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1、第三节岩体结构及其工程性质一.基本概念:结构面:指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性，有一定厚度的备种地质界面,如断层、节理、层理及不整合面等.由于这种界面中断了岩体的连 续性，故又称不连续面。结构体:结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成形状、大小不同的块体，称结构体.岩体:通常把在地质历史过程中形成的，具有一定的岩石成分和一定结构，并赋存于一定地应力状态的地质环境中的地质体。岩体结构:结构面和结构体的排列与组合形成。包括结构面和结构体两个要素。二.岩体结构特征：结构面的特征及性质类型结构面的成因分类：原生结构面、构造结构面及次生结构面，如下表所示:成因类型地质类型主要特征工程地质评价产状分
2、 布性质原 生 结 构 面沉积结构面层理层面软弱夹层不整合面假整合面沉积间断面一般与岩层产状一致，为层间结构面海相岩层中此类结构 面分布稳定。陆相岩层 中呈交错状，易尖灭层面、软弱夹层等结构 面较为平整；不整合面 及沉积间断面多由碎屑 泥质物构成且不平国内外较大的坝基滑动及滑坡很 多由此类结构面所造成的。如奥 斯汀、圣佛兰西靳，马尔巴赛坝 的破坏.瓦依昂坝附近的巨大滑 坡岩浆结构面侵入体与围岩接触面岩脉、岩墙接触面原生冷凝节理岩脉受构造结构面 控制.而原生节理 受岩体接触面控制接触面延伸较远，比较 稳定而原生节理往往 短小密集与围岩接触面可具熔合及 破坏两种不同的特征。原 生节理一般为张裂面，
3、较 粗糙不平一般不造成大规模的 岩体破坏.但有时与构造 断裂配合.也可形成岩体 的滑移，如有的坝肩局部 滑移变质结构面片理片岩软弱夹层产状与岩层或构造 方向一致片理短小，分布极密.片岩软弱夹层延展 较远，具固定层次结构面光滑平直.片理在 岩层深部往往闭合成隐蔽 结构面，片岩、软弱夹层、 岩片状矿物.呈鳞片状变质较浅的沉积岩，如千 枚岩等路堑边坡常见塌 方。片岩夹层有时对工程 及地下洞体稳定也有影响构造结构面节理（X型节理，张 节理）断层（正断层，逆断 层，走滑断层）层间错动带羽状裂隙劈理产状与构造线呈 一定关系，层间带 动与岩层一致张性断裂较短小，剪切 断裂延展较远，压性断 裂规模巨大.但有时
4、为 横断层切割成不连续 状张性断裂不平整，常具次 生充填.呈锯齿状，剪切 断裂较平直.具羽状裂晾， 压性断层具多种构造岩， 成带状分布，往往含断层 泥、糜棱岩对岩体稳定影响很大.在上述许多岩体破坏 过程中.大都有构造结构 面的配合作用.此外常造 成边坡及地下工程的塌 方、冒顶次生结构面卸荷裂隙风化裂隙风化夹层泥化夹层次生夹泥受地形及原结构面控制分布上往往呈不 连续状，透镜体， 延展性差，且主 要在地表风化带 内发育一般为泥质物充填，水理 性质很差在天然及人工边坡上造成危害， 有时对坝基，坝肩及浅埋隧洞等工 程亦有影响，但一般在施工中予以 清基处理（2）特征：结构面的产状结构面的产状与最大主应力
5、作用线方向之间的关系控制着岩体的破坏机理，进而控制着岩体的强度。MbLCF：【0如图 P -结构面与最大主应力的夹角p为锐角，岩体将沿结构面产生滑动破坏p为直角，表现为切过结构面，产生剪断、岩体破坏p为0度，平行结构而的劈裂拉张破坏结构面连续性连续性反映结构面的贯通程度.常用线连续性系数和面连续性系数表示线连续系数(k)：K=f E a各结构面长度之和； b完整岩石各段长度之和；K变化在01之间.K值愈大，说明结构而连续性愈好；当K=1时.说明结构面完全贯通.结构面的密度密度反映结构面发育的密集程度.常用间距、线密度等指标表示。线密度(Kj是指结构面法线方向上单位测线长度交切结构面的条数(条/
