围岩分级

各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联 系和规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分 为若干级，这就是围岩分级。围岩分级的目的是： 作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确 评价经济效益；确定结构上的荷载(松散荷载)； 给出衬砌结构的类型及其尺寸；制定劳动定额、 材料消耗标准的基础等等。 比较理想的分级方法是：①准确客观，有定 量指标，尽量减少因人而异的随机性；②便于操 作使用，适于一般勘测单位所具备的技术装备水 平；③最好在挖开地层前得到结论。应该说，到 现在还没有出现一种比较完美的方法。
S RF ——应力折减系数。
通过进一步的分析发现，RQD/Jh表示岩块的 大小；Jr/Ja表示岩块间的抗剪强度； Jw/SRF 表 示作用应力。所以岩体质量值Q实质上是岩块尺寸、 抗剪强度和作用力的复合指标。 综上所述，围岩分级有以下几方面发展趋势： 1.分级应主要以岩体为对象。 2.分级宜与地质勘探手段有机地联系起来， 这样才有一个方便而又较可靠的判断手段。 3.分级要有明确的工程对象和工程目的。 4.分级宜逐渐定量化。
(二)单向应力状态下岩石的变形特征 1.单轴压缩时应力－应变曲线
σ
B类 A类
C类
ε
2.弹性模量 初始切线模量，平均切线模量和割线模量。
σ
D
σ1
C B
A
O
ε1
ε
3.横向变形和横向变形比
y x z z
x 2 x1 z 2 z1
σ C B
4．应力－应变全过程曲线
(2)加载速率对岩石强度和变形的影响 (3)其它因素对岩石强度和变形的影响 3.三轴压缩下试件的破坏形式
岩石有三种基本破裂形式，即单轴或低围压下 的张破裂(a)，中等围压下的剪破裂（b）和高围压 下的延性变形破坏（c）。
θ
(a)
(b)
(c)
二、岩体力学性质
试验研究结果表明，裂隙岩体的强度随着裂
隙组数的增加明显减小，但当裂隙组数增加到一
专题二 围 岩 分 级
第一节

基本概念
岩石
岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规 律聚集而形成的自然物体。
按成因分为3大类 岩浆岩:由岩浆冷凝而形成的岩石。 强度高、均匀性好
沉积岩：母岩在地表经风化剥蚀而产生的物 质，通过搬运、沉积和硬结成岩作用而形成的 岩石。 主要物质成分为颗粒和胶结物。胶结物成分 为钙质、硅质、铁质以及泥质。 钙质、硅质胶结的岩石强度高，泥质胶结的 强度低。 具有层理构造，表现为各向异性。 变质岩：岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳 中受到高温、高压及化学活动性流体的影响下 发生变质而形成的岩石。
力的不断变化所造成。
风化岩石按风化剧烈的程度分成若干级 (或
带)：风化极严重、风化严重、风化颇重、风 化轻微和未经风化五级。风化系统分为全风 化带、强风化带、半风化带、弱风化带和微 风化带(新鲜)五带。
岩体的初始应力状态
地应力 岩体在天然状态下所具有的内在应力，可称 之为岩体的初始应力，也有人叫它为地应力。 岩体的初始应力，主要是由于岩体的自重和 地质作用引起的。
影响岩体初始应力状态的因素 第一类是岩体本身因素。如岩性，岩体的物理 力学性质，地质构造形态和地形位置等。 第二类是外界因素。如地壳运动、地下水活动、 地下温度而引起的地震力、水压力、热应力等
第三节 岩体的工程性质
一、岩石的力学性质
（一）岩石的强度性质 岩石强度通常有抗压强度、抗拉强度、 抗剪强度包括(内摩擦角和粘聚力)等。
σ
岩石
C 岩体 B A O 软弱结构面 ε D
第四节 围岩分级
一、概述 围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重 分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳 定性产生影响的那部分岩体 ( 这里所指的岩 体是土体与岩体的总称)。 在不同的岩体中开挖隧道后岩体所表现 出的性态是不同的，可归纳为充分稳定、基 本稳定、暂时稳定和不稳定四种。
建议 >0.9 值
0.7
0.5
0.30 <0.15
岩体的强度： Rcs Rc 式中 Rc ——岩石试件强度；
