岩石力学第3章-岩体的力学性质

1、第第3章章 岩体的力学性质岩体的力学性质本章内容本章内容概述概述岩体结构基本类型岩体结构基本类型岩体结构面岩体结构面结构面的力学性质结构面的力学性质岩体的变形特征岩体的变形特征岩体的强度特征岩体的强度特征岩体的水力学性质岩体的水力学性质岩体质量评价及其分类岩体质量评价及其分类 本章重点难点：本章重点难点： 1、岩体结构；、岩体结构； 2、结构面的力学特征、结构面的力学特征 3、岩体的强度特征、岩体的强度特征 4、岩体的破坏机理、岩体的破坏机理 5、岩体分类。、岩体分类。 关键术语：关键术语：岩体结构，岩体强度，准岩体强度；岩体变岩体结构，岩体强度，准岩体强度；岩体变形，岩石形，岩石RQD质量指

2、标；完整性系数质量指标；完整性系数 ；岩石坚固性系；岩石坚固性系数数 要求：要求： 1、掌握本课程重点难点内容；、掌握本课程重点难点内容； 2、了解几种有代表性的岩体分类方法；、了解几种有代表性的岩体分类方法； 3、了解我国工程岩体分级标准（、了解我国工程岩体分级标准（GB5021894）3.1 概述概述 结构面结构面：是指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性是指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性的地质界面，包括物质的分界面、不连续面如节理、片的地质界面，包括物质的分界面、不连续面如节理、片理、断层、不整合面等。理、断层、不整合面等。 坚硬结构面（干净的）坚硬结构面（干净的） 软弱结构面（夹

3、泥的夹层的）软弱结构面（夹泥的夹层的） 结构体结构体：由结构面在岩体中切割而成的几何体称为结构：由结构面在岩体中切割而成的几何体称为结构体（岩石）。体（岩石）。 块状结构体（三维相差不大）块状结构体（三维相差不大） 板状结构体（板状）板状结构体（板状） 岩体岩体：结构面和结构体的地质统一体。：结构面和结构体的地质统一体。 岩体的力学性质：岩体的力学性质：岩体抵抗外力作用的的能力岩体抵抗外力作用的的能力 岩体力学性质的影响因素：岩体力学性质的影响因素： 结构体的力学性质：结构体本身强度结构体的力学性质：结构体本身强度 结构面的力学性质：粗糙起伏、尺寸效应、各向异性、开闭结构面的力学性质：粗糙起伏

4、、尺寸效应、各向异性、开闭 岩体结构的力学效应：结构面空间分布、组合岩体结构的力学效应：结构面空间分布、组合 环境影响：水：主要是岩石的水理性质和水压力作用环境影响：水：主要是岩石的水理性质和水压力作用 温度：地下温度与深度的关系温度：地下温度与深度的关系 地应力：三维应力状态影响承载能力地应力：三维应力状态影响承载能力 地应力影响岩体变形与破坏机制地应力影响岩体变形与破坏机制 应力传播应力传播-不连续的岩体变成连续不连续的岩体变成连续 岩体的力学性质要研究的具体对象岩体的力学性质要研究的具体对象3.2 岩体结构基本类型岩体结构基本类型 3.2.1 岩体结构分类依据岩体结构分类依据第一依据第一

5、依据-结构面类型结构面类型，它规定了，它规定了结构级序结构级序 软弱结构面：软弱结构面：级结构级结构 坚硬结构面：坚硬结构面：级结构级结构第二依据第二依据-结构面切割程度及结构体类型结构面切割程度及结构体类型，它规定了，它规定了岩体结构的岩体结构的基本类型基本类型 级结构：块状结构体级结构：块状结构体-块裂结构块裂结构 板状结构体板状结构体-板裂结构板裂结构 级结构：结构面贯通切割级结构：结构面贯通切割-碎裂结构碎裂结构 结构面断续切割结构面断续切割-断续结构断续结构 无显结构面切割无显结构面切割-完整结构完整结构 过渡型岩体结构：软硬面混杂、无序排列过渡型岩体结构：软硬面混杂、无序排列-散体

