高地应力条件下围岩质量分类方法研究

Ｂ Ｑ分类方法是一个定性与定量相结合、 经验判 断与测试计算相结合的方法， 也是一个相对抽象和 笼统的分类方法。Ｂ Ｑ值只是反映岩体的基本质量， 且对岩石单轴抗压强度过于敏感。因而， 该方法不 能对一些特定环境下的岩体质量做出准确的判定。 ２ ． ２ 水利水电工程围岩工程地质（ Ｈ Ｃ ） 分类 Ｈ Ｃ分 类 方 法 以 岩 石 强 度 （ Ａ ） 、 岩体完整性 Ｂ ） 、 结构面状态（ Ｃ ） 、 地下水（ Ｄ ） 和主要结构面产 （ 状（ Ｅ ） ５项因素之和的总评分为基本判据， 围岩强 度应力之比（ Ｓ ） 为限定判据的围岩分类方法， 其计 算公式为式（ ３ ） 。当 Ｓ不满足要求时， 岩体质量按 照直接降一级方法处理。 Ｈ Ｃ ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ （ ３ ） 根据多年的工程实例验证， Ｈ Ｃ方法在中低应 力区的围岩分类中适宜性较好， 但是在高地应力区， 适用性相对较差。究其原因， 主要是因为 Ｈ Ｃ分类 方法对于地应力的考虑过于简化， 只是根据围岩的 强度应力比 Ｓ 对岩体级别进行简单的降一级处理， 未进行量化， 且没有区别高地应力段中岩爆段和非 岩爆段岩体质量的差异。 ２ ． ３ 岩体地质力学分类（ Ｒ Ｍ Ｒ ） 岩体地质力学分类 （ Ｒ Ｍ Ｒ ） 是岩块强度 （ Ｒ ） 、 １ Ｒ Ｑ Ｄ值（ Ｒ ） 、 节理间距（ Ｒ ） 、 结构面性状（ Ｒ ） 、 地 ２ ３ ４ 下水（ Ｒ ） 及主要结构面产状的影响（ Ｒ ） ６项因素 ５ ６ 评分之和。 Ｒ ＭＲ ＝Ｒ １ ＋Ｒ ２ ＋Ｒ ３ ＋Ｒ ４ ＋Ｒ ５ ＋Ｒ ６ （ ４ ）
２ ． ９ ２ ２ １ ｙ ＝ ４ Ｅ－ ０ ５ ｘ
０ ． １ ８
３ ． ２ 吻合率分析 吻合率就是 ２种方法的分类结果相同的所有分 类段段长之和与整个平硐长度之比， 用百分比表示， 统计结果见表 ２ 。从表中可以得出： 全硐段吻合率 的平均值为 ４ ２ ． ５ ％， 其中 Ｈ Ｃ Ｒ Ｍ Ｒ之间的吻合率最 大， 为 ６ １ ％，Ｂ Ｑ Ｒ Ｍ Ｒ 之 间 的 吻 合 率 最 小，仅 １ ４ ． ５ ％； 高地应力段平均吻合率为 ４ ３ ． ０ ％， 其中 Ｂ Ｑ Ｒ Ｍ Ｒ之间的吻合率最小仅 １ １ ． ０ ％。全硐段和高地 应力段的吻合率在总体上差别不大。
Ｑ系统分类方法除了岩体质量指标 Ｒ Ｑ Ｄ外， 其 余 ５项指标都是根据现场调查的描述查表得出， 它 基本上是一个定性的分类方法， 需要有经验的地质
４ ８ ４
地球科学进展 第 ２ ３卷 表２ ４种分类方法相互吻合率统计表 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ２ Ｒ ａ ｔ ｉ ｏｏ ｆ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｆ ｏ ｕ ｒ
表１ 各方法之间相关性统计表 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ
相关关系 Ｂ Ｑ Ｈ Ｃ （ ｙ ～ ｘ ） Ｂ Ｑ Ｒ Ｍ Ｒ （ ｙ ～ ｘ ） ｙ ～ ｘ ） Ｂ Ｑ Ｑ（ Ｒ Ｍ Ｒ Ｈ Ｃ （ ｙ ～ ｘ ） Ｒ Ｍ Ｒ Ｑ （ ｙ ～ ｘ ） Ｑ Ｈ Ｃ（ ｙ ～ ｘ ） 全硐段 高地应力段 全硐段 高地应力段 全硐段 高地应力段 全硐段 高地应力段 全硐段 相关方程（ ｙ ～ ｘ ） ｙ ＝ ２ ． ７ ９ １ １ ｘ ＋２ ２ １ ． ３ ７ ｙ ＝２ ． １ ４ ７ ８ ｘ ＋２ ６ ６ ． ４ ７ ｙ ＝ １ ． ６ ７ ７ ８ ｘ ＋２ ９ ２ ． １ ４ ｙ ＝ ０ ． ９ ７ ６ ｘ ＋３ ４ ７ ． １ ３ ０ ． ０ ０ ２ ３ ｘ ｙ ＝ ３ ８ ５ ． ８ ９ ｅ
