结合工程案例简述工程围岩分类的几种方法

结合工程案例简述工程围岩分类的几种方法

中国地质大学（武汉）工程学院 赵连

摘要：岩体工程分类是岩体力学中的一个重要研究课题，它既是工程岩体稳定性分析的基础，也是岩体工程地质条件定量化的一个重要途径。当前常用的岩体分类方法有很多，本文结合笔者的实习经历，主要阐述了其中岩体地质力学分类法（RMR分类法），巴顿岩体质量分类法（Q指标分类法）以及HC水电分类法及其具体操作方法，同时分析了它们之间的联系和存在的问题，具有良好的实际指导意义和理论发展意义。

关键字：岩体工程分类 RMR分类 Q指标分类 HC水电分类 联系 问题

一．引言

岩体工程分类实际上是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。其目的是通过分类，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的选择等提供参数和依据。目前国内外提出的岩体分类方案有数十种之多，其中以考虑各种地下洞室围岩稳定性的居多。有定性的，有定量或半定量的，有单一因素分类，也有考虑多种因素的综合分类。各种方案所考虑的原则和因素也不尽相同，但岩体的完整性和成层条件，岩块强度，结构面发育情况和地下水等因素都不同程度的考虑到了。常用的岩体分类方法有迪尔和米勒的双指标分类发，国际《岩土工程勘察规范》GB50021-94中提出的岩石强度分类法，BQ岩体质量分类法，国际《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86-85中提出的洞室围岩分类法，岩体地质力学分类法（RMR分类法），巴顿岩体质量分类法（Q指标分类法）以及HC水电分类法等多种岩体分类方法。下面主要以岩体地质力学分类法（RMR分类法），巴顿岩体质量分类法（Q指标分类法）以及HC水电分类法为例来简述岩体工程分类。

二．几种常用的岩体分类方法

2.1岩体质量分类法（Q指标分类法）

岩体质量分类Q 系统，简称Q 系统，其英文名称为The Q-system for the rock mass classification（or characterization），是目前应用最广的岩体质量分类方法，其最初目的是为了确定隧洞施工时的支护方案。该系统建立了岩体质量指标Q 与支护类型之间的关系，并在隧洞开挖实例验证的基础上建立了洞室开挖跨度与Q 值的关系。Q 系统是1974 年挪威的巴顿（Nick Barton）等人在研究了212 个隧洞工程实例的基础上建立起来的，它主要考虑了岩体完整性、节理特性、地下水和地应力影响，并以六个参数（统称为Q 参数）确定反映隧洞围岩稳定性的岩体质量指标Q 值。Q 值按下式计算：

Q=( RQD / Jn) ×（Jr/ Ja）×（Jw/ SRF）

式中

RQD——Deere 的岩石质量指标，定义为大于10cm的岩心累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数；Jn——节理组数，这两者的比值粗略地代表岩石的块度。Jr——最脆弱节理的粗糙度系数，Ja——最脆弱节理面的蚀变程度或充填情况，这两者的比值代表了最脆弱节理的抗剪强度。Jw——裂隙水折减系数，SRF——应力折减系数，这两者的比值反映围岩的主动应力。这些标准的具体取值和评分标准如下：

