国学者的关注，这方面的研究工作日益增多，迄 今为止，国内外有影响的稳定性分级方法己有五十多种，就总体而言，不外乎以下四大类另IJ:岩石分级:

2、以岩块为对象根据岩石的材料特性(如强度、弹性模量等)来划分。(2) 岩体分级:以岩体为对象，根据岩体的特征指标(如岩体结构特征、节理组数、弹性波 速度等)来划分。通常适用于任何类型的岩体工程。(3) 岩体工程分级:以某一类或几类邻近工程为对象建立、例如为水利工程、采矿工程或 井巷工程建立的稳定性分级等。(4) 专用的岩体工程分级:专为某-区域几种岩体建立，针对性很强，也比较精确，但不 能任意搬用，如我国的四川盆地岩体工程分级、前苏联的己库地铁岩体分级等。本章要介绍的岩体稳定性分级属于:第3类。由七述定义可知，它研究的对象是工程岩 体或围岩，因而采用了岩体稳定性分级这一术语。第一节稳定性分级的目

3、的与意义岩体不同于其他材料，它是由岩石材料组成，并被各种结构面切割形成的地质体。在 开掘这个地质体建造各种采矿工程和其他地下工程的过程中、岩体表现出极为复杂的状态， 并且随着时间的增长而变化。进行岩体稳定性分级的目的就在于用一个统一的标准去评价与 区分岩体质量的好坏。以期做出正确的设计或施工方案，达到投资恰当和安全生产的目的。目前岩体稳定性分级已成为岩石力学和工程管理的重要方面，它的重要意义表现在以 下儿个方面：分级是矿山工程和其他.岩石工程建设投资决策的重要依据之一。在岩石工程建设中支护结构及其参数、施工方案等都与岩体质量有关。因此，表示岩 体质量的岩体稳定性级别直接影响.工程投资费用的多少

4、，设计和计划部门常常将岩体稳定 性级别作为概算的基础数据，所以该项指标是进行投资决策的重要依据之一。(2) 分级是企业进行科学管理，编制定额指标的基础工作。岩体的稳定性级别能基本反映支护的难易程度、材料消耗的多少、工.人的劳动虽和安 全环境，因此可用来制定劳动定额、材料消耗指标、施工方案和安全措施，它是企业进行科 学管理的基础工作之一。在我国的采矿工程中过去普遍采用普氏系数了作为岩体稳定性分级标准，称为普氏分 级，并依此确定工程定额。例如冶金部颁发的冶金矿山井巷工程须算定额中各项工程费 用均以f为基准(表4-l)o(3) 分级是研究工程岩体稳定性问题的必要基础。在岩石力学发展的进程中，强度准则

5、法是种传统方法，该法通过围岩应力和岩体强度 的比较来判断岩体工程的稳定性，由于岩体力学性质的复杂性和其力学参数的非确定性，使 理论计算结果和工程实际情况产生较大的误差。这就迫使人们另辟新径去解决岩石力学问 题。其中一个途径就是利用岩体稳定性分级及其所获得的大量现场测试资料来进一步研究岩 体工程的稳定性评价问题。a 4-i山弁卷二Htto算定酷1量s千酮,个齿郴偷打票蜀朴支尸S<s：牝位，18根定既馈手'295-12Eg3m-42。5-5295$符石做厦/6810¥礼保座<m)G5<2- W&：2.§<1.5<2.»&l

6、t;2.5停Ml G平苹价号&号X1At 5tt£H5. M17»253,382惨仟41引=5eIS33. Sm一102#I6?. = N. Ctm警114b. 19102.1020i6/y2. 5m0L556. 441021Q23"彖 CHlWR)m1XUua. toa 24仗310-4C24G. 310. “4rr>witwt5.00乙康3- 173. !>74.846. 458加5中9六陆钢*9).004-01AXI5- 6仕4. X66. 3X«. 106n*Rn«X1. «01. 00J.001. WJ.

7、8L OO?SIT：凯械费元mS647036R1皿II ：UK中。风*mBn«. 054«*r.6&J4句237794|<MQ6IZ9W«r?140. $0D1721213S« 卅JCloll也32。】M8l；A»2ZZ*第二节对稳定性分级的若干认识在岩石分级发展的进程中，存在着各种分级方法的争鸣和对分级的认识问题，分级理 论基础的形成对于创造分级的新方法具有重要的现实意义，为此作者针对岩体稳定性分级的 理论问题阐述如下几个问题。一、三要素的确定及其内在联系综观各种分级方法，最后都给出一个或几个分级表，尽管表中的具体内容有所不同，

