Barton-Q系统分类法及其在岩土工程中的应用方案

1、1 东北大学 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室2014年年3月月2 内容提纲Q系统分类法建立系统分类法建立的背景及目的的背景及目的简介简介Barton-Q系统分类法系统分类法Q系统分类法与岩体力学参数系统分类法与岩体力学参数Q系统分类法在岩土工程中的应用系统分类法在岩土工程中的应用4123实验室相关实验室相关设备的介绍设备的介绍53 Q系统分类法建立的背景及目的 问题的提出问题的提出l 随着岩土工程向深度和广度上发展，地下岩体工程的稳定性问题地下岩体工程的稳定性问题已经成为一个更加迫切需要解决的课题。l 相似的岩性及材料力学性质所表现出的变形特征完全不同变形特征完全不同受断层、节理、地下水

2、及原岩受断层、节理、地下水及原岩应力的影响应力的影响。l 影响地下岩体稳定性的因素众多，如何同综合了各种资料的单一指标单一指标，来将岩体这样一种连续变化的序列划分为具有不同稳定程度的有限级别，将定性分析变为定量研究。将定性分析变为定量研究。l 如何将岩体的稳定性与相应的工程措施相应的工程措施(如支护手段等)联系起来。4 Q系统分类法建立的背景及目的 Q Q系统分类法的提出系统分类法的提出基本案例收集基本案例收集案例分析总结案例分析总结相应相应参数、指标提出参数、指标提出评定等级的提出评定等级的提出评定等级的验证评定等级的验证基础数据库的建立基础数据库的建立RQD:RQD:岩石质量指标岩石质量指

3、标JnJn：岩体节理组数：岩体节理组数JrJr：节理粗糙度系数：节理粗糙度系数JwJw：裂隙水折减系数：裂隙水折减系数JaJa：节理蚀变系数：节理蚀变系数SRFSRF：应力折减系数：应力折减系数Q Q指标评价系统提出指标评价系统提出5 Q系统分类法建立的背景及目的1974年Version1提出2014年Version nJwJw提出提出支护系统支护系统的更新的更新建立与建立与RMRRMR之间之间的关系的关系6 RQDRQD岩体质量指标岩体质量指标J Jn n节理组数节理组数J Jr r节理粗糙度系数节理粗糙度系数J Ja a节理蚀变系数节理蚀变系数J Jw w裂隙水折减系数裂隙水折减系数SRF

4、SRF应力折减系数应力折减系数nJRQDarJJSRFJw结构体尺寸结构面抗剪强度主动（有效）应力Q = 1000 (or better) Q = 100/0.5 x 4/0.75 x 1/1 Q = 0.001 (or worse) Q = 10/20 x 1/8 x 0.5/20 简介BartonQ系统分类法7 RQD 0 100 Jn 12 4 RQD 20 50 Jn 4 6 9 RQD 15 30 Jn 15 (at least!)RQD 100Jn 2 3 RQD评分评分0100Jn节理组数评分节理组数评分0.520简介BartonQ系统分类法8 Jr = 3.0 (at leas

5、t!) Jr评分0.54简介BartonQ系统分类法9 岩体间直接接触 错动后岩体间接触岩体间不接触Ja评分0.7520简介BartonQ系统分类法10 简介BartonQ系统分类法11 Jw评分0.11.0Jw 1.0 or 0.66Jw 0.5Jw 0.1 or 0.2简介BartonQ系统分类法JwJw值越大越利于岩体稳定！值越大越利于岩体稳定！JwJw值与水量及水压成反比值与水量及水压成反比12 SRF评分101.0软弱带存在硬岩中的岩石应力问题挤压与膨胀简介BartonQ系统分类法SRFSRF值越小越利于岩体稳定！值越小越利于岩体稳定！13 简介BartonQ系统分类法14 简介Ba

6、rtonQ系统分类法15 Q系统分类法与岩体力学参数 F F、RQDRQD、VpVp和和EmassEmass值的预测值的预测Sjogren 1979 Sjogren 1979 与与Barton2006Barton2006年添加的年添加的Q Q值范围值范围16 实例：实例：Q=2025，UCS=200MpaQc=4050，当H=400m时，Vp=5.85.9Km/sEmass=5660MpaPr=0.0170.018Mpa Qc Qc参数的提出与相关参数预测参数的提出与相关参数预测Q系统分类法与岩体力学参数17 基于岩体分类Q系统的永久支护和加固准则ESRESR开挖安全率开挖安全率矿山井巷临时支