6、结构散体结构亚类划分依据：依据岩体的原生结构亚类划分依据：依据岩体的原生结构 如碎裂结构可分为：块状碎裂结构、层状碎裂结构如碎裂结构可分为：块状碎裂结构、层状碎裂结构3.2.2 岩体结构分类方案岩体结构分类方案级结构：级结构： 切割形成的结构面大多与区域构造有关 或与不连续层面有关 贯通切割 不是一个完整体 无约束将自然分离级结构：级结构：由次级结构面切割而成 完整结构（无显结构面切割） 断续结构（断续结构面切割） 碎裂结构（坚硬贯通结构面切割）过渡型结构：过渡型结构： 散体结构（软硬结构面混杂切割）散体结构（软硬结构面混杂切割） 多为断层破碎带和强风化带中多为断层破碎带和强风化带中 关于断层

7、破碎带关于断层破碎带 关于强风化带（四川石棉矿大坪分矿山例）关于强风化带（四川石棉矿大坪分矿山例） 两种特点：结构面排列无序两种特点：结构面排列无序 结构面软硬混杂结构面软硬混杂参见参见Tab 3-1，Page783.2.3 各类岩体结构的地质特征各类岩体结构的地质特征1、完整结构岩体、完整结构岩体 碎裂结构后天愈合而成碎裂结构后天愈合而成 愈合形式有两种：压力愈合，胶结愈合愈合形式有两种：压力愈合，胶结愈合 压力愈合，使具有粘性散体粘接在一起压力愈合，使具有粘性散体粘接在一起 胶结愈合，含硅、钙、铁质成分侵入胶结愈合，含硅、钙、铁质成分侵入 “粘的不如原生的牢粘的不如原生的牢”2、块裂结构岩

8、体、块裂结构岩体 一组或数组软硬结构面切割而成（多为错动过）一组或数组软硬结构面切割而成（多为错动过） 参与切割的结构面一般延展较长参与切割的结构面一般延展较长 形成形状各异的块体形成形状各异的块体3、板裂结构岩体、板裂结构岩体 主要是层状岩体受褶皱作用产生层间错动所致主要是层状岩体受褶皱作用产生层间错动所致4、碎裂结构岩体、碎裂结构岩体 多组结构面多组结构面 结构面贯通结构面贯通 结构体尺寸大（常以米计）结构体尺寸大（常以米计）5、断续结构岩体、断续结构岩体 不连续结构面切割所致不连续结构面切割所致 不形成结构体不形成结构体 受力后结构面端部应力集中而破坏受力后结构面端部应力集中而破坏6、散

9、体结构、散体结构 碎屑状散体结构：结构面软硬混杂、无序切割，结构体呈砾状，碎屑状散体结构：结构面软硬混杂、无序切割，结构体呈砾状，大小不一（块度较碎裂结构小）。分构造型和风化型大小不一（块度较碎裂结构小）。分构造型和风化型 糜棱化散体结构：断层内磨蚀，或风化所致糜棱化散体结构：断层内磨蚀，或风化所致 结构体的形状结构体的形状1 1、板状结构体：、板状结构体：2 2、柱状结构体：、柱状结构体：3 3、锥形结构体：、锥形结构体： 结构体的形状与岩石类型有关；与区域构造运动强度结构体的形状与岩石类型有关；与区域构造运动强度有关；与工程围岩的破坏方式有关。有关；与工程围岩的破坏方式有关。3.2.4 岩