——岩体构造削弱系数，其值见下表。
表 岩体构造对强度的削弱系数
岩 体 状 态 层厚大于1.0m，有1组裂隙，间距大于1.5m 层厚在0.5～1.0m之间，不超过2组裂隙，间距在1～ 1.5m之间 层厚在0.5～1.0m之间，不超过三四组裂隙，间距在 0.5～1.0m之间 层厚小于0.5m，裂隙少于6组，间距小于0.5m 层厚小于0.3m，裂隙少于6组，间距小于0.3m η的建议值 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1～0.2
定程度之后，强度不再继续降低，而接近岩石的 残余强度，如下表所示。
表
裂隙 组数 试验 值 1.0
裂隙组数对岩体强度影响的试验结果
说 明 0.72 0.47 0.31 0.14 0.16 试件尺寸(cm)： 15×15×30 试件强度(MPa)： 32.8~34.6 结构面强度： c=0.11MP;υ=38o
成岩体内部物质成分的分布和结构特征，都不
可能是均匀一致的。
岩体是由结构面分割的多裂隙体 • 原生结构面 • 构造结构面
• 次生结构面 岩体具有各向异性
岩体中由于岩石的结构、构造具有方向性， 使岩体强度、变形，甚至渗透等性质在不同 方向上显示出差异，称为岩体的各向异性。
岩体具有可变性 由于地壳运动的连续性和长期性以及外应
裂隙岩体的变形性质
下图分别画出了典型的岩石、软弱结构面和岩 体单轴受压时的应力—应变曲线。①压密阶段(OA) ②弹性阶段 (AB) ③塑性阶段 (BC) ④破裂和破坏 阶段(CD) 根据结构体和结构面的具体性态，岩体 的剪切变形可能有 3 种方式：①沿剪切面滑动 ② 结构面不参与作用，沿结构体岩石断裂 ③在结 构面影响下，沿岩石剪断
σ P σ
C
H H I
E
A P
O
ε
O
P＇ H＇ I＇
ε
（三）三轴压缩下岩石的强度及变形特性 1.岩石的三轴压缩强度 可分为两种试验方式：主应力σ 1>σ 2=σ 3的 情况，称为常规三轴试验或称为三轴试验；
σ 1>σ 2>σ 3的情况称为真三轴试验。
用不同的σ 3，可得到不同的σ 1，而用多
组σ 1和σ 3，则可绘制出莫尔圆和莫尔包络线，
三、我国 铁路隧道围岩分级方法
目前铁路隧道围岩分级采用两种方法，即以围岩 稳定为基础的分级方法和按弹性波(纵波)速度的分 级方法。 (一)以围岩稳定性为基础的分级方法
1.围岩分级的基本因素 (1)岩石坚硬程度
根据单轴饱和极限抗压强度Rc分为5级， 即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极软 岩，如表。
(2)岩体的完整程度
主要是指围岩被各种结构面切割成单元体的 特征及其被切割后的块度大小。它是评价围岩 稳定程度最直接、最重要的指标。
为了衡量围岩的完整程度要考虑以下几方面 的因素： 按照软弱面的产状、贯通性以及充填物的情况， 可将围岩分为：完整、较完整、较破碎、破碎、 极破碎。 按照围岩受地质构造影响的程度，可将围岩分 为：构造变动轻微、较重、严重、很严重。
凝灰岩等喷出岩； 砂砾岩、泥质砂岩、泥质页岩、灰质页岩、泥灰 岩、泥岩、煤等沉积岩； 云母片岩或千枚岩等变质岩
岩体完整程度的划分
完整 程度 完整 较完 整 结构面状态 结构类型 岩体完整性 指数 >0.75 0.55~0.75
结构面1~2组，以构造型节理或层面为主，密 闭性
结构面2~3组，以构造型节理、层面为主，裂 隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物
地下水影响的修正 地下水对围岩的影响主要表现在： 软化围岩 软化结构面 承压水作用 根据单位时间的渗水量可将地下水状态分为3 级，如表。 根据地下水状态对围岩级别的修正如表。
围岩初始地应力状态修正 根据围岩初始地应力状态，按表做出评估。 初始地应力对围岩级别的修正宜按表进行。 风化作用的影响 当围岩为风化层时应按风化层的围岩基本分 级考虑。 围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低 1~2级。
如图所示。
τ(MPa)
100 50
0
100
200
σ(MPa)
2.影响三轴压缩试验结果的主要因素
