岩体的工程地质性质与分类

第一部分岩体的工程地质性质一、岩体结构（面）特征及结构类型划分岩体结构:是指岩体中结构面与结构体的排列组合特征。岩体是由结构面和结构体两部分组成的。结构面：指切割岩体的各种地质界面。结构体：指被结构面所围限的岩块。因此，岩体结构应包括两个要素或称结构单元，即结构面和结构体，也就是说，不同的结构面与结构体以不同方式排列组合，形成了不同的岩体结构类型。不同结构类型的的岩体，其物理力学性质、力学效应及其稳定性都是不同的。1.结构面的成因类型根据地质成因的不同，可将结构面分为原生结构面构造结构面和次生结构面三类。1)原生结构面：是岩体在成岩过程中形成的结构面，其特征与岩体成因密切相关。因此，又可将其分为沉积结构面、岩浆结构面和变质结构面三类。原生结构面除部分经风化卸荷作用裂开外，多具有不同程度的连接力和较高的强度。(1)沉积结构面

沉积岩的层理、层面、沉积间断面及沉积软弱夹层等都属于沉积结构面。(2)火成结构面岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面，如流层、冷凝节理、侵入体与围岩的接触面及岩浆间歇喷溢所形成的软弱接触面等。(3)变质结构面变质结构面可分为残留的变余结构面和变成的重结晶结构面两种。前者为沉积岩浅变质所具有，层面仍保留，但在层面上有绢云母、绿泥石等鳞片状矿物密集并呈定向排列。重结晶结构面主要有片理和片麻理等。2)构造结构面：是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。构造结构面，除被胶结者外，绝大部分都是开脱的。3)次生结构面：是岩体形成后在外营力作用下形成的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层卸荷及人类活动所形成的结构面等。风化裂隙一般仅限于地表或地表以下数十米的风化带内，常沿原生结构面和构造结构面叠加发育，使其性质进一步恶化。2.结构面的规格和等级按结构面延伸长度、切割深度、破碎带宽度及其力学效应，可将结构面划分为如下五级：Ⅰ级：指大断层或区域性断层。Ⅱ级：指延伸长而宽度不大的区域性地质界面，如较大的断层、层间错动、不整合面及原生软弱夹层等。Ⅲ级：指长度为数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。Ⅳ级：指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、剪理面等。其长度一般为数十米至二三十米，宽度近于零至数厘米不等，是构成岩块的边界面。Ⅴ级：又称微结构面，指隐节理、微层面、微裂隙及不发育的片理、劈理等，其规模小，连续性差，常包括在岩块内，主要影响沿块的物理力学性质。

在上述五级结构面中，Ⅰ、Ⅱ级结构面又称为软弱结构面，Ⅲ级结构面多数也为软弱结构面，Ⅳ、Ⅴ级结构面为硬性结构面。不同级别的结构面，对岩体力学性质的影响及在工程岩体稳定中所起的作用是不同的。3.结构面的特征及其对岩体性质的影响结构面对岩体力学性质的影响是不言而喻的，但其影响的程度则主要取决于结构面的发育情况。如岩性完全相同的两种岩体，由于其结构面的空间方位、连续性、密度、形态、张开度及其组合关系等不同，在外力作用下，这两种岩体将呈现出完全不同的力学反应。1）产状：结构面的产状常用走向、倾向和倾角三要素表示。2）连续性：结构面的连续性反映结构面的贯通程度，常用线连续性系数、迹长和面连续性系数等表示。3）密度：结构面的密度反映结构面发育的密集程度，常用线密度、面密度和间距等指标表示。4）张开度与填充胶结特征：结构面的张开度e是结构面两壁面间的垂直距离（mm）5）形态：结构面的形态对岩体的力学性质及水力学性质存在明显的影响。6）结构面的组合关系：控制着可能滑岩的岩体的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型，它是工程岩体稳定性预测与评价的基础。4.软弱结构面软弱结构面，就其物质组成及微观结构而言，主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其它夹泥层等。它们实际上是岩体中具有一定厚度的软弱带（层），与两侧岩体相比，具有高压缩性和低强度等特征，在产状上多属缓倾角结构面。因此，软弱结构面在工程岩体稳定性中具有很重要的意义，往往控制着岩体的变形破坏机理和稳定性，其中，最常见的危害较大的软弱结构面是泥化夹层。软弱夹层是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄的软弱岩层。5.岩体的变形性质岩体的力学性质，一方面取决于它的受力条件；另一方面则受岩体的地质特征和赋存的环境条件的影响。其影响因素主要包括：组成岩体的岩石变形与强度性质；各种结构面的发育特征及其变形与强度性质；岩体的赋存环境，尤其是天然应力及地下水的影响。其中，结构面的影响是岩体力学性质不同于岩石的本质原因。由于岩体中包含有大量的结构面，结构面中还往往有各种充填物存在，因此，岩体在外力作用下的变形是岩石变形、结构面闭合和充填物变形三者的总和，且在一般情况下，结构面和充填物变形常起控制作用。6.岩体的强度性质