6、m)；间 距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面之间的平均距离。两者互为倒数关系。即：Kd=l/d结构面的密度决定了岩体的完整性和岩块的块度。一般来说。结构面发育愈密集，岩体的完整性愈差，岩块块度愈小。进而导致岩体的力学性 质变差，渗透性增强。结构面的形态结构面的形态可从侧壁的起伏形态和粗糙度两方面来进行研究结构面侧壁的起伏形态可分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的几种，见下图。而侧壁的起伏程度则可用起伏角(i)表示如下：i=arctg(2G/L)1777/7777777777777777 *结构而的起伏形态a平有前仲一台阶袱的事一枢齿状的匚 一波法的伟一不炭飓秋的结
7、构面的起伏角结构面的粗糙度可用粗糙度系数(JRC )表示它可以增加结构面的摩擦角.进而提高了岩体的强度。据结构面的粗糙程度可将粗糙度系数(JRC)分为10级。在实际工作中，可用剖面仪测出所研究结构面的粗糙剖面、然后与标准剖面进行比较，即可求得结构面的粗糙度系数(JRC).结构面的张开度结构面两壁之间，一般不是最紧密接触，而是点接触或局部接触。结构面的张开度是指结构面两壁间的平均距离.常以毫米为单位。结构面的充填胶结特征结构面经胶结后，力学性质有所改善。改善的程度因胶结物成分不同而异，铁硅质胶结的强度最高，泥质及易溶盐类胶结的结构面强度最低， 且抗水性差。未胶结且具一定张开度的结构面，其力学性质
8、取决于充填物成分、厚度、含水性及壁岩性质等。就充填物成分来说以砂质、角砾质性质最好。粘 土质、易溶盐类性质最差。结构面的分级及其特征按结构面的规模及其力学效应，可将结构面划分为5级级序分级依据力学效应力学属性地质构造特征I级结构面延展长，几公里一 几十公里以上贯通岩体，破f 带宽度达数至数十米尝形成岩体力学作用边界至卷石体变形和破坏的控制条件3.构成独立的力学介质单元属于软弱结构面构成独立的力学模型一一软弱夹层较大的断层II级延展规模与研究的岩体相关，破 碎带宽度比较窄，几厘米至数米形成块裂岩体边界控制岩体变形和破坏方式构成次级地应力场边界属于软弱结构面小断层层间错动面III级延长度短,从十几
9、米至几十米， 无破碎带，面内不夹泥，有的具 有泥膜参与块裂岩体切割构成次级地应力场边界少数属于软弱结构面不夹泥大节理或小断层开裂的层面W级延展短、未错动、小夹泥，有的1.是岩体力学性质、结构效应的节理呈弱结合状态基础2.有的为次级地应力边界劈理层面次生裂隙V级结构面小，且连续性差岩体内形成应力集中岩体力学性质、结构效应的基 础不连续的小节理隐节理层面片理面(3)软弱夹层定义:指岩体中那些性质软弱、有一定厚度的软弱结构面或软弱带，具有高压缩性和低强度的特征。特征：由原岩的超固结胶结式结构。变成了泥质散题结构或泥质定向结构；粘粒含量较原岩增多并达一定含量；含水量接近或超过塑限。密度比原岩小；常具一