10、体结构对于工程的相对性岩体结构对于工程的相对性 之所以要研究岩体结构，是因为人类要在岩体内部或上方作之所以要研究岩体结构，是因为人类要在岩体内部或上方作工程工程 工程尺寸不同，岩体结构对其稳定性影响也不同工程尺寸不同，岩体结构对其稳定性影响也不同 同一岩体，在其内部开挖隧道或钻孔，稳定性不同同一岩体，在其内部开挖隧道或钻孔，稳定性不同3.3 结构面及其充填特征结构面及其充填特征 结构面具有一定方向、延展较大、厚度较小、变化复杂、二维结构面具有一定方向、延展较大、厚度较小、变化复杂、二维地质界面地质界面 使岩体构造上不连续、非均质使岩体构造上不连续、非均质3.3.1 结构面的类型及其特征结构面的

11、类型及其特征1、原生结构面、原生结构面 沉积结构面：沉积结构面：沉积岩成岩石过程中形成的地质界面沉积岩成岩石过程中形成的地质界面 常见形式：层面、层理、沉积间断面（不整合、假整合）、常见形式：层面、层理、沉积间断面（不整合、假整合）、原生软弱面等。原生软弱面等。 沉积结构面产状与岩层相同沉积结构面产状与岩层相同 沉积面特征决定于沉积环境沉积面特征决定于沉积环境 海相：延展范围广、分布稳定海相：延展范围广、分布稳定 陆相：易尖灭、透镜或扁豆体陆相：易尖灭、透镜或扁豆体 沉积结构面的特征：常见泥裂、波痕、交错层理、缝合线、沉积结构面的特征：常见泥裂、波痕、交错层理、缝合线、古生物遗迹、古风化残积物

12、、软弱夹层等古生物遗迹、古风化残积物、软弱夹层等火成结构面：火成结构面：岩浆侵入、冷凝、喷溢所形成的结构面岩浆侵入、冷凝、喷溢所形成的结构面 常见形式：流层、流线、火山岩流接触面、各种蚀变面挤压破常见形式：流层、流线、火山岩流接触面、各种蚀变面挤压破碎带、原生节理等碎带、原生节理等 接触带延展强接触带延展强 原生节理延展不强，粗糙起伏，平行或垂直接触面，有时充填原生节理延展不强，粗糙起伏，平行或垂直接触面，有时充填 充填节理、挤压破碎带、蚀变带较弱充填节理、挤压破碎带、蚀变带较弱变质结构面：变质结构面：岩体变质过程中所形成的结构面岩体变质过程中所形成的结构面 常见形式：片理、片麻理、板理、软弱

13、夹层等常见形式：片理、片麻理、板理、软弱夹层等 结构面产状：与岩层一致结构面产状：与岩层一致 延展性差，分布密集，除板理外，其余都较粗糙延展性差，分布密集，除板理外，其余都较粗糙 抗剪强度低，含水后更差抗剪强度低，含水后更差2、构造结构面、构造结构面 构造结构面是地壳构造运动作用产生的结构面构造结构面是地壳构造运动作用产生的结构面 常见形式：劈理、节理、断层、层间错动等常见形式：劈理、节理、断层、层间错动等 大小不一、宽窄不一、起伏粗糙不一、充填不一大小不一、宽窄不一、起伏粗糙不一、充填不一3、次生结构面、次生结构面 次生结构面？地表附近外部影响引起产生的结构面次生结构面？地表附近外部影响引起

14、产生的结构面 风化所致风化所致 地下水所致地下水所致 卸载所致卸载所致 冲击震动所致（如爆破、天外陨石）冲击震动所致（如爆破、天外陨石） 结构面类型及特征：参见结构面类型及特征：参见Tab 2-2, Page 843.3.2 结构面的分级结构面的分级 级结构面：区域构造控制面，如断层，延展范围大，公里级级结构面：区域构造控制面，如断层，延展范围大，公里级 级结构面：一般构造断裂延展性强而宽度有限，米到公里级级结构面：一般构造断裂延展性强而宽度有限，米到公里级 级结构面：延展性差的小型构造断裂，米到百米级级结构面：延展性差的小型构造断裂，米到百米级 级结构面：延展性较差的成组分布的节理，米级级结

