花岗岩风化壳分带与岩体基本质量分级关系探讨
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岩体质量一般从好到坏分为 I～V 五级。虽然 各类岩体质量评价方法有很大相关性[16]，但不同部 门和专家分类方法在具体分级数量及其界限值上有 所不同(见图 1)。
通常岩石风化程度越高，岩体质量越差。前者 是宏观的，后者是细观的，前者控制后者。在地下 水和地应力条件相对简单的情况下，风化壳分带和 岩体质量分级一致，但因方法指标不同而有诸多差 异，表现出空间交叉现象。 3.1 空间分带分级一致性
野外地质剖面调查、钻探和物探为不同深度风 化带分布，以及岩体质量评价提供了基本手段和资 料。岩土工程勘察和设计都要求对围岩质量进行划 分[6]。对浅埋隧道而言，风化壳分带和岩体质量评 价都要做，且要对比分析。
由于浅埋隧道围岩通常为风化岩，其不良特性 决定了塌方冒顶、突涌水等工程问题，以及由此产 生的地面塌陷和地表水渗漏等时有发生[7]。我国北 方某隧道就曾发生了高达 50 m 的花岗岩风化囊大 塌方，波及地表。锦州厚 20 m 花岗岩残积土和全 风化土为可直接采掘的砂土层，其中富含的孔隙水 为民井取水主要层位，向下厚 10 m 多的强风化层 铲土机挖掘已较困难，赋存基本为脉状裂隙水，基 性岩脉和岩块构成了阻水结构。广东猫山隧道 K7+196～K7+210 段埋深约 25 m 处发生的塌方高 17～24 m，沿轴线长 14 m，塌方体积 720 m3[8]。很 多隧道过浅埋沟谷段会出现塌方和突水，同岩体风 化破碎程度较高，岩体质量降低有关。
岩体质量分级通过多种量化指标来实现综合评 价(见图 1)。其中岩体结构完整性、节理面特征、岩 石(块)强度以及工程环境条件(包括地应力、地下水、
• 1860 •
岩石力学与工程学报
2008 年
表 1 风化壳分带及岩体基本质量分级指标界限值
Table 1 Limit values of weathering crust zonation and quality classification indices of rock mass
岩体基本 质量级别
残积 VI 土
残积土 RS
＜500
＜0.2
V
全风 化带
残积 土
PW0/30 0～30 ＜1 910
500～ 0.2～0.4 1 000
＜0.15 (极破碎)
散体结构
＜25
＜250
V
强风 IV 化带
部分风 PW30/50
30～50
1 910～3 219
1 000～ 2 000
0.4～0.6
摘要：风化壳分带和岩体质量分级对浅埋隧道设计和施工很重要，需对这两套系统定性和定量指标做平行判别。
中国东部花岗岩分布区，强风化带(IV)和全风化带(V)、岩体质量 III 和 IV 级界限划分上常存在较大分歧。据此，
对此问题开展探讨，并通过大亚湾隧道工程实例予以说明。研究表明，浅埋条件下风化壳分带同岩体质量级别空
第 27 卷 第 9 期 2008 年 9 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.27 No.9 Sept.，2008
花岗岩风化壳分带与岩体基本质量分级关系探讨
尚彦军，史永跃，金维俊，袁广祥，孙元春
(中国科学院地质与地球物理所 工程地质力学重点实验室，北京 100029)
(Key Laboratory of Engineering Geomechanics，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029，China)
Abstract：Both weathering crust zonation and quality classification of rock mass are important for shallow-buried
3 风化壳分带与岩体质量分级关系
风化壳分带是以地质为基础、反映宏观规律的 多因素地质分带。花岗岩风化壳分带国际上一般 采用六分法(见表 1)。国内不同部门因关注对象和 问题不同而导致划分的带数和选取的界限指标有 所不同，如工业与民用建筑主要关心建筑地基的承 载力和沉降问题，对残积土(VI)和全风化带(V)的划 分研究较多较细，水电大坝建基面多选微风化(II) 或中风化带(III)，而 VI 和 V 带基本上开挖清除掉， 故其对 III 带以下研究最多。这些差别可从不同部 门有关勘察和设计规范中看出。现在比较一致的认 识和做法是对风化壳分带采用定性定量相结合的综 合分析判别方法。
风化壳分带
风化壳 等级
名称
所有 岩石[9]
含核石火成岩[10]
名称
符号
岩石含 量/%
纵波波速 Vp/(m·s－1)
花岗岩等 7 硬质岩
Hale Waihona Puke Baidu
种岩石[11]
石[12]
硬质岩石波 速比 u[6]