岩体是由各种不同形态的岩块和结构面组成的地质体。因此，其强度必然受到岩块、结构面及其组合形式的控制。一般情况，岩体的强度即不等于岩块的强度，也不等于结构面的强度，而是两者共同影响表现出来的强度。但在某些情况下，可以近似用岩块或结构面的强度来代替它。如岩体中结构面很不发育，呈整体或完整结构，则其强度可视为与岩块强度相近或相等。又如岩体是沿某一结构面整体滑移破坏，则岩体的强度完全取决于该结构面的抗剪强度。在多数情况下，岩体的强度介于岩块和结构面强度之间。在岩体的强度性质中，最重要的是抗剪强度。它是影响工程安全和造价的重要因素，在岩基抗滑稳定、边坡岩体稳定和地下硐室围岩稳定性分析与近似中，岩体的抗剪强度参数是必不可少的。二、岩体的流变特征蠕变：指在应力一定的条件下,变形随时间的持续而逐渐增长的现象；松弛：变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。长期强度：出现蠕变破坏的最低应力值天然应力的组成

１.自重应力;２.构造应力：由构造运动产生的地应力;3.剩余应力（风化剥蚀后）及变异应力等。天然应力的分布规律1.三向不等空间应力场；2.水平应力与垂直应力的关系；3.水平应力的方向性；第二部分岩体工程地质分类及岩体性质人工改良第一节分类的目的与原则岩体工程分级的目的是对作为工程建筑物地基或围岩的岩体，从工程的实际要求出发，对它们进行分级；并根据其特性，进行试验，得出相应的设计计算指标或参数，以便使工程建设达到经济、合理、安全的目的。

通用分级

岩体工程分级

专用分级通用分级:是供各个学科领域、各国民经济部门笼统使用的分级，是一种较少针对性的、原则性的、大致分级；

专用分级:针对某一学科领域，某一具体工程，或某一工程的具体部位岩体特殊要求，或专为某种工程目的服务而专门编制的分级。与通用分级相比，专用分级所涉及的面要窄一些，考虑的影响因素要少一些，但更深入和细致。1、分类的目的（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。（2）便于施工方法的总结,交流,推广。（3）为便于行业内技术改革和管理。2、分类原则

（1）有明确的类级和适用对象。（2）有定量的指标。（3）类级一般分五级为宜。（4）分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。（5）根据适用对象，选择考虑因素。趋势：“综合特征值”分类法3、分类的独立因素

在分类中起主导和控制作用的有如下几方面因素：（1）岩石材料的质量（强度指标）：强度和变形性这两个方面。至今没有统一的方法和标准，目前多用室内单轴抗压强度指标来反映。（2）岩体的完整性：结构面产状、密度等。可用节理切割之岩块的平均尺寸来反映；也可以用节理裂隙出现的频度、性质、闭合程度等来表达。