15、构面：延展性较差的成组分布的节理，米级 级结构面：延展性极差的随机性小节理，米级及其以下级结构面：延展性极差的随机性小节理，米级及其以下 前三级为实测结构面，后两种为统计结构面前三级为实测结构面，后两种为统计结构面 结构面分级及其特征：参见结构面分级及其特征：参见Tab 2-3，Page 873.3.3 结构面状态结构面状态 结构面的分类：结构面的分类：按照贯通与否，可分作三类按照贯通与否，可分作三类 非贯通结构面非贯通结构面 半贯通结构面半贯通结构面 贯通结构面贯通结构面 结构面的分布结构面的分布 结构面对岩体强度影响，与结构面性态、结构面的分布相关结构面对岩体强度影响，与结构面性态、结构面

16、的分布相关 结构面的产状结构面的产状 结构面的形态结构面的形态 结构面的延展度结构面的延展度 结构面的密集度结构面的密集度 岩体裂隙度岩体裂隙度 K K 节理平均间距节理平均间距 d d 岩体中有多组节理时岩体中有多组节理时KnL1LdKnaxxx, ,.coscoscosabnbnabndddnnn12.nKKKK 岩体的切割度岩体的切割度 Xe 岩体的切割度是指岩体被切割分离的程度岩体的切割度是指岩体被切割分离的程度 切割度：等于某节理的岩体中的面积除以该方向岩体截面积切割度：等于某节理的岩体中的面积除以该方向岩体截面积 当一贯截面方向多个节理时当一贯截面方向多个节理时 某个节理组产生的切

17、割度某个节理组产生的切割度 结构面的充填物结构面的充填物 充填物的充填物的 C、值较两壁小得多值较两壁小得多 当充填物含水时，降低更明显当充填物含水时，降低更明显eaXA12.neaaaXAveXKX3.4 结构面的力学性质结构面的力学性质1、结构面的法向变形、结构面的法向变形Goodman理论：法向变形与压力关系理论：法向变形与压力关系 刚度系数刚度系数max()tnnns20max00max()nnnnnKKKKBandis理论： 法向变形与压力关系法向变形与压力关系 刚度系数（理论）刚度系数（理论） 刚度系数（经验）刚度系数（经验） 初始刚度系数与最大闭合量初始刚度系数与最大闭合量nnn

18、ab21()nnnnKab200max( 1)nnnnnKKK000.02()1.757nnJCSKJRCmax0()()DnJCSAB JRCC2、剪切变形、剪切变形结构面粗糙无充填时结构面粗糙无充填时 结构面剪切变形过程：分光滑结构面与粗糙起伏结构面结构面剪切变形过程：分光滑结构面与粗糙起伏结构面 剪切过程（在正压力作用下）：剪切过程（在正压力作用下）： 初始表现弹性初始表现弹性 不同起伏粗糙度剪切变形曲线不同不同起伏粗糙度剪切变形曲线不同 剪切刚度剪切刚度 Goodman经验公式经验公式ttK0( 1)ttsKK 粗糙起伏节理面的剪切骑越粗糙起伏节理面的剪切骑越()jnbtgin n结构

19、面含有充填物时结构面含有充填物时 张性结构面常常含有充填物。当充填物较龙壁软弱时，对结张性结构面常常含有充填物。当充填物较龙壁软弱时，对结构面剪切试验构面剪切试验充填物厚度大于结构面起伏度时充填物厚度大于结构面起伏度时充填物厚度大于结构面起伏度时充填物厚度大于结构面起伏度时 讨论：剪切应力与位移关系变化讨论：剪切应力与位移关系变化3、抗剪强度、抗剪强度平直结构面问题平直结构面问题 张性结构面张性结构面 未贯通或胶结结构面未贯通或胶结结构面jnjtgjjnjctg粗糙结构面粗糙结构面 剪胀的概念剪胀的概念 剪胀角的概念剪胀角的概念 剪胀角的几何含义剪胀角的几何含义tnntdtgd(lg)nbnJ