岩体质量分级
岩体完整程度
岩体完整性 系数 kv[13]
规范 等[14，15]定
义
岩芯采取率 RQD/%
岩体基本质量 BQ[13]
风化壳分带从地表向下进行，一般是残积土 (VI)～新鲜岩(I)。各地区因气象、水文、地理和地 质等条件的差异，风化壳往往不是全面和均等发 育[17]。岩体质量空间变化很大，不严格随深度而变 化。但就 50 m 深度内的浅埋隧道而言，两者变化 常表现出很大的一致性，即从地表向下，风化程度 减弱，岩体质量变好。这在花岗岩地区表现最为典 型和明显。表 1 中两套体系平行的带号和级别并不 严格，而是大致对应。实际工程中对比发现，岩体 质量级别要比风化壳分带号高 1.5 左右，基本上是 岩体质量 V 级对应着风化带的 IV 和 V，IV 级对应 着风化带的 IV 和 III，而 III 级对应着风化带的 III 和 II。当然这样对应的前提是地下水和地应力条件 相对简单。 3.2 考虑因素和指标多样性
间上有交叉现象，前者是宏观的，后者是细观的，前者控制后者；风化带 IV，V 和 III，IV 级岩体涉及到岩土过
渡、岩体节理密度、裂隙水和孔隙水等多个指标和因素的复杂变化；岩体质量级别比风化壳带号大致高 1.5。
关键词：岩石力学；浅埋隧道；风化壳分带；岩体基本质量分级；相关关系
中图分类号：TU 45
that of the weathering crust zonation of granites in shallow-buried tunnels in East China. Key words：tunnelling engineering；shallow-buried tunnels；weathering crust zonation；basic quality classification of rock mass；correlation
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2008)09–1858–07
DISCUSSION ON RELATIONSHIP BETWEEN WEATHERING CRUST ZONATION AND BASIC QUALITY CLASSIFICATION OF ROCK MASS
SHANG Yanjun，SHI Yongyue，JIN Weijun，YUAN Guangxiang，SUN Yuanchun
tunnels. Qualitative differentiation and quantitative index should be distinguished for each of the two systems in underground engineering. In granite area with relatively good geological conditions，middle and low in-situ stress and groundwater in East China，the relationship between weathering crust zonation and basic quality classification of rock mass，which has some common ground and spatial crossover in shallow-buried tunnels，is found. Taking the Daya Bay tunnel for an example，the relationship of the two systems and relative indices is discussed. As a result，it is found that the weathering crust zonation is macroscopic，and the quality classification is mesoscopic， and the latter is controlled by the former. Generally，the grade of rock mass quality is about 1.5 times higher than
4 000～ 5 000
0.8～0.9
0.55～0.75 (较完整)
块状结构
75～90
450～550
II
新鲜 未风 未风化
I 岩 化岩 岩
UW
＞5 904 ＞5 000 ＞0.9
第 27 卷 第 9 期
尚彦军，等. 花岗岩风化壳分带与岩体基本质量分级关系探讨
• 1859 •
化卸荷带发育和分布直接影响着坝址选择和工程处 理造价，已有专门调查和研究[3]。然而长期以来对 它们的专门研究分别结合边坡或地(坝)基工程、地 下工程开展，对两套体系间的关系研究相对欠缺。