(1)侧限压力(即围压)对岩石强度和变形的影响 岩石试件在高围压下表现出塑性 ( 或延性 ) 变形 的原因是：①附加压力往往使应力状态发生改变。 在一定的三向压力作用下，试件中斜面上的主应力 值变为压缩应力而不是拉伸应力，试件不可能发生 微裂隙，因而促使塑性变形的增加；②在高围压下， 使得早就存在的微裂隙密合；③在高围压下会改变 发生在变形过程中的物理性质，而这些性质的改变， 都是发生塑性变形的基础。
K
v2
2 v0
Rcs K v Rc ( 2 / 0 )Rc
2
表4-3-3 岩体抗压强度与弹性波速度之间的关系 类 别 A B C D 岩体弹性 波速度υ （km/s） 1.4~2.3 3.0～3.6 4.0~4.5 4.8~5.2 注：Rc=130MPa。 岩石弹性 波速度υ0 （km/s） 5.14 5.38 5.53 5.61 完整性系 岩体强度Rcs 数 Kυ （MPa） 0.06~0.17 0.29~0.39 0.51~0.65 0.73~0.83 8.1~21.8 37.2~50.7 66.0~83.8 95.0~112.0 Rcs(试验值) （MPa） 10.0~30.0 40.0～60.0 70.0~90.0 90.0~115.0
二、弹性波速度的分级方法
弹性波(纵波)速度与围岩级别的关系见表
岩石坚硬程度的划分
岩石 类别 硬 极硬 质 岩 岩 硬岩
较软 软 岩 质 软岩 岩 极软 岩 单轴饱和 抗压强度 Rc/MPa >60 30~60 15~30 5~15 <5 代表性岩石
花岗岩、闪长岩、玄武岩等岩浆岩； 硅岩、钙质胶结的砾岩及砂岩、石灰岩、白云岩 等沉积岩； 片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、片岩等变质岩
按照节理( 裂隙 )发育程度的不同又分为：节理
不发育、节理较发育、节理发育及节理很发育。 按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻 微、较重、严重、极严重四级。
岩体完整程度应按表划分。
2.围岩基本分级及其修正 (1)基本分级
《铁路隧道设计规范》将单、双线铁路隧道的围 岩划分为六级。
(2)隧道级别的修正
二、围岩的分类方法
(一)以岩石强度或岩石的物性指标为代
表的分级方法
1.以岩石强度为基础的分级方法 2.以岩石的物性指标为基础的分级方法 (二)以岩体构造、岩性特征为代表的分
级方法
1.泰沙基分级法 2.以岩体综合物性为指标的分级方法
(三)与地质勘探手段相联系的分级方法
1.按弹性波(纵波)速度的分级方法 2.以岩石质量为指标的分级方法——RQD方法 所谓岩石质量指标RQD是指钻探时岩芯复 原率，或称岩芯采取率，即单位长度钻孔中 10cm以上的岩芯占有的比例，可写为:
10cm以上岩芯累计长度 100 RQD(％) 单位钻孔长度
(四)组合多种因素的分级方法
“岩体质量——Q”的分类方法。
RQD J r J w Q J h J a S RF
式中
RQD ——岩石质量指标； Jh——节理组数目；
J r ——节理粗糙度；
J a ——节理蚀变值；
J w ——节理含水折减系数；
OA段为裂隙压密阶段。 AB段为直线变形阶段。 BC段为新生微裂隙及扩容发展阶段。 CD段为新生微裂隙的不稳定发展阶段。A
O
D ε
5．循环荷载条件下岩块的变形特征
线弹性或可逆性的岩石，例如左图 对于非线弹性的岩石，例如中、右图
σ σ σ
P
A
P
O
ε
O
ε
O εp εe (c)
ε
(a)
(b)
如果多次反复加载、卸载循环，每次施加的最大 荷载比前一次循环的最大荷载大，则可得右图的曲线。

岩体
由结构面与结构体共同组成的综合体 结构面：岩体中的软弱面，包括节理、层理、 片理、劈理、不整合、褶皱和、断层等。 结构体：被结构面切割成的岩块
第二节
地质特性
岩体的工程性质
岩体处于一定的天然应力作用之下 岩体的物理力学性质的不均匀性 由于生成岩体的物质来源、生成原因、周围 的环境以及生成后的构造作用极其复杂，所形
巨块状整 体结构
块状结构
Baidu Nhomakorabea
较破 碎
破碎
结构面一般为3组，以节理及风化裂隙为主， 在断层附近受构造作用影响较大，裂隙以微 张型和张开型为主，多有充填物
结构面大于3组，多以风化型裂隙为主，在断 层附近受构造作用影响大，裂隙宽度以张开 型为主，多有充填物 结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影 响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填， 充填物厚度大