高地应力条件下围岩质量分类方法研究
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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
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[ 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