（1）RQD的取值一般以施工阶段现场实测统计数据为准，在某一段岩体中，如有n个RQD

值则其值；

（2）Jn取值：据野外实测与室内分析确定，具体取值如下表所列。

Jn取值表

组

数Jn值

理

节

A.裂隙较少且发散，或只有少量隐裂隙0.5~1

B.1组或1组加零散裂隙2~3

C.2组或2组加零散裂隙4~6

D.3组或3组加零散裂隙9~12

E.4组或4组以上12~15

（3）Jr取值：节理粗糙度系数取值标准如下表所列。

Jr的取值情况

节 理 粗 糙 度 系 数Jr值

a.不连续分布的裂面4

b.波状粗糙,或不规则3~4

c.波状光滑2~3

d.平直粗糙1.5~2

e.平直光滑1~1.5

f.镜面0.5

（4）Ja取值：节理蚀变度系数取值标准如下表所列。

Ja的取值

节 理 蚀 变 程 度Ja

a.裂面闭合，充填物为石英或绿帘石等坚硬，不软化，不透水矿物0.75~1

b.裂面仅有微蚀变痕迹1~2

c.裂面微蚀变，不含软化矿物薄膜，岩砾及无粘土岩屑等2~3

d.裂面壁有岩屑及未软化的粘土矿物等3~4

e.裂面有软化或低抗剪强度的泥膜（如高岭土，石英等）4

（5）Jw取值：考虑地下厂房区地下水丰富，多呈流水、局部涌水状。因此，本区节理水折减系数Jw值根据不同情况，一般可取0.8～1.0。

（6）SRF取值：厂房区岩石坚硬，地应力中等偏高（12～20MPa），应力折减系数SRF结合本区的情况，确定其具体取值如表下所列。

应力折减系数的取值

应 力 折 减 因 素SRF

1σt/σ1 σc/σ应 力 高 低 情 况

a.靠近地表,低应力>200 >13 2.5

b.中应力200~10 13~0.66 1~2

c.高应力10~5 0.66~0.33 0.5~2

d.中等岩爆5~2.5 0.33~0.16 5~10

根据上述取值原则，按Q系统的计算公式，计算出Q值，再根据下表所列的分级标准即可

得出枢纽区Q系统的岩体分级结果如下。

由Q值确定的岩石级别

Q值>40 10~40 1~10 0.1~1 <0.1

岩体级别I II III IV V

评价优良中差劣

2.2岩体RMR分类（Bieniawski，1973）

比尼奥斯基（Bieniwaski）的地质力学分类方法是采用多因素评分，求其代数和（RMR值）来评价岩体质量。主要采用了5个分类因素：岩石单轴抗压强度、岩石质量指标RQD、裂面间距、裂面性状及地下水状态，其具体的评分标准准如下表所列。需要说明的是：

（1）根据已有单轴抗压强度试验数据，以及点荷载强度、回弹值等资料，结合地下厂房区不同的岩性和风化状况，对各个洞室中的岩石均进行取值。

（2）RQD的取值一般以施工阶段现场实测统计数据为准，在某一段岩体中，如有n个RQD 值则其值。

（3）裂隙间距以野外实测及室内分析相结合，综合得出其取值范围。

（4）裂面特征：裂面粗糙度以整段的平均特征来定义，局部情况不予考虑。张开度主要考虑卸荷状况和平硐实测的情况；裂面胶结度主要结合充填物的性状考虑；结构面的连续性，对错动带和挤压带其延伸长度是主要的，而对基体裂隙则主要考虑其连通率。裂面风化程度主要根据野外的划分确定。

（5）地下水状态按干燥、湿润、潮湿、渗水~滴水、涌水等级别划分，并给予相应的权值和得分。

地下厂房区岩体质量RMR分类因素及评分标准表

标

准

数评

参

分

1 岩石强度(MPa) 点荷载>8 4~8 2~4 1~2

单轴抗压强度>200 100~200 50~100 25~50 10~25 3~10 <3

分15 12 7 4 2 1 0

评

2 岩石质量指标RQD（%）90~100 75~90 50~75 25~50 <25

分20 17 13 8 3

评

3 裂面间距（cm）>200 60~200 20~60 6~20 <6

分20 15 10 8 5

评

4 裂面特征

粗 糙 度很粗糙微粗糙微粗糙光滑/

张 开 度未张开<1mm <1mm 1~5mm >5mm

连 续 性不连续弱连续弱连续连续连续

岩石风化程度未风化微风化弱风化

下段弱风化

上段强风化

胶 结 度好较好中等差极差

评

分25 20 12 6 0

5 地 下 水干燥湿润潮湿渗水~滴水涌水