Barton-Q系统分类法及其在岩土工程中的应用

Barton-Q系统分类法及其在岩土工程中的应用安龙东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室2014年3月内容提纲Q系统分类法建立的背景及目的简介Barton-Q系统分类法Q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4123实验室相关设备的介绍5Q系统分类法建立的背景及目的问题的提出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已经成为一个更加迫切需要解决的课题。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—受断层、节理、地下水及原岩应力的影响。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，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。如何将岩体的稳定性与相应的工程措施(如支护手段等)联系起来。该岩块未掉落是否可以说明其处于稳定状态？该巷道需要如何支护，why？Q系统分类法建立的背景及目的Q系统分类法的提出基本案例收集案例分析总结相应参数、指标提出评定等级的提出评定等级的验证基础数据库的建立RQD:岩石质量指标Jn：岩体节理组数Jr：节理粗糙度系数Jw：裂隙水折减系数Ja：节理蚀变系数SRF：应力折减系数Q指标评价系统提出最初的212个工程案例1974年Barton等基于212个隧道和硐室开挖的实例数据库（公路和铁路隧道，地下水电硐室，地下厂房等）—1993年数据库中的实例数已增至1250个。数据库中的数据涵盖了50多种岩石类型

大量的火成岩和变质岩的数据

少量的沉积岩数据大量实例中具有含泥质粘土的节理及断层。大量实例中岩体都具有不同程度的风化数据库中60%的数据来自斯堪的纳维亚半岛（挪威和瑞典）数据库中40%的数据来自欧洲，美国（其中也有少部分的数据来自香港和台湾）50%的数据来自于挪威和瑞典的引水隧道。Q系统分类法数据库的特征Q系统分类法建立的背景及目的NGI的Barton最初提出的岩石质量Q分类法节理的粗糙度是否重要？节理的组数是否重要？节理充填物是否重要？岩芯质量所放映的岩体特征？1974年Version1提出2014年VersionnJw提出支护系统的更新建立与RMR之间的关系Q系统分类法

RQD—岩体质量指标Jn—节理组数Jr—节理粗糙度系数Ja—节理蚀变系数Jw—裂隙水折减系数SRF—应力折减系数结构体尺寸结构面抗剪强度主动（有效）应力Q=1000(orbetter)Q=100/0.5x4/0.75x1/1Q=0.001(orworse)Q=10/20x1/8x0.5/20简介Barton—Q系统分类法Q值from0.001to1000，Q值越大则表征岩体的稳定性越好！！RQD与JnRQD0~100Jn12~4RQD20~50Jn4→6→9RQD15~30Jn15(atleast!)RQD100Jn2→3RQD评分0~100Jn节理组数评分0.5~20简介Barton—Q系统分类法RQD值越大表征岩体稳定性越好！Jn值越小，岩体越完整！Jr—节理粗糙度系数Jr=3.0(atleast!)Jr评分0.5~4简介Barton—Q系统分类法Jr=1.0Jr=1.5Jr值越大其抗剪切能力越大！Ja—节理蚀变系数岩体间直接接触错动后岩体间接触岩体间不接触Ja评分0.75~20简介Barton—Q系统分类法Ja值越大其抗剪切能力越小！简介Barton—Q系统分类法Jr/Ja=1.5/1.0Jr/Ja=1.0/2.0Jr/Ja=2.0/2.0Jw—裂隙水折减系数Jw评分0.1~1.0Jw1.0or0.66Jw0.5Jw0.1or0.2简介Barton—Q系统分类法Jw值越大越利于岩体稳定！Jw值与水量及水压成反比SRF—应力折减系数SRF评分10~1.0软弱带存在硬岩中的岩石应力问题挤压与膨胀简介Barton—Q系统分类法SRF值越小越利于岩体稳定！简介Barton—Q系统分类法简介Barton—Q系统分类法Q系统分类法与岩体力学参数F、RQD、Vp和Emass值的预测Sjogren1979与Barton2006年添加的Q值范围初级阶段实例：Q=20~25，UCS=200MpaQc=40~50，当H=400m时，Vp=5.8~5.9Km/sEmass=56~60MpaPr=0.017~0.018MpaQc参数的提出与相关参数预测Qc值的提出与参数预测的改进Q系统分类法与岩体力学参数改进的Qc—Vp—Emass—Pr综合模型基于Q系统分类法的巷道支护方式的选择基于岩体分类Q系统的永久支护和加固准则ESR—开挖安全率矿山井巷临时支护2~5矿山井巷的永久支护1.6~2.0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基于Q系统分类法的采场结构参数的选择Mathews稳定图法稳定性系数水力半径Q系统分类法在岩土工程中的应用基于Q系统分类法的采场自稳时间的判断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用工程实例—焦家金矿-390中段104#采场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，矿体平均倾角为25°~35°，厚度10~20m。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，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3.5m×3.5m，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，生产效率低。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现场原位岩石力学试验现场岩体结构测绘实验室岩石力学试验现场钻孔摄像现场声波测试Q系统分类法在岩土工程中的应用现场声波测试及钻孔摄像基于摄影测量技术的现场岩体结构测绘钻孔地质编录实验室岩石力学试验Q系统分类法与岩体力学参数位置下盘矿体上盘孔号010402030506RQD23.8139.5220.6823.0822.0529.77PLS4.425.221.731.62.842.62UCS806092Jn6915Jr211Ja122Jw0.660.660.66SRF2.52.52.5Q2.790.320.26A0.350.350.35B0.50.50.3C583N‘9.231.710.31岩体质量评价参数汇总表修正的Mathews稳定性图表焦家金矿采场跨度设计采用Mathews稳定图解法进行回采设计，将采场跨度由原来的3.5m扩大到7.5m，并通过现场试验证明回采过程中均未发生顶板冒落和围岩垮落现象，采场的稳定性良好。开挖前后声波波速变化曲线回采完毕后进路形态实验室相关设备的介绍瑞典CD34便携式坑道电动钻机设备轻便，易于搬运和安装，可用于代替坑内钻取芯工作技术规格：功率：3.3kW钻头直径：36mm-70mm钻进深度：20m重量：钻架24kg，主机14kgCD34便携式坑道钻机在红透山铜矿的应用数字钻孔摄像及超声波测试设备数字钻孔摄像岩体声波探测技术实验室相关设备的介绍Sirovision岩体结构扫描仪主要技术指标工作范围：3m到12m角度：垂直方向：360°

水平方向：360°精度