第五章工程岩体的分类课件.ppt

1、2022-12-4山东科技大学1第五章第五章 工程岩体分类工程岩体分类 第一节第一节 概述概述第二节第二节 工程岩体分类的目的与原则工程岩体分类的目的与原则 第三节第三节 工程岩体代表性分类工程岩体代表性分类第四节第四节 我国工程岩体分级标准我国工程岩体分级标准 （GB5021394）2022-12-4山东科技大学2教学目的：了解工程岩体的分类目的和原则，了解工程岩体的分类目的和原则，有代表性的分类方法。有代表性的分类方法。学时分配：学时分配：4学时学时2022-12-4山东科技大学3第一节第一节 概述概述一一.对岩体性质的好坏怎样进行概括的认识。对岩体性质的好坏怎样进行概括的认识。u建立一个

2、评价体系。从定性和定量建立一个评价体系。从定性和定量2方面评价岩方面评价岩体的工程性质，根据工程类型及其使用目的对岩体的工程性质，根据工程类型及其使用目的对岩体进行分类，也是岩体力学的最基本的研究课题体进行分类，也是岩体力学的最基本的研究课题之一。之一。u简单的分类到多参数的分类，定性的分类到定量简单的分类到多参数的分类，定性的分类到定量的分类。处于发展过程中。的分类。处于发展过程中。2022-12-4山东科技大学4二二.目前，代表性的分类目前，代表性的分类u岩石饱和单轴强度分类岩石饱和单轴强度分类根据强度值，坚硬到极根据强度值，坚硬到极软等级区分岩石质量的好坏。软等级区分岩石质量的好坏。u岩

3、石岩石RQD分类分类根据修正的岩心采取率根据修正的岩心采取率,评价岩体评价岩体中结构面的发育程度，评价岩体的完整性。中结构面的发育程度，评价岩体的完整性。u巴顿的巴顿的Q分类法分类法隧道工程的岩体分类。隧道工程的岩体分类。u我国的工程岩体分类标准。我国的工程岩体分类标准。u不下几十种分类方法。不下几十种分类方法。u各有优缺点，各有适用条件。各有优缺点，各有适用条件。2022-12-4山东科技大学5一、分类的目的一、分类的目的u 1）分类目的）分类目的 为工程施工机设计提供计算参数和依据，达到工程为工程施工机设计提供计算参数和依据，达到工程经济、合理和安全之目的。因为用前面学过的简单经济、合理和

4、安全之目的。因为用前面学过的简单的岩石、岩体力学指标参数不足以全面指导岩石工的岩石、岩体力学指标参数不足以全面指导岩石工程，保证安全经济；另外，分类要给定范围，不是程，保证安全经济；另外，分类要给定范围，不是一个像岩石、岩体那样的单一确定指标。一个像岩石、岩体那样的单一确定指标。第二节第二节 工程岩体分类的目的与工程岩体分类的目的与原则原则2022-12-4山东科技大学6u 2）分类种类）分类种类 （1）通用分类：）通用分类：原则的、大致的分类，未针对专门的工程领域，原则的、大致的分类，未针对专门的工程领域，供各学科领域各部门安全使用的分类。供各学科领域各部门安全使用的分类。（2）专用分类：）

5、专用分类：专为某项工程目的服务的分类，考虑因素少一些，专为某项工程目的服务的分类，考虑因素少一些，深入、细致。深入、细致。2022-12-4山东科技大学7二、工程岩体分类原则二、工程岩体分类原则 （1）确定种类。）确定种类。（2）定量）定量便于使用。便于使用。（3）级数适合）级数适合一般五级。一般五级。（4）分类方法和计算步骤应简单明了，便于记忆应）分类方法和计算步骤应简单明了，便于记忆应用。用。（5）因素要独立）因素要独立基本因素：结构面、岩块质量基本因素：结构面、岩块质量（力学特性）、风化、水、地应力、工程施工条件和（力学特性）、风化、水、地应力、工程施工条件和规模。规模。（6）指标应是综

6、合的。）指标应是综合的。2022-12-4山东科技大学8三、工程岩体分类的独立因素的分析三、工程岩体分类的独立因素的分析 从工程观点看，影响岩体工程性质的因素，起主从工程观点看，影响岩体工程性质的因素，起主导和控制作用的因素有以下几方面。导和控制作用的因素有以下几方面。（1）岩石材料的质量）岩石材料的质量 主要是强度和变形性质，一般用室内岩块试验的单主要是强度和变形性质，一般用室内岩块试验的单轴抗压强度轴抗压强度Rc 来反映来反映 。（2）岩体的完整性）岩体的完整性 反映结构面的产生及面内充填物法，一般反映结构面的产生及面内充填物法，一般2种方法或种方法或指标。指标。直接法：结构面的充填物及结

