围岩分级

❖ ❖
cw22.82Is0.5705
（3-4）
❖
实际上，与围岩稳定性直接有关的因素是岩体强度，但岩体强度一般
不容易直接测得，因此，在围岩分级中常引入岩体准抗压强度的概念，以
近似代替岩体强度。准抗压强度用岩体完整性系数KV与岩石单轴饱和抗压
强度σcw的乘积表示。岩体完整性系数除可按式 (3-2)确定外，从定性上 则可认为主要取决于岩体结构类型。因此，相同的岩石抗压强度相对于不 同岩体结构类型，其准抗压强度是不同的。目前，我国围岩分级中，也有 采用岩体准抗压强度作为分级指标，考虑到岩体完整性系数与岩体结构类 型相应，多数围岩分级也采用岩体结构类型与岩石单轴抗压强度的不同组 合来划分围岩类别。
第三章 围岩分级（类）及稳定性评价
3.1 概 述
围岩是指开挖地下空间后其周围产生应力重分布范围内的岩 土体，或指开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩土体。隧道 围岩的状态特征是各种各样的，如从松散软弱的土层到坚硬的 岩石地层，从完整的岩体到相当破碎的断层破碎带和强烈风化 岩体，又由于地下水及地应力的状况不同，都会因在其中开挖 出空间而表现出不同的稳定性。
❖ 3.2.2工程因素
❖ 1．地下空间的尺寸与形状 ❖ 2．隧道的埋深 ❖ 3．施工开挖及爆破方法 ❖ 4．支护结构及时间 ❖ 5．超挖回填
❖ 3.3国外围岩分级的研究发展
❖ 围岩分级（类），以及在此基础上对各类围岩的成洞条 件、开挖、支护要求作出评价，作为设计和施工的依据是国 外在20世纪40年代就很通用的方法。但是随着对岩体力学特 性认识的深入以及地下工程经验的积累和地下工程技术的发 展，围岩分级的原则和分级系统在不断的改进和完善。70年 代中期有很大进展，几种新的分类（如Q、RSR、RMR系统） 综合考虑了对岩体稳定性的影响因素，和岩体力学特性参数 有比较密切的结合，并与设计、施工有紧密的联系。这些分 类代表了新的发展方向，即岩体分类中的质量评价。
❖
结构面发育状况及产状包括节理裂隙或层面的密度（间距）、组数、
贯通程度、闭合程度、充填情况和粗糙程度等。结构面的定性指标通常有
如下几种：
❖ (1)结构面的成因及其发展历史，一般分为原生结构面、构造结构面与次生 结构面。
❖ (2)结构面的产状，包括结构面的长度、宽度、方向与间距等。结构面按其 贯通情况可分为贯通的、断续交错的。结构面方向主要考虑与洞轴线的关 系及结构面与临空面的组合关系。表3-4列出了洞轴线与主结构面产状的不 同交角关系对围岩稳定性的影响。分类中尤应注意软弱结构面的数量、规 模与产状。软弱结构面与洞轴线的不利交角关系及软弱结构面与临空面的 不利组合，是形成不稳定块体，造成围岩失稳的重要因素。
提出了修正的RMR分级方法，并得到国际岩石力学学会（ISRM）的推荐。
❖
RMR岩体分级方法考虑了六项参数，前五项参数按其对岩体质量影响的
重要性，给出一定的分值（见表3-9）。六项参数中还有一个节理方位校正
因素，按不同工程类型，考虑结构面产状对其稳定性的影响程度，按表3-
10予以修正。
❖
六项参数分值的总和就是岩体的RMR值，根据该分值就可确定岩体的类
3.2 围岩分级（类）及稳定性评价的基本因素
地下空间结构体系的稳定性受两个方面的因素影响，一方 面是地质因素，包括岩性及岩石的力学强度、岩体的地质结构 构造特征（完整性、软弱结构面发育及分布、风化作用等）， 以及原岩应力状态和地下水状况；另一方面是工程因素，包括 地下空间的断面形状、尺寸，埋深，施工方法，支护结构类型 及支护时间等。地质因素的影响由于显现的比较明显而往往受 到人们的重视，而工程因素由于人们对它的作用机理缺乏足够 的认识而容易被忽视。实际上，工程因素是绝对不能忽视的， 由于设计的失误和施工方法不当所造成的围岩失稳破坏实例屡 见不鲜，人们应该从中汲取经验教训。
❖ 三、地下水的影响
❖
地下水对围岩稳定有很大影响，是造成围岩失稳的重要原因之一。地
下水对围岩稳定性的影响是随着岩质的软弱而有显著差别的，对中等和软
弱围岩影响较大，特别在粘性的松散岩体、软岩或断层破碎带、岩脉破碎