20、CStg JRCJRC的确定的确定 结构面分形曲线的测定结构面分形曲线的测定 目测确定目测确定 计算确定计算确定 p-峰值剪切角，可用倾斜滑移倾角确定，亦可用下式计算峰值剪切角，可用倾斜滑移倾角确定，亦可用下式计算 结构面峰值剪切强度的尺寸效应结构面峰值剪切强度的尺寸效应（随着尺寸增大而减小）（随着尺寸增大而减小） 随着尺寸增大：峰值强度时位移增大随着尺寸增大：峰值强度时位移增大 剪切破坏由脆性向延性变化剪切破坏由脆性向延性变化 峰值剪胀减小峰值剪胀减小 随着粗糙度减小，尺寸效应减小随着粗糙度减小，尺寸效应减小lgpbnJRCJCSppnarctg结构面接触的尺寸效应结构面接触的尺寸效应 结构

21、面面积大，接触面积大，接触点少结构面面积大，接触面积大，接触点少 结构面面积小，接触面积小，接触点多结构面面积小，接触面积小，接触点多结构面抗剪强度与结构面形成历史关系结构面抗剪强度与结构面形成历史关系 新鲜结构面抗剪强度大新鲜结构面抗剪强度大 古老结构面抗剪强度小古老结构面抗剪强度小结构面抗剪强度与剪切试验次数的关系结构面抗剪强度与剪切试验次数的关系 初次剪切，抗剪强度高初次剪切，抗剪强度高 随着剪切次数的增加，抗剪强度逐渐降低随着剪切次数的增加，抗剪强度逐渐降低 剪切次数充分多，结构面磨平，无剪切峰值，摩擦问题剪切次数充分多，结构面磨平，无剪切峰值，摩擦问题讨论：结构面抗剪强度受充填层的影

22、响讨论：结构面抗剪强度受充填层的影响 充填层厚度大于起伏度充填层厚度大于起伏度 充填层厚度小于起伏度充填层厚度小于起伏度 充填物含水的情形充填物含水的情形 岩体中含有结构面，岩体的受理变形受结构面力学特性、分布岩体中含有结构面，岩体的受理变形受结构面力学特性、分布情况和产状直接影响情况和产状直接影响1、岩体的单轴和三轴压缩变形、岩体的单轴和三轴压缩变形 岩体单轴压缩变形特性岩体单轴压缩变形特性 试验方法：岩柱试验（常用来测强度）试验方法：岩柱试验（常用来测强度） 表面承压板法表面承压板法 3.5 岩体的变形特性岩体的变形特性 采用何种加荷方式，可根采用何种加荷方式，可根据岩体结构和工程要求而定

23、。据岩体结构和工程要求而定。 完整岩体完整岩体：可采用大循环：可采用大循环加荷方式，以确定岩体在不同加荷方式，以确定岩体在不同荷载下的变形特性；荷载下的变形特性； 多裂隙岩体多裂隙岩体：可采用多循：可采用多循环或单循环加荷方式，以了解环或单循环加荷方式，以了解各种结构面对岩体变形的影响。各种结构面对岩体变形的影响。加荷方式加荷方式（1 1）直线型：坚硬、完整无裂隙岩体）直线型：坚硬、完整无裂隙岩体直线型直线型下凹型下凹型上凹型上凹型S S型型（2 2）下凹型：节理裂隙发育，泥质充填，岩性软弱）下凹型：节理裂隙发育，泥质充填，岩性软弱（3 3）上凹型：坚硬但裂隙发育，多呈张开而无充填物）上凹型：