7、构面形状、分布规律。直接法：结构面的充填物及结构面形状、分布规律。2022-12-4山东科技大学9例：节理组数、间距、切割度例：节理组数、间距、切割度Xe、裂隙度、裂隙度K、体积裂隙率。、体积裂隙率。间接法：岩体弹性纵波速度。间接法：岩体弹性纵波速度。（3）水）水水使岩石及结构面内充填物的力学性质恶化。水使岩石及结构面内充填物的力学性质恶化。水沿结构面形成渗透，影响稳定性。水沿结构面形成渗透，影响稳定性。（4）地应力）地应力 是一个独立的因素，但测量较难，一般用其他的参是一个独立的因素，但测量较难，一般用其他的参数代替，例波速，岩体位移。数代替，例波速，岩体位移。l 总结：主要是质量、结构面、

8、水和地应力等综总结：主要是质量、结构面、水和地应力等综合因素反映。合因素反映。2022-12-4山东科技大学10第三节第三节 工程岩体代表性分类工程岩体代表性分类 一、按岩石的单轴抗压强度（一、按岩石的单轴抗压强度（c c）分类）分类u（一）单轴强度（一）单轴强度l 表表5-1 岩石按抗压强度分类岩石按抗压强度分类 类别类别岩石单轴抗压强岩石单轴抗压强Rc（MPa）岩石类别岩石类别250160特坚岩特坚岩160100坚坚 岩岩10040次坚岩次坚岩垂直层面（垂直层面（1.67）变化（压力大，速度）变化（压力大，速度）l 结构面的存在使波速下降。结构面的存在使波速下降。l 中科院地质所分类中科院

9、地质所分类（见下表（见下表5-55-5）4类：块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。类：块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。指标：波速指标：波速Vp；岩土体；岩土体/岩块，岩块，Vp之比；波可接收距之比；波可接收距离（离（m）。）。2022-12-4山东科技大学16 类别类别弹性波指示弹性波指示块状结构块状结构层状结构层状结构碎裂结构碎裂结构散体结构散体结构波速波速Vp（m/s）范范 围围采用值采用值最小值最小值4000500045003500300040003500250020003500275015000.80.80.60.50.80.650.50.30.60.450.30.40.3

10、可接收距离可接收距离（m）范范 围围最小值最小值51033521315.0 4.84.2 好好1开挖面有涌水时，分开挖面有涌水时，分类要降一级；类要降一级；2膨胀性岩石（蛇纹岩膨胀性岩石（蛇纹岩，变质安山岩、石墨片岩，变质安山岩、石墨片岩、凝灰岩、温泉余土）的、凝灰岩、温泉余土）的弹性波速值。要特殊考虑弹性波速值。要特殊考虑这种情况其速度值小于这种情况其速度值小于4.0km/s，泊松比大于，泊松比大于0.3；3对风化岩层泊松比小对风化岩层泊松比小于于0.3时，分类要提高一时，分类要提高一级到两级；级到两级；4单位：单位：km/s25.04.4 4.84.24.23.6 34.64.04.84.

11、24.43.83.83.22.6 中中等等44.23.04.43.84.03.43.42.82.62.0 53.83.24.03.43.63.03.02.42.21.61.81.2差差63.43.62.62.61.81.40.87 1.41.02022-12-4山东科技大学18四、综合指标分类四、综合指标分类 一般按多种参数进行综合指标分类一般按多种参数进行综合指标分类u （一）（一）Franklin岩石工程坚固性分类岩石工程坚固性分类 指标，点荷强度；结构面间距，双因素分类。指标，点荷强度；结构面间距，双因素分类。u （二）岩体的岩土力学分类（二）岩体的岩土力学分类参数：五个通用参数，一个修

12、正参数。给定总的岩参数：五个通用参数，一个修正参数。给定总的岩体评分值（体评分值（RMR）作为衡量岩体工程质量的）作为衡量岩体工程质量的“综合综合特征值特征值”，0100。54321RRRRRRMR2022-12-4山东科技大学19第四节第四节 我国工程岩体分级标准我国工程岩体分级标准（GB5021394）一、工程岩体分级的基本方法一、工程岩体分级的基本方法l（一）确定岩体基本质量（一）确定岩体基本质量坚硬度和完整性坚硬度和完整性（分类（分类 5类）类）6060603030151555坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩2022-12-4山东科技大学20lRc60坚硬岩坚硬岩,Rc0.750