带、全强风化带中地下水对其稳定性作用更为显著，地下水的渗压作用往
往会造成涌水塌方。而对于稳定围岩，由于岩体坚硬，软弱结构面较少，
体积裂隙数
<1
1-3
3-10
10-30
>30
岩 Jv(条数/m3) (巨块状) （块状） (中等块状) (小块状) (碎裂状)
体 完整性系数 0.9-1.0 0.75-0.9 0.5-0.75 0.2-0.5
<0.2
完
KV
(极完整)
整 性
岩石质量系数 RQD(%)
90-100 (优)
(完整)
75-90 (良)
(中等完整) (完整性差)
50-75 (中)
25-50 (差)
(破碎)
<25 (劣)
岩体完整性系数KV是用岩体、岩石纵波速度比的平方来表示，即： 式中：Vpm为岩体声波纵K波V 速度 ；VVPVpmrpr为 2岩石声波纵波速度。（3-2）
岩石质量系数可用岩芯采取率予以反映，是表示岩体完整性的一个定量 指标，计算公式为:
❖ 3.3.1 RMR分级法
❖
南非的宾尼亚斯基（Bieniawski,Z.T）于1973年首次提出用岩体质量
指标RMR（Rock Mass Rating）来进行岩体分级，因其最早用于南非，故又
称南非地质力学分级法（CSIR）。此后作者又通过对地下洞室、地基、边
坡等大量工程实例进行的调查分析，对该分级方法进一步完善，于1979年
❖
表3-1是我国对岩体结构类型的划分，并以结构体的块度尺寸作为划分
岩体结构类型的主要依据。
❖ 表3-1
岩体结构与块度尺寸关系
岩体结构类型
块度尺寸（以结构面平均间距表示，m）
国标锚喷围 军用物资库 坑道工程围 中科院地质所
岩分类
围岩分类 岩分类
岩体结构分类
整体状结构
>0.8
>0.8
>1
>1
块状结构
0.4-0.8
力比Sm来表征原岩应力的影响：
❖
Sm
KVcw max
(3-5)
❖ 式中：σmax为垂直洞轴线的垂直地应力或水平地应力，两者中取大值，无
实测数据时取σmax=10-5γH；σcw为完整岩石单轴饱和抗压强度(Mpa)；γ
为岩体容重(kN/m3)；H为覆盖层厚度(m)；Kv为岩体完整性系数。
❖
在国外，常采用岩块强度应力比，即：
RQD%10cm以岩上芯岩总芯长累度计长度 （3-3）
❖ 2．地质构造影响程度
❖
结构面的发育情况与区域性摺皱、断裂等地质背景有着密切联系，所以
分类中一般要考虑地质构造的影响程度。一般按其影响程度大多可分为影响
轻微、较重、严重、很严重四级，见表3-3。
❖ 表3-3
岩体受地质构造影响的分级
受地质构造 地 质 构 造 作 用 特 征 影响程度
❖ (3)结构面的结合情况，如结构面的闭合程度，充填情况和粗糙程度。结构 面按闭合程度可分为紧闭的(<0.01mm)，闭合的（0.1-0.05mm），微张的 (0.5-lmm)与张开的(>lmm)等几种，按充填情况可分为未填充，充填岩屑， 充填泥土和胶结等几种情况。按粗糙起伏度可分为明显台阶状、粗糙波浪 状、光滑波浪状和平整光滑状等。
轻微
地质构造变动小，结构面不发育
较重 严重 极严重
地质构造变动较大，位于断裂(层)或褶曲轴的邻近地段， 可有小断层，结构面发育
地质构造变动强烈，位于褶曲部或断裂影响带内，软岩多 见扭曲及推拉现象，结构面发育
位于断裂破碎带内，岩体破碎呈块石、碎石、角砾状，有 的甚至呈粉末泥土状，结构面极发育
❖ 3．结构面发育状况及产状
所谓围岩的稳定性，是指在开挖后不加支护的情况下围岩自 身的稳定程度，可分为：充分稳定、基本稳定、暂时稳定和不 稳定等不同等级。
围岩分级（类）就是对不同地质条件特征的围岩进行类别及 稳定性等级的划分，这种划分是隧道与地下工程进行工程类比 设计的重要依据，是围岩稳定性评价的重要基础。也是隧道设 计、施工的依据，是进行科学管理及正确评价经济效益、确定 结构荷载（围岩压力）、设计衬砌结构的类型及参数、制定劳 动定额及材料消耗标准等的基础。
参数
1
强 度
Is (MPa) σcw (MPa) 定额分值
RQD 2
定额分值
>10 >250
15 90~100
20
4~10 100~250
12 75~90
17
参数与定额分值的关系
2~4
