岩石力学---第8章 工程岩体分级

§7-2 岩石分级
1. 普氏分级法
以岩石试件的单轴抗压强度作为分类依据，根据普氏坚
固性系数 f 将岩石分为十级。 f 值越大，岩体越稳定。
Rc f 10 式中：Rc——岩石单轴抗压强度，Mpa
f ≥20 为1级，最坚固； f ≤0.3为第10级，最软弱。
优点：形式简单，使用方便。
缺点：未考虑岩体的完整性、岩体结构特征对稳定性影响， 故不能准确评价岩体的稳定性。
§7-3 工程岩体分级
1. 按岩体完整性系数Kv（龟裂系数）分级
Kv (
V pm V pr
)
2
式中：Vpm、Vpr—岩体、岩石弹性纵波速度（m/s)。 Kv >0.75 0.75~0.55 0.55~0.35 0.35~0.15 <0.15
完整程 度
完整
较完整
较破碎
破碎
极破碎
2. 按岩芯质量指标（RQD）分级 蒂尔（Deer,1964)提出根据钻探时岩芯完好程度来判断岩体 的质量，对岩体分类。
RQD Jn Jr Ja Jw SRF
为岩体的完整性；
表示结构面的形态、充填物特征及次生变化程度； 表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响。
（1）节理组数影响（Jn)
（2）节理粗糙度影响（Jr)
（3）节理蚀变程度影响（Ja)
（4）裂隙水影响（Jw)
根据Q值，可将岩体分为9类，如图：
地下开挖当量直径：
（4）节理条件(R4)
（5）地下水(R5) （6）节理方向对工程的影响的修正参数（R6） 即：
RMR R1 R2 R3 R4 R5 R6
（1）对应岩石强度的岩体评分值R1 点荷载指标 （Mpa） >10 4~8 2~4 1~2 不采用 不采用 不采用 岩石单轴抗压强度 Rc(Mpa) >250 100~250 50~100 25 ~ 50 5 ~ 25 1~5 <1 评分值 15 12 7 4 2 1 0
H
＞500
中等强度 50~100 低强度 极低强度 25~50 1~25
中等模 200~50 0 量比
低模量 比 ＜200
3. 岩石单轴抗压强度分类 我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类： 类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 岩石单轴抗压强度 σc(Mpa) 250~160 160~100 100~40 <40 坚固性 特坚固 坚固 次坚固 软岩
4. 国标《岩土工程勘察规范》分类
分类指标：新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（cw）
类别 亚类
极硬岩石
饱和单轴抗压强 度(MPa)
＞60
代表性岩石
花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄 武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、 大理岩、硅质砾岩等
硬质 岩石
次硬岩石
次软岩石 极软岩石
30~60
5~30 ＜5
软质 岩石
粘土岩、页岩、千枚岩、绿泥石片 岩、云母片岩等
2. Deere &Miller 双指标分类
分级指标：岩块抗压强度（c）、模量比 （Et/c）
类别 岩块分类 σc(MPa) A B C D E 极高强度 高强度 ＞200 岩石类型举例 类别 石英岩、辉长岩、 玄武岩 100~20 大理岩、花岗岩、 0 片麻岩 砂岩、板岩 煤、粉砂岩、片 岩 白垩、盐岩 M L Et/σc分 类 高模量 比 Et/σc
工程岩体分级：对工程岩体依据一定的特征指标进行 归类分级。
工程岩体分类的参考影响因素
1. 岩石的质量。主要表现在岩石的强度和变形性质方面。
2. 岩体的完整性。岩体完整性取决于不连续面的组数和密度。
可用结构面频率(裂隙度）、间距、岩心采取率、岩石质量指标 RQD以及完整性系数作为定量指标进行描述。这些定量指标是 表征岩体工程性质的重要参数。 3. 结构面条件。包括结构面产状、粗糙度和充填情况。岩体的
（4）对于节理状态的岩体评分值R4 说明 尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁 评分值 25
略粗糙的表面、张开度<1mm，硬岩壁
略粗糙的表面、张开度<1mm，软岩壁 光滑表面；由断层泥充填厚度为1～5mm；张开度 1～5mm ，节理延伸超过数米 由厚度>5mm的断层泥充填的张开节理;张开度 >5mm的节理，延伸超过数米
分级的方法：通过岩体的一些简单和容易实测的指标，把
工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来，并借鉴已建工
程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体
进行归类的一种工作方法。
分级、分类 认识事物的同一性和差异性的方法就是将事物进行分 类和分级 分类：主要突出的是同一性，是质的定性评价，强调 的是属性特征； 分级：主要突出差异性，是量的界定，强调的是等级 特征；是在分类的基础上进行的。