7、护 25矿山井巷的永久支护 1.62.0铁路、公路隧道支护 1.0CCA浇筑混凝土拱RRS+B钢筋拱+喷射混凝土+锚杆Sfr+B喷射钢纤维混凝土+锚杆B+(S)锚杆+喷射混凝土支护B连续的锚杆支护Sb不连续锚杆支护Q系统分类法在岩土工程中的应用18 Mathews稳定图法稳定图法N=QA B C稳定性系数wrnaJJRQDQJJSRFH R 壁 面壁 周矿积矿长水力半径Q系统分类法在岩土工程中的应用19 Barton统计分析了Q值与开挖后的自稳能力之间的关系，得出了如下表达式，为隧道的设计施工提出必要的参数式中：D为岩体开挖后无支护的情况下，岩体保持稳定的最大跨度。Q系统分类法在岩土工程中的应

8、用20 焦家金矿矿体赋存条件极为复杂，属于典型的缓倾斜中厚破焦家金矿矿体赋存条件极为复杂，属于典型的缓倾斜中厚破碎矿体。矿体主要受上盘断裂蚀变带的控制，矿体平均倾角碎矿体。矿体主要受上盘断裂蚀变带的控制，矿体平均倾角为为25253535，厚度，厚度1020m1020m。随蚀变程度的增强，岩体抗压。随蚀变程度的增强，岩体抗压强度、抗剪强度及模量值降低，受断裂影响，节理切割严重强度、抗剪强度及模量值降低，受断裂影响，节理切割严重，矿岩稳固性差。目前矿山采用机械化上向进路充填采矿法，矿岩稳固性差。目前矿山采用机械化上向进路充填采矿法，采场沿矿体走向布置，进路规格，采场沿矿体走向布置，进路规格3.5m

9、3.5m3.5m3.5m，由于进路规，由于进路规格小，严重制约矿山生产能力提高，导致工人劳动强度大，格小，严重制约矿山生产能力提高，导致工人劳动强度大，生产效率低。生产效率低。焦家金矿开展岩石力学工作焦家金矿开展岩石力学工作焦家金矿试验采场平面图钻孔岩芯地质编录钻孔岩芯地质编录现场原位岩石力学试验现场原位岩石力学试验现场岩体结构测绘现场岩体结构测绘实验室岩石力学试验实验室岩石力学试验现场钻孔摄像现场钻孔摄像现场声波测试现场声波测试Q系统分类法在岩土工程中的应用21 Q系统分类法与岩体力学参数位置位置下盘下盘矿体矿体上盘上盘孔号孔号010402030506RQDRQD23.8139.5220.6

10、823.0822.0529.77PLSPLS4.425.221.731.62.842.62UCSUCS806092J Jn n6915J Jr r211J Ja a122J Jw w0.660.660.66SRFSRF2.52.52.5Q Q2.790.320.26A A0.350.350.35B B0.50.50.3C C583N N9.231.710.31岩体质量评价参数汇总表修正的修正的MathewsMathews稳定性图表稳定性图表焦家金矿采场跨度设计焦家金矿采场跨度设计开挖前后声波波速变化曲线开挖前后声波波速变化曲线回采完毕后进路形态回采完毕后进路形态22 实验室相关设备的介绍设备轻

11、便，易于搬运和安装，设备轻便，易于搬运和安装，可用于代替坑内钻取芯工可用于代替坑内钻取芯工作作技术规格：技术规格：功率：功率：3.3kW 3.3kW 钻头直径：钻头直径：36mm-70mm36mm-70mm钻进深度：钻进深度：20m20m重量：钻架重量：钻架24kg24kg，主机，主机14kg14kg数字钻孔摄像岩体声波探测技术23 实验室相关设备的介绍SirovisionSirovision岩体结构扫描仪岩体结构扫描仪主要技术指标主要技术指标工作范围：工作范围：3m到到12m角度：垂直方向：角度：垂直方向：360 水平方向：水平方向：360精度：最大精度精度：最大精度1mm电池：连续使用电池：连续使用4小时小时设备用途设备用途方便快捷地测绘现场岩体结方便快捷地测绘现场岩体结构降低工人的工作量。构降低工人的工作量。可实现无接触测绘。可实现无接触测绘。能够快速详尽地对岩体结构能够快速详尽地对岩体结构信息