讲解-第3章_岩石的力学性质与分级-作业

五、矿山岩体分类实例

问题1埋深200m的包含三组弱面的泥岩。一组为层理面，强风化，表面稍粗糙，连续，方向为180∠10；另一组是节理面，微风化，稍粗糙，方向为185∠75；第三组也是节理面，微风化和稍粗糙，方向为090∠80。原岩强度为55MPa，RQD 值60%，平均弱面间距是0.4m。

采用RMR系统对该岩体进行分类，并评价从东到西开挖的10m宽洞室的稳定性。

答案1为采用RMR系统，将评估五个基本参数—原岩强度、地下水条件、RQD、断裂面间距和断裂条件。这为该岩体提供了一个基本的RMR值。随后考虑断裂面方向进行等级调整并决定最终的RMR值。

例子中有三组断裂面，因此需要对每组断裂面依次采用RMR系统，以此来确定对特定开挖最危险的一组参数。当然，分类参数中原岩强度和地下水条件是与岩体总体情况相关的，而不是考虑特定的断裂组，并将被同样地应用于每个断裂组。此时，一般的采用RQD值和平均断裂面间距，而不是特殊组的值，因此它们将被同样采用。将首先评价所有的这些参数，随后再进一步评价那些针对特殊断裂组的参数。

(1)岩体分类基础等级值

R1：原岩强度为55MPa，因此强度等级的保守值是6；

R2：对于平均RQD值为60%，其等级值约为12；

R3：平均弱面间距0.4m，其等级值约为10；

R5：开挖位于200m深度的岩体为泥岩。在200m的深度，垂直应力分量为5MPa 左右(假设岩石的单位重量为25kN· m-3)，这个应力可能足以使断裂面处于紧密闭合状态。加之泥岩具有很低的主、次渗透性，可以推断地下水条件可能在潮湿和湿润范围内，等级值范围为7~10。

将这四个等级值加在一起得到总的等级值为6+(7~10)+12+10=35~38。

(2)用第一组层理面数据进行分类

R4：层理面强风化，表面稍粗糙，且分布有连续。这些特定性质的等级值分别是1、3和0。在开挖处原位应力状态的基础上可以对开挖进行评价，5MPa的应力意味着弱面的开度较低，因此合理的等级值为5。没有充填物的信息，也没有证据表明存在任何充填的物质，因此假设等级值为6。所以这些弱面的总的等级值为1+3+0+5+6=15。

R6：层理的倾斜方向是1800，开挖是沿着走向方向，这被认为是一般条件，相应的等级值调整为-5。

因而，基于第一组断裂面的全部的RMR值是(35~38) + 15 = 50~53，考虑到弱面方向进行-5的等级调整，RMR值减少到45~48，该分类定为较好岩体，即Ⅲ类。

(3)用第二组节理面数据进行分类

R4：节理面是微风化，稍粗糙，方向为185∠75。将这些性质对应的等级值赋值为5、3和-12。泥岩中的弱面是节理，它们的存在将可能在1~2m，与此对应的合适等级值为2。同第一组断裂面一样，分别对断裂面开度和充填物赋值5和6。这些节理面总的等级值是5+3+2+5+6=21。

R6：考虑到断裂面方向进行-12的方向调整。

全部的RMR值是(35~38)+21-12=44~47，该分类也定为较好岩体，即Ⅲ类。

(4)用第三组节理面数据进行分类

第三组节理面与第二组有同样的力学特征，因此等级值为21，全部的RMR值为56~59，分类为一般的岩体。现在方向等级调整是-5(走向垂直于开挖轴向，将开挖逆倾向定义为一般)，这将使RMR值减少到51~54。该分类也定为较好岩体，即Ⅲ类。

(5)总体评价

可以看出第二组弱面导致岩体最危险的分类，可能的RMR值为44~47。用RMR、开挖跨度与自稳时间结合的图表显示，在这样的岩体中10m宽的开挖将导致立即现塌。因此工程设计中将需要采取岩石稳定措施(比如支护和加固)。另外，可能

也需要采用某种台阶法开挖形式，在小的导洞开挖成形后再进行系统的全尺寸的开挖。当采用这些增强稳定性措施后，岩体的工程特性可得到稳定的改善。

六、作业

作业1．在勘探巷道的铅垂岩壁上进行详测线测量。岩体包括两组平行的不连续面，在岩壁上的迹线夹倾角75°，如图所示。A组迹线与水平详测线夹角为55°。大量量测值分别给出A组和B组不连续面沿详测线的表观平均间距分别为0.450m和0.800m。

a.计算每组的平均法向间距。

b.所有不连续面沿详测线方向的平均间距是多少?

c.假定组合不连续面的间距按负指数分布，估算岩体沿详测线方向的岩石质

量指标RQD。

作业2. 开挖直径为7m的隧道依次通过页岩和玄武岩，最大埋深为61m。页岩向东倾斜，玄武岩形成接近垂直的岩脉。层理面倾角为15°~20°，节理面倾角为70°~90°。页岩中的节理面粗糙，而且大多数很薄且被方解石充填，整个岩体被描述为块状的和有裂缝的。地下水水位在隧道仰拱上50m。页岩的平均单轴抗压强度是53MPa，玄武岩的单轴抗压强度是71MPa。垂直应力约为1.0MPa，水平应力约为3.4MPa。弯曲的隧道线路意味着，隧道可能沿长度某些地方在方向90°~180°前进。

使用RMR系统对开挖中岩石的特性进行预测。

这是一个常见的例子。开始看来，似乎给出了许多有用的信息。但是随着调

查的进一步深入，发现这些信息很少是以岩体分类为基础的。通常我们不可能获得更多的信息，这就需要仔细考虑合适的等级值是多少。同时，选择的等级值可能存在争议，因此必须谨慎地研究这些等级评价值的敏感性。

答案2

（1）地下水

R5：由题意可知，地下水水位位于隧道仰拱之上50m，隧道处的水压力为0.5Mpa；最大主应力为水平方向，3.4Mpa；水压力与最大主应力之比为0.5/3.4=0.15。查表可知，该环境为潮湿的，所以取等级值为7。

（2）页岩等级值

R1：页岩的强度是53MPa，等级值约为5；

R2：页岩是沉积岩，具有明显的层理；块状和有裂缝的描述表明岩体很容易从层理面裂开，并受制于节理而形成块体。对于这样的岩石来说，RQD值较低，等级值为8；

R3：基于上述同样的原因，断裂面间距也较低，其等级值取为10；

R4：页岩中的节理粗糙，而且大多数间隙很薄且被方解石充填，节理可能只持续很少几米，节理等级（连通度）取为5，充填物等级取为5。层理面通常是延伸很广的，在页岩中也是很光滑的，节理等级（连通度）取为0，充填物等级也取为5。最后，隧道开挖在一个相当浅的深度—不超过60m，在此基础上可假设岩石发生一定的风化。风化等级值取为4。结果见下表：

上表显示层理的等级值远低于节理的等级值，因此层理将是决定隧道稳定性的最危险的断裂组。

R6：由于层理的倾角不大于20°，这被认为是一般条件，因此方向的等级调整为-5；考虑节理，如果隧道朝南开挖，这些特征将引起很不利的条件，等级调整为-12。

最后，考虑层理时，页岩的RMR值如下表所示。