8、但 都由三大要素组成。三大要素即：分级档数，即总体划分为多少个级别；(2) 分级界限，即某级的指标数据范围；(3) 分级判据，即选用哪几个指标进行分级。由生产经验发展而来的传统分级方法没有深入研究三要索的确定原则及其内在联系， 也未提出令人信服的科学依据和较严密的论证方法。例如，对于分级档数，一般都是根据需 要凭经验确定的。根据国内外资料，在各种稳定性分级方法中，最多的分级档数有二十级， 而少的只有三级。分级档数为多少时能与分级样本总体匹配，多数人也没有加以说明。对一 于分级界限，多数分级方法是按等差级数插入，至于众多的分级样本是否服从等差级数这一 规律，多数作者从没有深入讨论，仅有少数作者作

9、了一般性地阐述。对于分级判据，各种分 级方法提出的分级判据总共有几十种，包括各种岩石物理力学性质指标和各种现场测试的岩 体性质参数。各种分级方法往往只提出分级判据或只提出了分级表。坚持自己的判据是可行 的，而并未对分级判据的选择加以充分地论证，即没有讲清为什么选这个判据，而不选另外 的其他判据。对于三要素内在规律和相互关系的研究之所以被忽略的原因，就在于这个问题是十分 复杂的，既有非确定性，又有模糊性，林韵梅于1989年通过分级实践提出了分级三要素定 理，对这个问题首先作了阐述。该定理认为“在抽样总体中，三要素是相互制约的，只要其 中的两个要素已经确定，则第三个要素就不能自由选取。换言之，在三

10、要素中，只有两个要 素保持独立或不固定，最后一个要素必然是由己决定的两个要素中推出的值”在传统的分级 法中，历来的作者都认为三要素有三个自由度，因而都独立选取，这样就使三要素不协调， 并影响分级效果。林韵梅发现的二要索制约关系首次揭示了三要素本身及其相互关系所存在 的客观规律，对分类学理沦的发展具有重要的意义。本章所涉及的若干理论问题都是我们在从事岩体稳定性分级的科研工作中陆续发现 的，由于这些问题都是初次探索，其中的有些结论。很可能会在今后的研究或抽样总体的不 断扩大过程中，有必要加以修正。但是，数值分数方法这个总方向无疑是正确的。我们相信， 遵循这个方向去解决岩体或其他事物的分类工作，一定

11、会将岩石分类工作从经验提高到有数 学依据的高度，并进一步地揭示分类学的客观规律。二、分级的动态调整传统的分级方法都是一次完成的。分级界限是固定不变的。当得到某个对象(分级样本) 的分级指标，则按作者制定的分级表中的分级界限划入某个级别，以后该样本的级别及分级 表中的分级界限均不改变。也就是说，新加入的样本对分级界限没有影响，样本的多少也与 某样本的级别无关。这种做法不符合统计规律，因此不适用于岩体稳定性分级。因为我们研 究的对象是全体巷道或全部岩体，这个目标总体是无穷多的，而分级界限应当与这个总体的 测试数据有关。当然要考察整个总体是不可能的，也是不现实的。我们用样本的统计量来推 断总体的统计

12、量，从而建立分级标准。但是，在分级方法初定后，后卡样本的测试数据会使 统计虽有所变化。因此后来的样本应当有参与建立分级标准或修改分级标准的可能性，即分 级不应当一次完成，分级标准和级别都有可能变化，应当随着数据库的扩充而不断完善。也 就是说，分级工作应当允许动态调整。可以在建立各类分级数据库的基础上，不断增大样本 数量。完成动态调整工作。逐步使样本标准趋近于总体标准。这样做才符合分级的客观规律。三、分级的命中率问题分级工作属于归纳推断工作的范畴，它遵循数理统计学的规律，依赖包含在抽样数据 中不完备的信息去推断更一般化的情况，这就有一个置信区间和命中率的问题。也就是说。 即使抽样数据非常准确而且

13、不再变化，分级结果也不会是100%的命中率。况且，随着时间 的推移抽样的围岩和现场情况难免有所变化。因此，不能要求分级方法有百分之自一的命中 率。这一问题以及与此有关的如何判断命巾率的问题也末引起分级学术界的注意。四、应用电脑分级的优越性（略）第三节稳定性分级判据及其选择原则在任何一种岩石分级中，首先要解决采用什么分级判据的问题。考虑到影响围岩稳定性 的因素很多，其中有的指标很难用定量指标表示。因此在确定分级判据时首先要进行定性的 主因素分析。-、围岩稳定性的影响因素围岩是指工程周围有限范围内的岩体。即岩体稳定性分级的对象。它的稳定程度与很 多因素有关，其中主要的有:围岩的岩石力学性质、岩体结构类型、结构面的力学性质与分 布特征、地下工程断面形状和尺寸、原岩应力场及地下水的作用等。这六个方面也就是围岩 稳定性分级的影响因素。围岩的岩石力学性质围岩的岩石.力学性质通过岩石试件的各种强度试验和变形试验确定，它所反映的是岩 石材料的力学性质，去掉了宏观结构而和非均质性的影响。岩石力学性质表现的力学特征和 属性是围岩本身所固有