表３ ４种分类方法的一致性统计表 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ３ Ｒ ａ ｔ ｉ ｏｏ ｆ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｆ ｏ ｕ ｒ
２ 各围岩质量分类方法中参数的取值 及其适宜性分析
目前， 常用的围岩质量分类方法主要是以下 ４ 种方法， 即岩体基本质量（ Ｂ Ｑ ） 分类（ 国标《 工程岩 体分类标准》 Ｇ Ｂ ５ ０ ２ １ ８ ９ ４ ） 、 水利水电工程围岩工程 地质（ Ｈ Ｃ ） 分类（ 国标 Ｇ Ｂ ５ ０ ２ ８ ７ ９ ９ ） 、 岩体地质力学 分类（ Ｒ Ｍ Ｒ ） 以及 Ｑ系统分类方法。 ２ ． １ 岩体基本质量（ Ｂ Ｑ） 分类 岩体基本质量指标（ Ｂ Ｑ ） 是以岩石单轴饱和抗 压强度（ ｃ ｗ ） 和岩体完整性系数（ Ｋ ｖ ） 为基本因素， σ Ｋ ） 、 主要结构面产状（ Ｋ ） 及天然地应力 以地下水（ １ ２ （ Ｋ ） 为修正因素， 按照式（ １ ） 和式（ ２ ） 计算得到的 ３ Ｂ Ｑ ］ 值的大小， 把岩体基本质量分为 Ⅰ 数值。根据［ ～ Ⅴ五大类。
２ ０ ０ ８ ０ ４ １ ２ ； 修回日期： ２ ０ ０ ８ ０ ４ １ ４ ． 收稿日期： 四川省杰出青年学科带头人培养基金项目“ 开发边坡卸荷机理” （ 编号： ０ ４ ｚ ｑ ０ ２ ６ ０ １ ６ ） 资助． 基金项目： 作者简介： 赵其华（ １ ９ ６ ５ ） ， 男， 江苏泰兴人， 教授， 博士生导师， 主要从事边坡工程、 地质灾害评价与治理工程设计等领域的科研、 教学 Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ｚ ｈ ｑ ｈ ＠ｃ ｄ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 工作．
３ 典型围岩分类结果的差异分析
大渡河上游某电站坝区平洞内片帮严重、 河床 钻孔中 饼 状 岩 芯 发 育， 实测地应力高达 ３ ９Ｍ Ｐ ａ （ Ｓ Ｐ Ｄ ９平洞 ０＋ ４ ０ ０ｍ 处） 。这些பைடு நூலகம்表明坝区属于 高—极高地应力地区。为此， 利用上述 ４种方法对 片帮严重的 Ｓ Ｐ Ｄ ９平洞进行围岩质量分类， 并把全 洞段和高地应力段的分类结果进行对比分析， 以探 讨高地应力对围岩质量分类的影响。 ３ ． １ 相关性分析 ４种分类方法之间的相关性统计结果列入表 １ 。 统计表格中可以看出： ６种相关关系中， 高地应力段 的相关系数比全硐段的小， 说明地应力对各种分类 结果有不同程度的影响； Ｂ Ｑ 、 Ｈ Ｃ和 Ｒ Ｍ Ｒ之间呈线 性关系，Ｑ与其它 ３种方法之间呈非线性关系。
吻合关系 Ｂ Ｑ Ｈ Ｃ ３ ８ ． ７ ５ ３ ８ ． ０ Ｈ Ｃ Ｒ Ｍ Ｒ ６ １ ６ ４ ． ６ ７ Ｂ Ｑ Ｒ Ｍ Ｒ １ ４ ． ５ １ １ ． ０ Ｈ Ｃ Ｑ ５ ４ ． ５ ６ ４ ． ６ ７ Ｂ Ｑ Ｑ １ ９ ． ２ ５ ２ ２ ． ６ ７ Ｒ Ｍ Ｒ Ｑ ４ ９ ． ０ ４ ７ ． ０ 分 段 全硐段 高地应力段
第 ５期 赵其华等： 高地应力条件下围岩质量分类方法研究
４ ８ ３
［ Ｂ Ｑ ］ ＝Ｂ Ｑ－１ ０ ０ （ Ｋ ） １ ＋Ｋ ２ ＋Ｋ ３ Ｂ Ｑ ＝９ ０＋３ ｃ ｗ＋２ ５ ０ Ｋ ｖ σ
（ １ ） （ ２ ）
人员参加， 主观随意性较大。据经验 Ｑ系统分类适 用于被裂隙分割的硬岩地区。Ｑ系统分类对高地应 力条件有一定的考虑， 在高地应力区的适宜性较其 它 ３种方法好。
ｙ ＝ ０ ． ７ ７ ３ ７ ｘ ＋１ ６ ． ３ ４ １ ｙ ＝ ４ ． ４ ０ ６ Ｌ ｎ （ ｘ ） ＋ ５ ５ ． ７ ４ １
＝ １ ． ２ １ ６ ４ Ｌ ｎ （ ｘ ） ＋６ ６ ． ６ １ ２ ０ ． １ ９ 高地应力段 ｙ ２ ． ７ ０ １ ３ ｙ ＝ ０ ． ０ ０ ０ １ ｘ ０ ． ３ ９ 全硐段 高地应力段