1~2
50~100
25~50
7
4
50~75
25~50
13
8
单轴压缩试验
5~25 1~5 <1
2
10
<25
3
节理间距 3
❖
Sr
cw max
Sm Kv
❖ 其极限值，对中等稳定围岩一般为4，不稳定围岩为2。
(3-6)
❖ 五、围岩分级的综合指标
❖ 在围岩分级中，除了上述定性和定量指标外，还有一些综 合指标，它能同时反映上述多种因素的综合作用。例如声波纵 波速度、RQD指标、围岩自稳时间及围岩变形量值等。在我国 的围岩分级中，应用较广的是岩体声波纵波速度。声波速度能 综合反映岩体完整性与强度，并能沿洞轴全长测量，而且测试 简易、快速，目前在国内外应用较广。因而国内几个锚喷支护 的围岩分级中都采用了这一指标与其它因素相结合进行划分。
一般不考虑地下水的影响。但若有软弱结构面时，有时要求对软弱结构面
进行加固处理。
❖

围岩中地下水的规模可分为四类：
❖
渗——裂隙渗水。
❖
滴——雨季时有水滴。
❖
流——以裂隙泉形式，流量小于l0L/min。
❖
涌——涌水，有一定压力，流量大于l0L/min。
❖
地下水对围岩的影响，一般按其水量多少，岩石软硬及节理多少程度
❖ 二、岩石力学性质
❖
岩石对围岩稳定性及分级的影响主要是指岩石强度或坚固性。由于岩
石（块）强度可由室内试验获得，因此围岩分级中一般采用岩石单轴饱和
抗压强度σcw作为强度指标。该指标既考虑了地下水对岩石的软化，又兼
顾考虑了岩石的风化情况，同时，它与其它力学指标有较好的互换性，而 且试验方法简单可靠。若无岩石单轴饱和抗压强度的实测值，可采用实测 的岩石点荷载强度指数Is(50)的换算值，换算公式为：
别（表3-11）。宾尼亚斯基提出的RMR分级法考虑了影响岩体质量和稳定性
的最主要因素，这些因素测试方法简单快捷，许多都被国际岩石力学学会
已颁布的建议方法所规定，可以有统一的标准。该方法还分别考虑了隧洞、
地基、边坡等不同类型工程岩体，因此其应用范围比较广泛。
表3-9
节理岩体地质力学分级——RMR分级
等来确定，如表（3-7）给出的地下水影响系数，就是按这一原则来确定的。
❖ 表3-7
地下水影响系数KW
毛洞开挖后围岩出水情况 表面渗水、局部滴水，无水压
>30 1
KVσcw（MPa）
30 -15 0.9
<15 0.8
淋雨状清水或涌泉状流水，水压
0.9
<0.lMPa
淋雨状滴水或涌泉状流水，水压
0.9
>0.lMPa
❖3.2.1 地质因素
❖ 一、岩体的完整性 ❖ 二、岩石力学性质 ❖ 三、地下水 ❖ 四、原岩应力
❖ 一、岩体的完整性
❖ 岩体的完整性是影响围岩稳定性的首要因素，而岩体完整 性通常取决于岩体结构类型、地质构造影响和结构面发育等情 况。
❖ 1．岩体结构类型
❖ 组成岩体的岩石以及岩体中结构面和结构体特征的多样性 决定了岩体结构的复杂性。岩体结构类型的划分就是依据不同 的岩石组成、结构面和结构体特征，以及由此对岩体的变形破 坏机理以及强度的本质影响，划分出具有独立特征的不同结构 类型。因此岩体结构类型的划分对应于不同的力学介质类型。
>0.4
0.3-1
0.5-1
层状结构
0.2-0.4
>0.4
0.3-1
0.3-0.7
碎裂状结构
0.2-0.4
0.2-0.4
<0.3
0.1
散体状结构
<0.2
<0.2
<0.2
0.01
❖ 不同的岩体的结构类型决定了岩体具有不同的完整性，表3-2是岩体完整 性的定量表述。
❖ 表3-2
岩体完整性各指标的表示方法
定额分值
>2m. 20
0.6~2m 15
02~0.6m 10
0.06~0.2m 8
<0.06m 5
4
节理状态
节理面很粗 节理面略粗 节理面略粗 糙，不连续， 糙，张开度 糙，张开度 闭合，岩壁 <1mm， <1mm，
0.8
0.7
0.7
0.6-0.4
❖ 四、原岩应力的影响
❖
在埋深与构造应力不大的坚硬岩体中开挖洞室，原岩应力一般不会有
明显影响，但在高地应力地区，软岩以及在埋深大的洞室和巷道中，则原
岩应力会对围岩稳定性产生明显影响。原岩应力影响因素包括：原岩应力
数值、方向与各主应力间的比值。但对于围岩分级，一般可以岩体强度应