风化壳分带反映岩体宏观变化特征，作为设计 依据的岩体质量则是根据岩石质量指标(RQD)等来 判断的，是细观方面的。受钻孔数量和钻探质量影 响，RQD 常有局限性而影响工程设计，工作中有 必要开展宏观和细观分析的结合。
收稿日期：2008–05–31；修回日期：2008–08–04 基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412701) 作者简介：尚彦军(1967–)，男，博士，1991 年毕业于中国地质大学(武汉)水文系，现任研究员，主要从事水文工程地质方面的研究工作。E-mail： jun94@mail.igcas.ac.cn
本文从浅埋隧道工程中面临的这方面问题着 手，重点对花岗岩地区钻孔岩芯风化壳分带与 RQD 关系开展研究，以期加深对两套体系关系的 认识，更好地为设计和施工服务。
2 花岗岩地区浅埋隧道工程地质条件 及工程地质问题
我国花岗岩风化壳发育厚度一般为 20～60 m[4]， 锦州和大亚湾花岗岩区物探发现风化囊(槽)发育深 度分别达 60 和 120 m。我国东部 4 个花岗岩区(锦 州、宜昌、广州、深圳)钻孔水压致裂法地应力测试 结果对比发现，深度在 200 m 内时，最大水平主应 力不大于 15 MPa，深度在 800 m 内时，最大水平 主应力不大于 25 MPa[5]。花岗岩中地应力和地下水 条件相对简单地区，对风化壳分带与岩体质量级别 关系分析成为可能。
0.15～0.35 (破碎)
碎裂结构
25～50
250～350
IV
化岩
中风 风化 III 化带 岩
PW50/90
50～90
3 219～4 425
2 000～ 4 000
0.6～0.8
0.35～0.55 碎 裂 镶 嵌 (较破碎 结构
50～75
350～450
III
微风 风化 II 化带 岩
PW90/100 90～100 4 425～5 904
1引言
花岗岩地区一般埋深不超过 50 m(最大不超过 100 m)的浅埋隧道[1，2]通常要穿越不同风化带、不同 质量风化花岗岩，风化壳分带与岩体质量分级都是 施工前必须做的重要内容。工程地质勘察和设计阶
段对这两者关系的认识及统一十分重要：一方面有 利于选择隧道工程的合理埋深，另一方面为超前地 质预报和地质灾害风险评估提供基本依据。大量浅 埋隧道塌方高度同围岩类别有很大关系[2]，级别较 低围岩中发生的较大高度塌方，往往同风化囊(槽) 和风化卸荷带发育有很大关系，这种情况下岩体质 量同风化带的关系表现最为明显。我国西部地区风
通常岩石风化程度越高，岩体质量越差。前者 是宏观的，后者是细观的，前者控制后者。在地下 水和地应力条件相对简单的情况下，风化壳分带和 岩体质量分级一致，但因方法指标不同而有诸多差 异，表现出空间交叉现象。 3.1 空间分带分级一致性
野外地质剖面调查、钻探和物探为不同深度风 化带分布，以及岩体质量评价提供了基本手段和资 料。岩土工程勘察和设计都要求对围岩质量进行划 分[6]。对浅埋隧道而言，风化壳分带和岩体质量评 价都要做，且要对比分析。
由于浅埋隧道围岩通常为风化岩，其不良特性 决定了塌方冒顶、突涌水等工程问题，以及由此产 生的地面塌陷和地表水渗漏等时有发生[7]。我国北 方某隧道就曾发生了高达 50 m 的花岗岩风化囊大 塌方，波及地表。锦州厚 20 m 花岗岩残积土和全 风化土为可直接采掘的砂土层，其中富含的孔隙水 为民井取水主要层位，向下厚 10 m 多的强风化层 铲土机挖掘已较困难，赋存基本为脉状裂隙水，基 性岩脉和岩块构成了阻水结构。广东猫山隧道 K7+196～K7+210 段埋深约 25 m 处发生的塌方高 17～24 m，沿轴线长 14 m，塌方体积 720 m3[8]。很 多隧道过浅埋沟谷段会出现塌方和突水，同岩体风 化破碎程度较高，岩体质量降低有关。
岩体质量分级通过多种量化指标来实现综合评 价(见图 1)。其中岩体结构完整性、节理面特征、岩 石(块)强度以及工程环境条件(包括地应力、地下水、
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岩石力学与工程学报
2008 年
表 1 风化壳分带及岩体基本质量分级指标界限值
Table 1 Limit values of weathering crust zonation and quality classification indices of rock mass
岩体基本 质量级别
残积 VI 土
残积土 RS
＜500
＜0.2
V
全风 化带
残积 土
PW0/30 0～30 ＜1 910
500～ 0.2～0.4 1 000
＜0.15 (极破碎)
散体结构
＜25
＜250
V
强风 IV 化带
部分风 PW30/50
30～50
1 910～3 219
1 000～ 2 000
0.4～0.6