24、坚硬但裂隙发育，多呈张开而无充填物 单调加载时单调加载时 压密阶段明显压密阶段明显 逐级循环加载时逐级循环加载时 形成回滞环形成回滞环不断后移，且有一定弹性滞后不断后移，且有一定弹性滞后 峰值后应力下降缓慢，且有参与应力峰值后应力下降缓慢，且有参与应力 岩柱试验测得变形模量岩柱试验测得变形模量epE 当存在弹性后效（滞弹性）当存在弹性后效（滞弹性）abE三轴压缩变形特征三轴压缩变形特征 类似单轴压缩试验，底板类似单轴压缩试验，底板保留水平约束，垂直方向单保留水平约束，垂直方向单轴施加压力进行压缩实验轴施加压力进行压缩实验 另施围压试验另施围压试验 应力应变曲线与单轴类似应力应变曲线与单轴类似

25、上述承压板法测得弹性模量或变形模量偏低上述承压板法测得弹性模量或变形模量偏低 岩体动弹性模量岩体动弹性模量E Ed d的测定：的测定： 采用小量药包爆炸激发地震波，在距震源一定距离设置检波器，采用小量药包爆炸激发地震波，在距震源一定距离设置检波器，检测弹性波。检测弹性波。 根据弹性波波速算出动弹性模量根据弹性波波速算出动弹性模量 E Ed d 和动泊松比和动泊松比d d。2( 1)( 12)1dddpdEv)(222222spspdvvvv 式中：式中：v vp,p,v,vs s - - 分别为纵波波速和横波波速，分别为纵波波速和横波波速， - - 为岩体密度。为岩体密度。 一般而言：一般而言

26、：E Ed d E Ee , e , d d 。2、岩体剪切变形特征、岩体剪切变形特征 剪应变与剪应力关系曲线剪应变与剪应力关系曲线 屈服前与压应力应变曲线相近屈服前与压应力应变曲线相近 屈服以后应力反复升降屈服以后应力反复升降 峰值后陡降，然后残余抗剪强度峰值后陡降，然后残余抗剪强度3、岩体各向异性特征、岩体各向异性特征 主要有两个因素决定了岩体的非各向同性主要有两个因素决定了岩体的非各向同性 其一是组成岩石结构体物质结构的方向性其一是组成岩石结构体物质结构的方向性 其二是结构面的方向性其二是结构面的方向性 结构面的方向性的影响：分离度结构面的方向性的影响：分离度=1/3=1/3和和=2/3

27、=2/3两组结构面两组结构面3.6 岩体的强度特性岩体的强度特性岩体的强度的概念岩体的强度的概念岩体的抗压强度与抗剪强度岩体的抗压强度与抗剪强度岩体强度的影响因素，结构面力学性能与方位较突出岩体强度的影响因素，结构面力学性能与方位较突出1、岩体强度的测定、岩体强度的测定岩体单轴抗压强度的测定岩体单轴抗压强度的测定cPA 岩体抗剪强度的测定岩体抗剪强度的测定 双千斤顶法双千斤顶法sinP TFcosTF 单千斤顶法单千斤顶法 TsinQFcosQF 岩体三轴压缩强度试验岩体三轴压缩强度试验 试验方法试验方法 试验数据处理：试验数据处理： 不同围压不同围压 不同轴向压力强度不同轴向压力强度2、单结

28、构面的强度效应、单结构面的强度效应 岩体中有单一结构面如图岩体中有单一结构面如图 在加载试验中，结构面上应力在加载试验中，结构面上应力1322131313cossincossincossin11()()cos 222FFFF131313cossinsincoscossinsincos1()cos 22FFFFwwct g将前两式代入结构将前两式代入结构面强度曲线方程面强度曲线方程F 将前两式代入结构面强度曲线方程将前两式代入结构面强度曲线方程 得结构面剪切破坏条件得结构面剪切破坏条件131313111()cos 2 ()()cos 2 222wwctg3132()(1)sin 2wwwctgt