② 岩体基本质量分级 A 岩体基本质量指标（BQ)的计算
BQ 90 3 c 250Kv
式中：BQ——岩体基本质量指标； σC——岩石饱和单轴抗压强度(Mpa);
Kv——岩体完整性系数。
注意：
当σC > 90Kv+30 时，应以σC=90Kv+30 代入上式计算BQ值；
当Kv > 0.04 σC+0.4时，应以Kv=0.04σC+0.4代入上式计算BQ值；
20
12
6
0
（5）取决于地下水状态的岩体评分值R5
每米隧道的涌水 节理水压力与最 量（L/min） 大主应力的比值 无 <10 10～25 25～125 0 <0.1 0.1～0.2 0.2～0.5
总的状态
完全干燥 潮湿 湿 有中等压力水， 滴水 有严重地下水 问题，流水
评分值
15 10 7 4
>125
要求：
1. 须掌握本章重点难点内容； 2. 理解几种有代表性的岩体分类方法； 3. 了解我国工程岩体分级标准（GB50218－94）
§7-1 概述
岩体分级是对影响岩体稳定性和影响工程设计、施工和 维护的各种因素建立一些评价指标，对工程辖区岩体进行评 价，划分出不同的的级别或类别。 分级的目的：通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量 好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、支护衬 砌、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。
式中： K1——地下水影响修正系数；
K2——主要软弱结构面产状影响修正系数； K3——初始应力状态修正系数。
A 地下水影响修正系数K1 BQ
地下水出水状态
潮湿或点滴出水
淋雨状或涌流状出水， 水压≤0.1MPa或单位出 水量≤10L/(min.m)
>450
0
450~351
0.1
350~251
0.2～0.3
B 按BQ值进行岩体基本质量分级
基本质 岩体基本质量定性特征 量级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 坚硬岩，岩体完整； 坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整； 岩体基本质 量指标(BQ) >550 550~451 450~351 350~251 <250
坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层， 岩体较完整；较软岩，岩体完整；
<250
0.4～0.6
0.1
0.2～0.3
0.4～0.6
0.7～0.9
淋雨状或涌流状出水， 水压＞0.1MPa或单位出 水量＞ 10L/(min.m)
0.2
0.4～0.6
0.7～0.9
1.0
B 主要软弱结构面产状影响修正系数K2
工程性质主要取决于结构面的性质和分布状态以及其间的充填
物性质。
工程岩体分类的参考影响因素
4. 岩体及结构面的风化程度。风化程度越高，岩体越破 碎，强度越低 。 5. 地下水的影响。渗流，软化，膨胀，崩解，静、动水 压力等。 6. 地应力。地应力难于测定，它对工程的影响程度也难 于确定，因此，其影响一般在综合因素中反映。
>0.5
0பைடு நூலகம்
（6）节理方位对RMR的修正值R6 方位对工程的影 响评价 很有利
隧道
0
地基
0
边坡
0
有利
一般 不利 很不利
－2
－5 －10 －12
－2
－7 －15 －25
－5
－25 －50
（7）节理走向与倾角对隧道掘进的影响
节理走向垂直于隧道轴线 顺倾向掘进 逆倾向掘进 节理走向平行于隧道 轴线
倾角 00～200
6. 国标（GB50218-94) BQ分级 (1) 工程岩体分级的基本方法 ◆ 按岩体基本质量指标BQ进行初步分级 ◆ 根据天然应力、地下水和结构面方位等对BQ进行 修正 ◆ 按修正后的［BQ］进行详细分级 ① 确定岩体基本质量
《标准》认为岩石的坚硬程度和岩体完整程度决定
岩体的基本质量。岩体基本质量好，则稳定性好； 反之，稳定性差。
l RQD
L
i
100 %
式中：li —所取岩芯中≥10cm长度的岩芯段的长度；
L—钻进岩芯的总程度，m。
RQD（％）
等级 分类
0～25
Ⅰ 很差
25~50
Ⅱ 差
50~75
Ⅲ 较好
75~90
Ⅳ 良好
90～100
Ⅴ 很好
3. 以弹性波速度分类
4. 宾尼奥夫斯基节理岩体地质力学分类（ RMR分级系统） 宾尼奥夫斯基（ Bieniawski，1976)提出的分类指标 RMR(Rock Mass Rating)，由下列6种指标组成： （1）岩块强度(R1) （2）RQD值(R2) （3）节理间距(R3)
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； 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；