摘要：风化壳分带和岩体质量分级对浅埋隧道设计和施工很重要，需对这两套系统定性和定量指标做平行判别。
中国东部花岗岩分布区，强风化带(IV)和全风化带(V)、岩体质量 III 和 IV 级界限划分上常存在较大分歧。据此，
对此问题开展探讨，并通过大亚湾隧道工程实例予以说明。研究表明，浅埋条件下风化壳分带同岩体质量级别空
第 27 卷 第 9 期 2008 年 9 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.27 No.9 Sept.，2008
花岗岩风化壳分带与岩体基本质量分级关系探讨
尚彦军，史永跃，金维俊，袁广祥，孙元春
(中国科学院地质与地球物理所 工程地质力学重点实验室，北京 100029)
(Key Laboratory of Engineering Geomechanics，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029，China)
Abstract：Both weathering crust zonation and quality classification of rock mass are important for shallow-buried
3 风化壳分带与岩体质量分级关系
风化壳分带是以地质为基础、反映宏观规律的 多因素地质分带。花岗岩风化壳分带国际上一般 采用六分法(见表 1)。国内不同部门因关注对象和 问题不同而导致划分的带数和选取的界限指标有 所不同，如工业与民用建筑主要关心建筑地基的承 载力和沉降问题，对残积土(VI)和全风化带(V)的划 分研究较多较细，水电大坝建基面多选微风化(II) 或中风化带(III)，而 VI 和 V 带基本上开挖清除掉， 故其对 III 带以下研究最多。这些差别可从不同部 门有关勘察和设计规范中看出。现在比较一致的认 识和做法是对风化壳分带采用定性定量相结合的综 合分析判别方法。
风化壳分带
风化壳 等级
名称
所有 岩石[9]
含核石火成岩[10]
名称
符号
岩石含 量/%
纵波波速 Vp/(m·s－1)
花岗岩等 7 硬质岩
Hale Waihona Puke Baidu
种岩石[11]
石[12]
硬质岩石波 速比 u[6]
岩体质量分级
岩体完整程度
岩体完整性 系数 kv[13]
规范 等[14，15]定
义
岩芯采取率 RQD/%
岩体基本质量 BQ[13]
风化壳分带从地表向下进行，一般是残积土 (VI)～新鲜岩(I)。各地区因气象、水文、地理和地 质等条件的差异，风化壳往往不是全面和均等发 育[17]。岩体质量空间变化很大，不严格随深度而变 化。但就 50 m 深度内的浅埋隧道而言，两者变化 常表现出很大的一致性，即从地表向下，风化程度 减弱，岩体质量变好。这在花岗岩地区表现最为典 型和明显。表 1 中两套体系平行的带号和级别并不 严格，而是大致对应。实际工程中对比发现，岩体 质量级别要比风化壳分带号高 1.5 左右，基本上是 岩体质量 V 级对应着风化带的 IV 和 V，IV 级对应 着风化带的 IV 和 III，而 III 级对应着风化带的 III 和 II。当然这样对应的前提是地下水和地应力条件 相对简单。 3.2 考虑因素和指标多样性
间上有交叉现象，前者是宏观的，后者是细观的，前者控制后者；风化带 IV，V 和 III，IV 级岩体涉及到岩土过
渡、岩体节理密度、裂隙水和孔隙水等多个指标和因素的复杂变化；岩体质量级别比风化壳带号大致高 1.5。
关键词：岩石力学；浅埋隧道；风化壳分带；岩体基本质量分级；相关关系
中图分类号：TU 45
that of the weathering crust zonation of granites in shallow-buried tunnels in East China. Key words：tunnelling engineering；shallow-buried tunnels；weathering crust zonation；basic quality classification of rock mass；correlation
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2008)09–1858–07
DISCUSSION ON RELATIONSHIP BETWEEN WEATHERING CRUST ZONATION AND BASIC QUALITY CLASSIFICATION OF ROCK MASS
SHANG Yanjun，SHI Yongyue，JIN Weijun，YUAN Guangxiang，SUN Yuanchun
