巖體質(zhì)量分類評(píng)價(jià)綜述

于 崇

巖體質(zhì)量分類評(píng)價(jià)綜述

于 崇

（大連乾宏基礎(chǔ)工程有限公司 遼寧大連 116033）

巖體質(zhì)量分類評(píng)價(jià)是巖體工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的重要方面，可為巖體參數(shù)選擇、科學(xué)設(shè)計(jì)與施工提供合理的依據(jù)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外比較流行的巖體質(zhì)量分類評(píng)價(jià)方法，分析其相應(yīng)的評(píng)價(jià)依據(jù)和計(jì)算公式，同時(shí)，探討了各分類評(píng)價(jià)方法的適用性問(wèn)題，以便更好的開(kāi)展巖石力學(xué)應(yīng)用研究。

巖體；分級(jí)；強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)面

引言

巖體的力學(xué)性質(zhì)受到巖石性質(zhì)及巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況的影響。為了在工程設(shè)計(jì)與施工中能區(qū)分巖體質(zhì)量的好壞，需要對(duì)巖體做出合理的分類。在我國(guó)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)手冊(cè)中，大多數(shù)沿用以普氏系數(shù)表示的巖體分類，該分類法以巖快單軸抗壓強(qiáng)度為分類依據(jù)，不能客觀反映巖體質(zhì)量，需要尋求更加科學(xué)的分類方法。目前，國(guó)內(nèi)外有數(shù)十種分類方法，本文僅介紹比較有影響的幾種巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)分類方法。

1 巖芯質(zhì)量分類

巖芯質(zhì)量分類由笛爾與1964年提出，該分類方法依據(jù)鉆孔時(shí)，巖芯的完好程度來(lái)判斷巖體質(zhì)量，對(duì)巖體分類。即，將長(zhǎng)度大于等于在10cm的巖芯累計(jì)長(zhǎng)度占總長(zhǎng)度的百分比，定義為巖芯質(zhì)量指標(biāo)RQD（rock quality designation）[1]。

根據(jù)RQD的值將巖體分為5類，此種分類方法簡(jiǎn)單易行，是一種快速、經(jīng)濟(jì)使用的巖體質(zhì)量分類評(píng)價(jià)方法，已被多國(guó)采用。但因未考慮結(jié)構(gòu)面方位和充填的影響，因此，僅作為一個(gè)參考因子。

2 巖體地質(zhì)力學(xué)分類

南非科學(xué)和工程研究委員會(huì)提出的CSIR分類指標(biāo)RMR(Rock Material Rate) [2]，該分類方法由巖塊強(qiáng)度指標(biāo)R1、巖芯質(zhì)量指標(biāo)R2、節(jié)理間距指標(biāo)R3、節(jié)理?xiàng)l件指標(biāo)R4、地下水指標(biāo)R5及節(jié)理走向和傾向?qū)r體開(kāi)挖的影響指標(biāo)R6組成。其計(jì)算公式為：

RMR= R1+ R2+ R3+ R4+ R5+ R6 (2)

CSIR分類主要應(yīng)用在堅(jiān)硬節(jié)理巖體中淺埋隧道工程，在處理因擠壓、膨脹和涌水的極其軟弱的巖體問(wèn)題時(shí)，此類分級(jí)方法受到限制。

3 巴頓巖體質(zhì)量指標(biāo)

挪威巖土工程研究所（Norwegian Geotechnical Institute）巴頓（Barton）等人于1974年提出NGI巖體隧道開(kāi)挖質(zhì)量分類法[3]，計(jì)算公式為：

公式中，RQD為上文的巖芯分類指標(biāo)；Jn為節(jié)理組數(shù)；Jr為節(jié)理粗糙系數(shù)；Jw為節(jié)理水則減系數(shù)；SRF為應(yīng)力則減系數(shù)。

相比較而言，Q分類法考慮因素較全面，且軟、硬巖石都適用。

4 規(guī)范法[4]

針對(duì)巖體質(zhì)量分級(jí)的問(wèn)題，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50218-2014）提出了步分法：首先，按照巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行初步分級(jí)；然后，針對(duì)各類工程巖體的特點(diǎn)，考慮其它影響因素進(jìn)行二次修正。

巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)BQ為：

式中，KV為巖體完整性指數(shù)；可通過(guò)波速試驗(yàn)測(cè)定及計(jì)算巖石、巖體彈性波速得到，也可參照裂隙統(tǒng)計(jì)資料查表獲取；RC為巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度，MPa，可以通用室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定，也可以比照定性劃分的巖石堅(jiān)硬程度選取。

當(dāng)RC>90Kv+30時(shí)，應(yīng)以Rc=90Kv+30和KV代人計(jì)算BQ值；當(dāng)KV>0.04Rc+0.4時(shí)，應(yīng)以KV=0.04Rc+0.4和Rc代入計(jì)算BQ值。

（1）根據(jù)巖體基本質(zhì)量指標(biāo)初步分級(jí)

結(jié)合巖體質(zhì)量的定性特征，可將巖體初步劃分為5級(jí)，見(jiàn)表1。

表1 巖體質(zhì)量分級(jí)

（2）工程巖體的穩(wěn)定性分析

工程巖體的分級(jí)除與巖體基本質(zhì)量的有聯(lián)系，還受地下水、主要軟弱結(jié)構(gòu)面、天然應(yīng)力的影響。應(yīng)結(jié)合工程特性，修正巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)，作為不同工程巖體分級(jí)的定量依據(jù)。

地下工程修正的[BQ]值計(jì)算公式如下：

式中，K1為地下工程地下水影響修正系數(shù)，根據(jù)出水狀態(tài)及水壓確定；K2為地下工程主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與其洞室軸線的組合關(guān)系確定；K3初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)，以相應(yīng)初始應(yīng)力和圍巖強(qiáng)度確定的強(qiáng)度應(yīng)力比值作為修正控制因素。

邊坡工程修正的[BQ]值計(jì)算公式如下：

K5邊坡工程主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；F1反映主要結(jié)構(gòu)面傾向與邊坡傾向間關(guān)系影響的系數(shù)；F2反映主要結(jié)構(gòu)面傾角影響的系數(shù)：F3反映邊坡傾角與主要結(jié)構(gòu)面傾角間關(guān)系影響的系數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

巖體質(zhì)量分類直接影響巖體工程特性與所建工程的穩(wěn)定性，采用多因素綜合指標(biāo)的巖體分類，著重分析巖體的不連續(xù)性，將復(fù)雜的巖體的內(nèi)在特征定量計(jì)算出，獲得合理、準(zhǔn)確的巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果是一項(xiàng)重要的內(nèi)容。同時(shí)，也應(yīng)重視新理論、新方法在巖體評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，建立巖體工程分類與巖體力學(xué)參數(shù)估算的定量關(guān)系，便于施工和設(shè)計(jì)。

[1]李俊平,連民杰. 礦山巖石力學(xué)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社, 2011.

[2] Bieniawski Z T. Engineering classification of jointed rock masses [J]. Trans.S. African Inst. Civil Eng., 1973, 15(5):335-344.

[3] Barton N. Analysis of rock mass quality and support practice in tunneling and a guide for estimating support requirements [J]. Rock Mechanics, 1974, 6(4):189-236.

[4]工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB50218-2014)[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2014.

G322

B

1007-6344（2017）03-0367-01