（3）水文状态（软化、冲蚀、弱化）：水的作用有楔劈作用、润滑作用、溶解作用、潜蚀作用、冻融作用及水、岩、应力间的耦合作用。

（4）岩石风化程度：目前用岩体纵波速度（Vmp）波速比（kv）及风化系数来评价、划分岩体的风化程度。（5）地应力。（6）其它因素（自稳时间、位移率）。其中：岩性是最重要因素

第二节我国工程岩体分级标准（GB50218-94）

1986年国家计委批准编制了《工程岩体分级标准》，并于1994年经国家建设部批准为强制性国家标准，于1995年7月1日起施行。该标准属于国家标准第二层次的通用标准，适用于各部门、各行业的岩石工程。下面对该标准作专门介绍。《工程岩体分级标准》提出了对工程岩体进行初步定级和详细定级的两类定级方法。

一、工程岩体分级的基本方法1.确定岩体基本质量按定性、定量相协调的要求，最终确定岩石的坚硬程度与岩体完整性指数。岩石坚硬程度的定性划分方法见表8-1

1）岩石坚硬程度的确定岩石坚硬程度采用岩石单轴饱和抗压强（RC）表8-2RC与定性划分的岩石坚硬程度的关系2）岩体完整性指数（Kv）的确定。岩体完整程度的定性划分见表8-3岩体完整程度的定性划分。其中，结构面的结合程度按表8-4结构面结合程度的划分确定。单位岩体体积的节理数：选择有代表性露头或开挖面，对不同的工程地质岩组进行节理裂隙统计，根据统计结果计算单位岩体体积的节理数（Jv）(条/m3)岩石饱和单轴抗压强度Rc/MPa＞6060～3030～1515～5＜5坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩岩体完整性系数KV＞0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15＜0.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎表8-3

岩体完整程度划分表8-4Jv与

Kv的对照关系2.基本质量分级1）岩体基本质量指标：根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标两方面的特征，对岩体质量进行初步定级。（BQ）按下式计算：

BQ=90+3RC+250KV

式中：RC－岩石单轴饱和抗压强度的兆帕数值

KV－岩体完整性指数值注（1）当RC>90KV+30,代RC＝90KV+30

（2）当KV>0.04RC+0.4,代KV＝0.04RC+0.42）按计算所得的Q值分级见表8-18（分为5级）基本质量级别岩体质量的定性特征岩体基本质量指标（BQ）Ⅰ坚硬岩，岩体完整＞550Ⅱ坚硬岩，岩体较完整较坚硬岩，岩体完整550～451Ⅲ坚硬岩，岩体较破碎较坚硬或软硬岩互层，岩体较完整较软岩，岩体完整450～351Ⅳ坚硬岩，岩体破碎较坚硬岩，岩体较破碎－破碎较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整－较破碎软岩，岩体完整－较完整350～251Ⅴ较软岩，岩体破碎软岩，岩体较破碎－破碎全部极软岩及全部极破碎岩＜250

表8-5岩体质量分级3）结合工程情况，计算岩体基本质量指标修正[BQ]按表5-18的指标值确定本工程的工程岩体级别。

[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)K1,K2,K3值，可分别按表5-19、5-20、5-21确定。无表中所列情况时，修正系数取零。

[BQ]出现负值时，应按特殊问题处理。在上述岩体质量定量评价的基础上，可据下式确定岩体基本质量指标(ＢＱ)：ＢＱ＝90+3Ｒｃ+250Kv

其中Ｒｃ的单位为MPa。根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标两方面的特征，对岩体质量进行初步定级。3）结合工程情况，计算岩体基本质量指标修正[BQ]按表5-18的指标值确定本工程的工程岩体级别。

[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)K1,K2,K3值，可分别按表5-19、5-20、5-21确定。无表中所列情况时，修正系数取零。

[BQ]出现负值时，应按特殊问题处理。在上述岩体质量定量评价的基础上，可据下式确定岩体基本质量指标(ＢＱ)：ＢＱ＝90+3Ｒｃ+250Kv