13、.15m-mass r-rock Vpm岩体弹性纵波速度（岩体弹性纵波速度（km/s）Vpr岩石弹性纵波速度（岩石弹性纵波速度（km/s）or用用Jv来核算来核算KvprpmvVVK222022-12-4山东科技大学21 表表5-16 Jv与与Kp对照表对照表结论：结论：K Kv v与定性划分的岩体完整程度对应。与定性划分的岩体完整程度对应。完整性分完整性分5 5类类 完整完整极破碎极破碎表表5-17 Kp与定性划分的岩体完整程度的对应关系与定性划分的岩体完整程度的对应关系 Jv（条/m3）35Kp0.750.750.550.550.250.350.1507530.750.550.550.35

14、0.350.150.15完整程度完 整较完整较破碎破 碎极破碎2022-12-4山东科技大学22（二）岩体基本质量分级（二）岩体基本质量分级u 1岩体基本质量指标（岩体基本质量指标（BQ）式中，式中，BQ岩体基本质量指标；岩体基本质量指标；Rc岩石单轴饱和抗压强度（岩石单轴饱和抗压强度（MPa）；）；K Kv v岩体完整性指数值。岩体完整性指数值。l 注：两条限制，注：两条限制，Rc与与Kv关系，关系，Kv与与Rc关系关系 ，有，有矛盾。矛盾。v250390KRBQc2022-12-4山东科技大学23u2按计算所得的按计算所得的BQ值值 按表按表5-18进行岩体基本质量分级，共分进行岩体基本质

15、量分级，共分5级，级，BQ值值550550坚硬岩，岩体较完整较坚硬岩，岩体完整550451坚硬岩，岩体较破碎较坚硬岩或软硬岩岩层，岩体较完整较软岩，岩体完整45035坚硬岩，岩体较破碎软坚硬岩，岩体较破碎破碎较软岩或软坚硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整较破碎；软岩，岩体完整较完整350251软软岩，岩体破碎软岩，岩体较破碎破碎全部极软岩及全部极破碎岩450450351350251250潮湿或点滴状出水00.10.20.30.40.6淋雨状或涌流状出水，水压小于等于0.1MPa或单位出水量10L/(minm)0.10.20.30.40.60.70.9淋 雨 状 或 涌 流 状 出 水，水 压

16、大 于0.1 M P a 或 单 位 出 水 量 大 于10L/(minm)0.20.40.60.70.91.0 表表5-19 地下水影响修正系数地下水影响修正系数k12022-12-4山东科技大学26 表表5-20 5-20 主要软弱结构面产状影响修正系主要软弱结构面产状影响修正系K K2 2结构面产状及其与洞轴线的组合关系结构面走向与洞轴线夹角30结构面倾角3075结构面走向与洞轴线夹角75其他组合K20.40.600.20.20.42022-12-4山东科技大学27 表表5-21 5-21 初始应力状态影响修正系数初始应力状态影响修正系数K K3 3 K3 BQ 初始应力状态550550

17、45145035135025126.5602.1330.260502.11.533200.20.2526.524.550391.50.72060.250.324.522.539270.70.261.30.30.3522.5270.20.352022-12-4山东科技大学30表表5-23 岩体结构面抗剪断峰值强度岩体结构面抗剪断峰值强度)(序号两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度内摩擦角粘聚力C（MPa）1坚硬岩，结合好370.222坚硬较坚硬岩，结合一般；极软岩，结合好37290.220.123坚硬软坚硬岩，结合差；较软岩软岩，结合一般29190.12E0.084软坚硬软软财，结合差结合很差；

18、软岩、结合差；软质岩的泥化面19130.080.055软坚硬岩及全部软质岩，结合很差；软质岩泥化层本身130.052022-12-4山东科技大学31u（二）地下工程岩体自稳能力的确定（二）地下工程岩体自稳能力的确定表表5-24 地下工程岩体自稳能力地下工程岩体自稳能力 岩体级别自 稳 能 力跨度小于20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方跨方1020m，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度小于10m，可长期稳定，偶有掉块跨度1020m，可稳定数日至一个月，可发生小至中塌方；跨度510m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小至中塌方；跨度小于5m，可基本稳定跨度大于5m，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中至大塌方。埋深小时，以拱部松破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度小于5m，可稳定数日至一个月无自稳能力