10、定的膨胀性；力学强度比原岩大为降低。压缩性较大；由于结构松散，因而抗冲刷能力低。在渗透水流作用下，愚易产生渗透变形。结构体特征可用其规模、形态及其产状进行描述：按不同级别结构面对岩岩体的切割，可将结构体划分为4级。I级结构体一一地质体或称断块体II级结构体一一岩块m级结构体一一块体w级结构体山体基本形状有；柱状、块状、板状、楔形、锥形、菱形等。一般来说其稳定程度，板状结构体比柱状、块状的差.而楔状的比菱形及锥状的差。产状一般用结构体表面上最大结构面的长轴方向表示，平卧的板状结构体比竖直的板状结构体对岩体稳定性的影响要大一些。岩体结构类型划分为了概括地反映岩体结构面和结构体的成因、特征及其排列组
11、合关系.将岩体结构划分为4大类和8个亚类。结构类型地质 背景结构面特征结构体形态类亚类整体块状结 构整体结构(11)岩性单一，构造变形轻微 的巨厚层沉积岩、变质岩 和火成岩体结构面少.一般不超过3组.延 展性极差.多闭合.无充填或夹 少量碎屑巨型块状I块状结构(12)岩性单一，构造变形轻一 中等的厚层沉积岩、变质 岩和火成岩体结构面一般23组，面多闭 合，层间有一定的结合力各种形状的块 状层状结构层状结构(II1)构造变形轻一中等的中 厚层的层状岩体以层面、片理、节理为主.延展 性较好。一般有2- 3组.层间 结合力较差厚板状，块状、 柱状II薄层状结 构(II2)同II 1但厚度小(30cm
12、)，层理、片理发育.原生软弱夹板状或薄板状碎裂结构III在构造作用下表现为相对强烈褶曲和层间错动层层间错动和小断层不时出 现。结构面多为泥胶、碎屑和泥质物充填。一般结合力差镶嵌结构(叶)般发育于脆硬岩层，节 理，劈理组数多，密度大以节理、劈理等小结构面为主 组数多，密度大，但延展性差， 闭合无充填或夹少量碎屑形态、大小不一 棱角显著。层状碎裂结构 (III)2软硬相间的岩石组合.井 常有近于平行的软弱破碎 带存在软弱夹层和各种成因类型的破 碎带发育，大致平行分布，以构 造节理等小型结构面为主以碎块状和板柱状为主碎裂结构(13)岩性复杂，构造破碎强烈；弱风化带各类结构面皆发育，彼此交切多被充填
13、结构面光滑度不等，形 态不同碎屑和大小、形 态不同的岩块构造破碎带及剧一强风化 带节理，劈理密集.破碎带呈块夹 泥或泥包块的松软状态泥、岩粉，碎屑、 碎块，碎片等散体结构三.岩体工程性质1.岩体变形性质(1)结构面的变形特性a.法向变形特性在同一岩体中，取一块不含结构面的完整岩块试件和一块含结构面的岩石试件。然后，分别对这两块试件进行单向压 缩试验可得到如图：花岗闪氐岩岩垛的法向变形帅缱#一含结翔司岩陛。E也北曲鳗,0岩块pt-Mr舟践坷一站御面。,一门国线设不含结构面试件的法向变形为，含结构面试件的法向变形为，则结构面的闭合变形 Vj.为:AV.=AVt-AVr应力-应变曲线上某点的切线斜率
14、定义为结构面的法向刚度(Kn)，它是反映结构面法向变形性质的主要参数。剪切变形特征结构面的剪切变形有两种基本类型：一类为塑性变形型.如泥化夹层、光滑平直的破裂面等一般具这类变形特征；另一类为脆性变形.an-Vj曲线有明显的峰值点和应力降。当应力降于一定值后趋于稳定.不在随位移变化而变 化。如粗糙结构面等常具这种变形特征。把剪力-应变曲线上某点的切线斜率定义为结构面的剪切刚度(Ks)，它是反映结构面剪切变形性质的主要参数。(2 )岩体变形参数的确定及变形曲线类型承压板法试验一般在平巷中进行。利用巷道顶板作反力，以油压千斤顶施加压力.通过刚性承压板将压力传至底部平直光滑的 岩面上.用百分表测量岩体