tunnels. Qualitative differentiation and quantitative index should be distinguished for each of the two systems in underground engineering. In granite area with relatively good geological conditions，middle and low in-situ stress and groundwater in East China，the relationship between weathering crust zonation and basic quality classification of rock mass，which has some common ground and spatial crossover in shallow-buried tunnels，is found. Taking the Daya Bay tunnel for an example，the relationship of the two systems and relative indices is discussed. As a result，it is found that the weathering crust zonation is macroscopic，and the quality classification is mesoscopic， and the latter is controlled by the former. Generally，the grade of rock mass quality is about 1.5 times higher than
4 000～ 5 000
0.8～0.9
0.55～0.75 (较完整)
块状结构
75～90
450～550
II
新鲜 未风 未风化
I 岩 化岩 岩
UW
＞5 904 ＞5 000 ＞0.9
第 27 卷 第 9 期
尚彦军，等. 花岗岩风化壳分带与岩体基本质量分级关系探讨
• 1859 •
化卸荷带发育和分布直接影响着坝址选择和工程处 理造价，已有专门调查和研究[3]。然而长期以来对 它们的专门研究分别结合边坡或地(坝)基工程、地 下工程开展，对两套体系间的关系研究相对欠缺。
风化壳分带反映岩体宏观变化特征，作为设计 依据的岩体质量则是根据岩石质量指标(RQD)等来 判断的，是细观方面的。受钻孔数量和钻探质量影 响，RQD 常有局限性而影响工程设计，工作中有 必要开展宏观和细观分析的结合。
收稿日期：2008–05–31；修回日期：2008–08–04 基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412701) 作者简介：尚彦军(1967–)，男，博士，1991 年毕业于中国地质大学(武汉)水文系，现任研究员，主要从事水文工程地质方面的研究工作。E-mail： jun94@mail.igcas.ac.cn
本文从浅埋隧道工程中面临的这方面问题着 手，重点对花岗岩地区钻孔岩芯风化壳分带与 RQD 关系开展研究，以期加深对两套体系关系的 认识，更好地为设计和施工服务。
2 花岗岩地区浅埋隧道工程地质条件 及工程地质问题
我国花岗岩风化壳发育厚度一般为 20～60 m[4]， 锦州和大亚湾花岗岩区物探发现风化囊(槽)发育深 度分别达 60 和 120 m。我国东部 4 个花岗岩区(锦 州、宜昌、广州、深圳)钻孔水压致裂法地应力测试 结果对比发现，深度在 200 m 内时，最大水平主应 力不大于 15 MPa，深度在 800 m 内时，最大水平 主应力不大于 25 MPa[5]。花岗岩中地应力和地下水 条件相对简单地区，对风化壳分带与岩体质量级别 关系分析成为可能。
0.15～0.35 (破碎)
碎裂结构
25～50
250～350
IV
化岩
中风 风化 III 化带 岩
PW50/90
50～90
3 219～4 425
2 000～ 4 000
0.6～0.8
0.35～0.55 碎 裂 镶 嵌 (较破碎 结构
50～75
350～450
III
微风 风化 II 化带 岩
PW90/100 90～100 4 425～5 904
1引言
花岗岩地区一般埋深不超过 50 m(最大不超过 100 m)的浅埋隧道[1，2]通常要穿越不同风化带、不同 质量风化花岗岩，风化壳分带与岩体质量分级都是 施工前必须做的重要内容。工程地质勘察和设计阶
段对这两者关系的认识及统一十分重要：一方面有 利于选择隧道工程的合理埋深，另一方面为超前地 质预报和地质灾害风险评估提供基本依据。大量浅 埋隧道塌方高度同围岩类别有很大关系[2]，级别较 低围岩中发生的较大高度塌方，往往同风化囊(槽) 和风化卸荷带发育有很大关系，这种情况下岩体质 量同风化带的关系表现最为明显。我国西部地区风