29、gctg3132()(1)sin 2wwwcff ctg或用摩擦系数表示之或用摩擦系数表示之上式左边大于右边，岩石将沿着结构面破坏，上式左边大于右边，岩石将沿着结构面破坏，等式成立则极限平衡等式成立则极限平衡 岩体沿着结构面破坏条件讨论岩体沿着结构面破坏条件讨论 上式中上式中为为/2/2和和w w，使等式成立需，使等式成立需1 1所以说不会沿着所以说不会沿着结构面破坏结构面破坏 研究研究1 1的最小值，将其对的最小值，将其对求导并令之等于求导并令之等于0 则有则有1242wwtgtg ，31min322()1wwwwcfff1min1min若不沿着该结构面破坏若不沿着该结构面破坏04203 0

30、1302()( 1)sin2cffctg 沿着结构面破坏的沿着结构面破坏的取之范围取之范围 通过几何关系可以确定通过几何关系可以确定2122213113(2)sin1=arcsin22wwwwc ctg13213(2)sin1=arcsin222wwwwc ctg21 岩体三轴抗压强度岩体三轴抗压强度 对于结构面对于结构面 对于无结构面的岩石对于无结构面的岩石 当当 岩体强度就是结构面的强度岩体强度就是结构面的强度 当当 岩体的强度就是岩石结构体的强度岩体的强度就是岩石结构体的强度 当当3=03=0，岩体单轴应力状态下结构面影响问题，岩体单轴应力状态下结构面影响问题 31min322()1ww

31、wwcfff03 01302()(1)sin 2cffctg42w21 ，或12(1)sin 2wwcf ctg3、多结构面岩体的强度、多结构面岩体的强度212121222 , 222, 260 60303015155 0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度完整程度完整完整较完整较完整较破碎较破碎破碎破碎极破碎极破碎J Jv v35Kv0.750.750.550.550.350.350.15 90K 90Kv v+30 +30 时，应以时，应以C C=90K=90Kv v+30 +30 代入上式计算代入上式计算Q Q值；值； 当当K Kv v 0.04 0.0

32、4C C+0.4+0.4时，应以时，应以K Kv v=0.04=0.04C C+0.4+0.4代入上式计算代入上式计算Q Q值；值；vcKBQ250390 式中：式中：BQBQ岩体基本质量指标；岩体基本质量指标； C C岩石饱和单轴抗压强度岩石饱和单轴抗压强度( (Mpa);Mpa); K Kv v岩体完整性系数。岩体完整性系数。B B、按按BQBQ值进行岩体基本质量分级值进行岩体基本质量分级基本质基本质量级别量级别岩体基本质量定性特征岩体基本质量定性特征岩体基本质岩体基本质量指标量指标(BQ)(BQ)坚硬岩，岩体完整；坚硬岩，岩体完整；55550 0坚硬岩，岩体较完整；坚硬岩，岩体较完整；较

33、坚硬岩，岩体完整；较坚硬岩，岩体完整；550550451451坚硬岩，岩体较破碎；坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整；较软岩，岩体完整；450450351351坚硬岩，岩体破碎；坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整较破碎；整较破碎；软岩，岩体完整较完整；软岩，岩体完整较完整；350350251251较软岩，岩体破碎；较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎；软岩，岩体较破碎破碎；全部极软岩及全部极破碎岩；全部

34、极软岩及全部极破碎岩；250450450351350251250潮湿或点滴出水潮湿或点滴出水 0 0.40.6淋雨状或涌流状出水，水压淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa，或单位出水量或单位出水量10L/(min.m) 0.40.6 0.70.9淋雨状或涌流状出水，水压淋雨状或涌流状出水，水压0.1MPa或单位出水量或单位出水量 10L/(min.m) 0.70.9 1.0B B 主要软弱结构面产状影响修正系数主要软弱结构面产状影响修正系数 K K2 2结构面产状及其结构面产状及其与洞轴线的组合与洞轴线的组合关系关系结构面走向与洞轴线的结

35、构面走向与洞轴线的夹角夹角600结构面倾角结构面倾角750其它组合其它组合 K2 0.40.60C C 初始应力状态修正系数初始应力状态修正系数 K K3 3初始应初始应力状态力状态 BQ55055045145035135025126.5602.133 0.260502.11.533200.20.2526.524.550391.50.72060.250.324.522.539270.70.2522.5270.2 0.35岩体级别与岩体结构面抗剪强度参数岩体级别与岩体结构面抗剪强度参数基本质量基本质量级别级别两侧岩体的坚硬程度及结构面的结两侧岩体的坚硬程度及