15、变形值。按下式计算.即：w*(1-p 2)*p*D/W式中：Em为岩体的变形模量(MPa)； W为岩体的变形量(cm) ； P为承压板单位面积上的压力(MPa)； D为承压板直径或 边长(cm)； p为岩体的泊松比；，3为与承压板刚度和形状有关的系数，圆形板取0.79 .方形板取0.88.钻孔变形法利用钻孔膨胀计对一定长度的孔壁施加均匀压力，同时测量孔壁的径向变形。利用下式计算岩体的变形模量和弹性 模量，即：_ 如 - S式中：Em为岩体的径向变形(cm)； p为计算压力，等于试验压力与初始压力之差(MPa) ； d为实测点的钻孔直径(cm)；其余符号意义同前。声波法通过测量岩体中纵波和横波的
16、传播速度，来确定其变形参数，即Emd=p *Vp2(1+p d)(1+2p d)/(1-p d)；或Emd=2p *Vs2(1+p d)；Gmd=p *Vs2；p d= (Vp2-2*Vs2) / (2* (Vp2-Vs2)；式中：Emd为岩体的动弹性模量(GPa)； p d为岩体的动泊松比；Gmd为岩体的动剪切模量(GPa)为岩体的密度(g / cm2)； vp为纵波速度(m / s) ； vs为横波速度(m / s).(3).节理化岩体变形模量的估算比尼卫斯基根据岩体变形模量实测资料，并用CSIR分类法对岩体进行了分类.建立了如下的统计关系当 RMRN55 时，Em=2RME-100当 R
17、ME55 时， Em=10(RME-100)/40)式中:Em为岩体的变形模量(GPa) ； RMR为CSIR分类求得的岩体质量评分值.岩体的强度性质岩体是由各种不同形态的岩块和结构面组成的地质体.因此其强度必然受到岩块和结构面强度及其组合形式的控制。 一般情况下.岩体的强度既不等于岩块的强度.也不等于结构面的强度，而是两者共同影响表现出来的强度。本节主要讨 论结构面与岩体的剪切强度及岩体的抗压强度。结构面的剪切强度根据结构面的形态、连续性、充填情况及力学性质，可将结构面分为平直光滑无充填的、粗糙起伏无充填的、非贯通 断续的及软弱充填的等4类。各类结构面的剪切强度分述如下：a.平直光滑无充填结
18、构面的剪切强度这类结构面以光滑破裂面及磨光面为代表，是摩擦剪切作用的产物，其剪切强度接近于人工磨光面的摩擦强度。设剪切强度为T，则：t 二仃平式中：O为法向应力；i为结构面的摩擦角b.粗糙起伏无充填结构面的剪切强度这类结构面的基本持点是具有起伏度.当法向应力较小时.剪切过程中可引起上滑效应(又称剪胀效应)；当法向应力达到一定值时，凸起面被剪 断。帕顿(Patton，1966)理想化石膏模型试验：假定结构面为规则的锯齿形，起伏角为i.起伏差为6，受法向应力O和剪应力T作用，则：当法向应力较低时，剪切应力为：T =。*tg(i+i)；当法向应力较高时，剪切应力为：T =Cb + tgb；其中，cb
19、和b分别为结构面凸起部分岩石的内聚力和内摩擦角。租蕖起伏无充境皓构面的募切强度理通化模型翦切强度包络线由以上两式可以得出剪断结构面凸起部分的条件O T= Cb /(tg ( j+i)-tgb)； 一 一 一一 一 一 T =O C* b结构面起伏形态不规则的粗糙面，巴顿(Barton，1977)根据大量试验资料得出1 c * 口b O c.非贯通断续结构面的剪切强度这类结构面的剪切强度由各段结构面剪切强度和非贯通段(岩桥)岩石的剪断强度两部分组成。因此，整个结构面强度取 决于结构面和岩块性质以及结构面的连续性，即T =(k1Cj+(1-k1)*Cm)+ O (k1tg0 j+(1-k1)*tg