１ 引 言
随着我国西部大开发战略的实施， 大型水电、 交 通等基础设施不断地涌现， 许多新的问题亟需工程 地质界研究和解决。特别是在西部高山峡谷地带进 行地下洞室或边坡的开挖， 高地应力环境对工程有 很大的影响。在工程建设的各阶段（ 规划、 勘察、 设 计和施工） 中， 正确、 及时地对围岩质量作出评价， 是经济、 合理地进行岩体开挖和加固支护设计、 快速 安全施工， 以及建筑物安全运行必不可少的条件。 然而， 目前我们所熟悉的围岩质量分类方法在中低 地应力条件下的适应性较好， 所得到的结果也比较 令人满意， 但对高地应力的考虑过于简单或模糊。 因此， 高地应力条件下的围岩分类方法还需要进一 步探索、 研究。
０ ． ０ ０ １ ８ ｘ ｙ ＝ ４ ０ １ ． ５ ８ ｅ ｙ ＝ １ ． ０ ３ ８ ４ ｘ － １ ． ８ １ ６
相关性 系数 ｒ ０ ． ６ ９ ０ ． ３ ３ ０ ． ５ ３ ０ ． ２ ４ ０ ． ３ ９ ０ ． ４ ７ ０ ． ８ ２ ０ ． ４ ７ ０ ． ４ ３
地质力学分类（ Ｒ Ｍ Ｒ ） 有 ３个基本参数是定量 的， 另 ３个基本参数是定性的， 是一个半定量、 半定 性方法。该分类方法强调结构面发育程度及其力学 性状的作用； 重视结构面走向与隧道轴线的几何关 系对隧道稳定的影响。但对节理组数、 地应力等未 加考虑。因而， 它在高地应力区适宜性仍然较差。 ２ ． ４ Ｑ系统分类 Ｑ系统分类的 Ｑ值是由岩石质量指标（ Ｒ Ｑ Ｄ ） 、 节理组数目数（ Ｊ ） 、 节理粗糙程度（ Ｊ ） 、 节理蚀变值 ｎ ｒ （ Ｊ ） 、 节理含水折减系数 （ Ｊ 和应力折减系数 ａ ｗ） （ Ｓ Ｒ Ｆ ） ６个参数按照式（ ５ ） 确定的。 Ｑ＝ Ｊ Ｒ Ｑ Ｄ Ｊ ｒ ｗ · · Ｊ Ｊ Ｓ Ｒ Ｆ ｎ ａ （ ５ ）
第２ ３卷 第 ５期 ２ ０ ０ ８年 ５月
地球科学进展 Ａ Ｄ Ｖ Ａ Ｎ Ｃ Ｅ ＳＩ ＮＥ Ａ Ｒ Ｔ ＨＳ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ３ Ｎ ｏ ． ５ Ｍ ａ ｙ ． ， ２ ０ ０ ８
文章编号： １ ０ ０ １ ８ １ ６ ６ （ ２ ０ ０ ８ ） ０ ５ ０ ４ ８ ２ ０ ７
高地应力条件下围岩质量分类方法研究
赵其华１，陈近中２，彭社琴１

（ １ ． 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ； ２ ． 四川省地质工程勘察院， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ７ ２ ） 摘 要： 围岩质量分类是隧道及地下工程领域重要的技术工作之一。限于经验， 目前常用的围岩质 量分类方法主要适用于中低应力、 低应力环境， 而在高地应力地区的适宜性较差。文章结合某水电 Ｑ分类、 Ｈ Ｃ分类、 Ｒ Ｍ Ｒ分类以及 Ｑ系统分类方法， 分别就 ４种方法分类结果 工程实例， 先后采用 Ｂ 的相关性、 吻合率和一致性等方面开展了系列对比研究和初步的成因分析。发现无论是上述 ４种 方法各自的分类依据和指标， 还是各指标权重的大小均有较大差异。故针对高地应力环境， 以及研 究区高地应力条件下的岩爆问题， 分别对现行 Ｑ系统分类、 Ｈ Ｃ分类和 Ｒ Ｍ Ｒ分类方法逐一进行了 修正。如 Ｑ系统重点修正了地应力折减系数、 节理粗糙度系数 Ｊ ； Ｈ Ｃ分类 ｒ和节理风化蚀变系数 Ｊ ａ ； Ｒ Ｍ Ｒ方法主要修正 提出了考虑高地应力和岩爆烈度的地应力折减系数， 而取消了强度应力比 Ｓ 了Ｒ ， 并增加了地应力折减系数 Ｋ等。修正后的 Ｑ 、 Ｈ Ｃ 、 Ｒ Ｍ Ｒ方法所得结果更接近实际情况。最 ６ 后， 基于概率统计方法， 建立了采用多种方法的围岩综合分类方案。 关 键 词： 高地应力； 围岩质量分类； 岩爆 中图分类号： Ｔ Ｕ ４ ５ ７ 文献标志码： Ａ