36、结构面的结合程度合程度内摩擦角内摩擦角(0)粘结力粘结力C(Mpa)坚硬、结合好坚硬、结合好37 0.22坚硬较坚硬、结合一般；坚硬较坚硬、结合一般；软弱岩，结合好软弱岩，结合好37290.220.12坚硬较坚硬、结合差；坚硬较坚硬、结合差；较软弱岩，结合一般较软弱岩，结合一般29190.120.08较坚硬较软岩、结合差较坚硬较软岩、结合差很差；很差；软弱岩、结合差；软质岩的泥化面软弱岩、结合差；软质岩的泥化面19130.080.05较坚硬及全部软质岩、结合很差；较坚硬及全部软质岩、结合很差；软质岩泥化层本身软质岩泥化层本身13 0.05岩体级别与地下工程岩体自稳能力岩体级别与地下工程岩体自稳

37、能力基本质量基本质量级别级别 自稳能力自稳能力跨度跨度20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方可长期稳定，偶有掉块，无塌方跨度跨度1020m，可基本稳定，局部发生掉块或小塌方可基本稳定，局部发生掉块或小塌方跨度跨度 10m，可长期稳定，偶有掉块可长期稳定，偶有掉块跨度跨度1020m，可稳定数日至可稳定数日至1个月，可发生小至中塌方个月，可发生小至中塌方跨度跨度510m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小至中塌方可稳定数月，可发生局部块体位移及小至中塌方跨度跨度5m，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、小塌方，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、小塌方，可发展为中至大塌方。可发展为中

38、至大塌方。跨度跨度5m，可稳定数日至可稳定数日至1个月个月无自稳能力无自稳能力注：小塌方：塌方高度注：小塌方：塌方高度3m，或塌方体积，或塌方体积6m，或塌方体积，或塌方体积 100m34、岩体地质力学分级（、岩体地质力学分级（CSIR分类）分类） 南非科学与工业研究委员会（一说是南非科学与工业研究委员会（一说是宾尼奥夫斯基宾尼奥夫斯基）提出）提出CSIR分类指标值分类指标值RMR，然后进行修正，然后进行修正 RMR(Rock Mass Rating) 由下列由下列6种指标组成：种指标组成： （1）岩块强度）岩块强度(R1) （2）RQD值值(R2) （3）节理间距）节理间距(R3) （4）节

39、理条件）节理条件(R4) （5）地下水）地下水(R5) （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（R6） 即：即：654321RRRRRRRMR （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 245010071225 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 R2 2RQD（）（） 91100 76905175

40、2650 3 130.310.050.30.05评分值评分值302520105（4 4）对应于节理状态的岩体评分值）对应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每米隧道的涌水每米隧道的涌水量（量（L/min）节理水压力与最大节理

41、水压力与最大主应力的比值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15101250.5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方位对工程的影响方位对工程的影响评价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45

42、0900200450450900200450450900200450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654321RRRRRRRMR 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稳平均自稳时间时间15m跨，跨，20年年10m跨，跨，1年年5m跨，跨，1星期星期2.5m跨，跨，10h1m跨，跨，30min岩体的内岩体的内聚力聚力(kPa)400 300400200300100200 450350450250350150250 150 该分类法已得到比较广泛的应用。该分类法已得到比较广泛的应用。5 5、巴顿岩体质量（、巴顿岩体质量（Q Q）分类）分类 挪威巴顿（挪威巴顿（B Bartonarton）等人于等人于19741974年根据隧道工程调查，提出年根据隧道工程调查，提出一个用一个用6 6个参数表达的岩体质量指标个参数表达的岩体质量指标Q Q，作为岩体质量分类依