20、0 m)；式中：q、Cm分别为结构面和岩石的内聚力；八m分别为结构面和岩石的内摩擦角；K1为结构面的线连续性系数.c.具充填的软弱结构面的剪切强度这类结构面的剪切强度，主要取决于充填物成分、结构、厚度及充填度等情况泰6-B 夹层物质成分对结构面抗翦强度影响(据孙广忠瞬&)夹层成分抗翦强度系数摩擦琴数尊)内聚力C(kP)泥化夹层和夹泥层L255一20蜂屑夹泥提也 342040碎屑夹房0. S一0. S0100含铁情成角砾醉屑夹房0. 60. 8530 150由上图可知，结构面的剪切强度随充填物碎屑含量增加及颗粒变粗而增高，随粘较含量增加而降低。结构面的充填度常用充填物厚度(d)与结构面的起伏差0
21、 )之比来表示。它对结构面剪切强度的影响表现在强度随充填度 (d/6 )增大而降低。2.岩体的剪切强度岩体的剪切强度：岩体中任一方向的剪切面，在一定的法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力。岩体的剪切强度也分为剪断强度、摩擦强度和抗切强度3种。试验和理论研究都表明：岩体的剪切强度主要受结构面、应力状态、岩性及风化程度等因素控制。在高应力条件下 ，岩体的剪切强度接近于岩块强度.在低应力条件下，岩体的剪切强度主要受结构面控制。一般情况下，岩体的剪切强度包络线不一条简单的曲线，而是有一定上、下限的曲线族。下限是结构面的剪切强度 ，上限是岩块的剪断强度，如上图。3.节理化岩体强度的估算由于原位岩体实验费用
22、高周期长，一般情况难以普遍采用。在工程中常对岩体作出合理的估算。下面介绍两种节理 化岩体强度的估算方法：(1)利用单结构面理论估算岩体强度为了研究节理化岩体的强度，耶格(Jaeger，1960)发展了的单结构面理论，具体如下：若岩体中发育有一组结构面AB，结构面的内聚力为Cj，内摩擦角为？ j，则岩体沿结构面AB发生滑动破坏的条件，根据莫尔强度理论为：O 1-Q 3=2(Cj+O 3*tg0 j)/)(1-c*tg0 jtgp )*sin(2p )式中：p为结构面AB的倾角肉45 +也 90(b单结构面理论囹解由上式可知：岩体的强度（。1-0 3）随p角的变化而变化，当p 一90度时或p 一j
23、时，岩体不可能沿结构面破坏， 而只能产生剪断岩块破坏。图中（b）给出厂这两种破坏的强度包络线。如果岩体中含有二组以上结构面，且假定各组结构面只有相同的性质时.岩体强度的确定方法是分步运用单结构面 理论.分别绘出每一组结构面单独存在时的强度包络线，这些曲线的最小包络线即为含多组结构面岩体的强度包络线。由030S由二狙睡掏面a=9D*015 3D 45 卸 75%asS9HH三叙殖构阙占=仲含二编、三组革柄面的强度包络线(2)利用霍克-布朗经验强度方程估算岩体强度霍克和布朗于1980年根据岩体性态方面的理论和实践经验，提出了岩块和岩体破坏时的判据为：a 1=a 3 +(m*a c+s*o c2)”
24、(1/2)的系数，式中：a 1、a 3分别为破坏时最大、最小主应力；a c为岩块的单轴抗压强；m、s为与岩石性质及其结构面待征有关 其值可查表求得：岩体脂景与缴验常fit之间近似关系经毂强度判据，具有很好精晶 解理的段酸盐 类岩石.拥白 岩、茨岩拙大理 岩成岩的粘土岩、 如邦号粉砂 岩.瓦岩、板岩 垂直板理）强烈结品的轲 结晶片理不发 育的砂质岩石, 如砂岩、石萸号细蔻客矿物靖 晶堪衰*如安 山岩、辉绿也 玄武辑、况统岩 辱粗粒莎胡物结 晶岩聚岩和变 质岩.如箱匆 带、辉长岩 片 麻*、花闵岩、 闪LE岩等完整岩百谈件，实验室试件 尺寸无节埋炖工r, 04S 1.。,rU10- 0a 1. t
25、r叫=15。$= l m屹=I?j 3 我=1.02i 0s = L 0非富汗庾最岩体，震者互 锁未搅动1未凡化t节理问 距3 s左右。占=100jh= 3i 5 =0* 1脚=1, 0 质=(L 1m= 7- 5苫=在1堆8、5#顼.1皿兰2. S- $ = 0-1好成置岩体功鲜至费风 化.轻微构跑变动,节理向 距3叽Mi =，. 7 s=0=. 004律咎L C$号。寸4JM ( . 5 3= 0. 01机=1. 7*=0.网4梅=2M 加004-甲等质一量岩悻岩阵中发育 凡坦节理，问匣0.3- 1血 中等照比卜m= 0. H 寸=2m3m）D一不连续面性状（粗糙一夹泥）分数150分数20
26、3分数 205分数 300E一地下水（干燥一流动）分数15-0F一不连续面产状条件（很好一很差）分数0-12RMR分类表评分值（RMR）10081806160414021400岩体分类异常差极差彳艮差差一般好很好极好异常好岩土体分类据:地下及覆土火药炸药仓库设计安全规范岩土体结构分类结构特征岩石抗压强度（X 105Pa）岩体纵波弹性波速 （m/sec）n整体状结构岩体呈整体或巨厚层状，节理极不发育，无控制性结构面；B0为12,M30040000.85块状结构岩体呈块状或厚层状，节理不发育，结构面以节理为主，多呈闭合（如砾200300045000.85 0.61|岩等）；B0为23, M为0.5
27、2碎块状结构|岩体呈中厚层或块状结构，节理发育，结构面以节理劈理为主，相互穿插|切割成块（如花岗岩等）；B0为34, M为25100200035000.6 0.31散体状结构|土体呈均质巨厚层状（如黄土等）1-1|1000注：B0为节理数据，M为节理量每米节理条数，Cv为岩体纵波波速（m/sec）, Ce为岩块纵波波速（m/sec）。岩石RQD是岩石的质量指标，用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所 取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分比表示。针对RQD值不能全面反映裂隙间距、块体大小以及随机表象的多重尺度等问题，介绍了三种岩
28、体质量评价图,即基于 裂隙岩体分数维结构之上的分维岩体质量图、考虑裂隙长度的累积长度图、建立在不同岩块频度基础上的岩块累积 频度图.根据不同图解对岩体质量进行了评价，并对岩体完整性作了划分.三种图解能较全面地反映岩体质量的特点， 表明它们是RQD值的有益补充.冶金矿山工程的围岩稳定性和可崩性评价常用的方法有:RQD分类法、岩体地质力学分类即RMR法、巴顿岩体质 量分类即Q值法.第七章 建筑工程的工程地质问题第四节 地下工程的围岩分类 围岩分类是为解决地下洞室的围岩稳定和支护问题而建立的。因而围岩分类是围绕地下洞室的稳定性和支护的影响因素而作为分类原 则，这些因素主要有：岩体的结构特征和完整状态
29、；岩体强度；岩石的风化程度；地下水的影响；区域构造影响和地震影响等。在实 际制定围岩分类时，一般主要考虑岩体强度、岩体结构特征和完整程度以及地下水活动等方面的因素。国内外的围岩分类所选取的基 本因素大致都是这样，但在综合反映基本因素的指标上是不同的。一、“普氏”分类普氏分类在我国曾应用较广。主要是考虑岩性，而未考虑岩体构造和围岩完整性。围岩压力公式是把坚硬地层视作松散介质，形式 上套用了松散地层中的压力 拱理论和公式，即垂直压力为：P=Y 0 h 1 ( 8-26 )式中P垂直压力；h 1压力拱拱高，h 1= a 1 /f kp ；a 1 压力拱半跨；f kp 岩石坚硬系数；Y 0 围岩的重度
30、。工程地质勘测工作基本上是根据地质条件和经验确定f kp值。见表8-16。或按下面的经验公式确定f kp值:f kp = R c/10 ( 8-27 )式中R c岩石的单轴抗压强度(MP a )。普氏岩石分类 表8-16岩层种类坚硬程度地层f kpI极度坚硬最坚硬、紧密及坚韧的石英岩和玄武岩，在强度方面为其他岩层所不及 者20II很硬很硬的花岗岩层、石英质斑岩，很硬的花岗岩、硅质片岩，比上述石英 岩略弱的石英岩，最硬的砂岩及石灰岩:15III坚硬花岗岩（紧密的）和花岗岩层，很硬的砂岩和石灰岩，石英质矿脉，硬 的砾岩，很硬的铁矿10III一甲坚硬石灰岩（坚硬的）不硬的花岗岩，硬的砂岩，硬大理石，
31、黄铁矿、白云 石8IV相当坚硬普通片岩，铁矿6IV一甲相当坚硬砂质片岩，片岩状砂岩5V普通硬的粘土质片岩，不硬的砂岩和石灰岩，软的砾石4V 一甲普通各种片岩（不硬的），紧密的泥灰岩3W相当软软片岩，软石灰岩，白垩，岩盐，石膏，冻结土，无烟煤，普通的泥灰 岩，破坏的砂岩，胶结的卵石和砂砾，掺石土、2W一甲相当软碎石土，破坏的片岩，散处的卵石和碎石，硬煤（f kp=1.41.8 ）， 硬化粘土1.5可软地层粘土（紧密的），普通煤（f kp=1.01.4 ），硬冲积土，粘土质 土壤1可一甲软地层略带砂性粘土，黄土，略带砂性沃土，湿砂0.8例土质地层种植土，泥炭，略带砂性沃土，湿砂0.6IX散粒地层砂
32、，漂砾，小砂砾，松散土，开采出的煤0.5X流砂地层流砂，沼泽土，含水黄土和其他含水土壤（f kp =0.10.3 ）0.3这种方法曾在我国较长时期内得到广泛的应用。目前有些单位仍应用此分类。但在长期工程实践中，发现这种分类与其计算方法存在 严重的缺陷。它主要是为估计土石工程的工作量、确定施工开挖定额服务的。因此它只能说明岩石开挖的难易程度，不能全面反映岩体的稳定 性。f kp值以岩石强度为基础，大量工程实践证明，决定岩体稳定性的主要因素是岩体结构特性，即它的完整性，在分类中虽然也规 定要根据岩石的物理状态（风化的、破碎的）划归于较低一类去，这样给确定f kp值带来了很大的主观臆断性。我国各部门
33、由于工 程特点不同，确定f kp值标准 也不同。甚至在同一地点对同一洞室的岩石，不同的人可以得出相差很大的f kp值。分类等级较多，给使用上带来不便。由于选用的f kp值不同，相应计算得到的围岩压力也相差很大。当f kp= 2和f kp= 4 时，则压力可相差近一倍。普 氏压力 计算公式根据松散 体理论 而得，而地下洞室多位于坚硬及中等坚硬以上较完整的岩体中，理论假设前提与客观实际相 差太大。一般来说，在坚硬地层中围岩压力公式计算结果偏大，而在松散地层中计算结果偏小。二、泰沙基分类泰沙基于1946年提出使用钢拱支撑的隧道围岩分类方法。他考虑了岩体的构造、岩性以及影响建筑物稳定的其他一些性质（如
34、受化 学侵蚀、膨胀性等），推荐了不同岩性的支撑与衬砌上的荷载计算公式（表8-17 ）。泰沙基分类在英美等国应用 较广。我国有关 单位在订规范时也参考了这种分类。K 泰沙基分类（1946年）表8-17岩层状态土荷载高度（m ）说明1.坚硬的，不受损害0当有掉块或岩爆时可设轻型支撑2.坚硬的，呈层状或片状的岩 层0 0.5B采用轻型支撑，荷载局部作用，变化不规则3.大块、有一般节理的0 0.25B4.有裂痕，块度一般的岩层0.25B 0.35( B+Ht )无侧压5.裂隙较多块度小的岩层(0.35 1.10)( B+Ht )侧压很小或没有6.完全破碎的，但不受化学侵 蚀的1.10 ( B+Ht )
35、有一定侧压，由于漏水，隧道下部分变软，支撑 下部要作基础。有必要时可采用圆形支撑7.挤压变形缓慢的岩层（覆盖 厚度中等）(1.10 1.20)( B+Ht )有很大侧压，必要时修仰拱，推荐采用圆拱支撑8.挤压变形缓慢的岩层，覆盖 层较厚(2.10 4.50)( B+Ht )9.膨胀性地质条件与（B+Ht ）无关，一般达80m以上要用圆形支撑，激烈时可缩性支撑据我国水电有关部门在一些塌方地段曾用泰沙基分类表所订的土荷载高度进行核算后认为，凡符合泰沙基分类所指的地质条件，一般 还较接近于实际情况。但是，这种分类也是建立在岩体塌脱成自然平衡拱的概念基础上。三、按岩体质量等级的围岩分类岩体质量是受岩石
36、质量、岩体完整程度、地应力的大小、地下水的作用、软弱结构面产状等因素所影响，因而岩体质量等级也以此为 标准。近年国际上在进行围岩分类时，普遍采用岩体质量等级作为围岩分类的标准。如岩体质量评分的地质力学围岩分类（RMR）、岩体 结构评价的RSR围岩分类，以及岩体基本质量分级（BQ）的围岩分类。（一）RMR分类本分类是比尼奥斯基（1973 ）根据矿山开采掘进的经验提出的岩体质量评分的地质力学围岩分类。该分类考虑了六个方面的影响因 素作为衡量岩体质量的评分标准。这六个因素为：岩石强度、岩体质量指标RQD、不连续面的间距、状态和方向条件、地下水等。 其中岩体质量指标RQD是用来表示岩石的完整性、RQD
37、的确定方法是：采用直径为75 mm的双层岩心管金刚石钻进，提取直径 为54 mm的岩心，将长度小于10 cm的破碎岩心及软弱物质剔除，然后测量大于或等于10 cm长柱状若心的总长度（L p ）。 用这一有效的岩心长度与采集岩心段的钻孔总进尺（L）之比，取其百分数就是RQD。其表示式如下：RQD=（L p /L）X 100 %（ 8-28 ）RQD值按其大小可分为五个质量等级，如表8-18所示。岩石质量等级表8-18RQD岩石质量025彳艮差25 50差50 75较好75 90好90 100很好RQD的岩石质量等级只是考虑了岩块的大小，也就是岩体的完整性，但它并没有考虑岩石的质量和其他地质因素的
39、20.6 20.2 0.60.06 0.2 0.06分数201510854不连续面的状态粗糙，不连 续张开，不 风化微粗糙，张开 小于1mm，微 风化微粗糙，张开 小于1mm，微 风化镜面或夹泥小于 5mm厚，张开1 5mm连续夹泥厚大于5 mm或张开大于5mm连续分数3025201005地下水导洞长10m， 水量(L/min)无1010 2525 125125裂隙水压力与最大应力比值00 0.10.1 0.20.2 0.50.5一般条件完全干燥润湿流分数1510740不连续面方向条件很好好中等差很差分数0-2-5-10-126按RMR值划分的质量等级 表8-20岩体分级IIIIIIIVV1岩
40、体质量描述很好好中等差很差2总分（RMR ）100 8180 6160 4140 21W 203自立时间15m 跨，10 年8m跨，6月5m跨，1周2.5m 跨 10h1m 跨 30min4内聚力（MPa ）4342312 15摩擦角45 35 。45 25 。35 15 。25 15 （二）RSR分类本分类也称岩体结构评价的分类，它是1974年威克霍姆提出的以岩体结构特征作为围岩分类的主要影响因素。此法考虑了地质（参 数A）、节理（参数B）和地下水（参数C）三个因素，并按表8-21所列的标准进行评分RSR值为该三项评分之和，其变化范 围在25100之间。RSR参数取值标准表8 一 21参 数
41、 A 地 质岩石类型地质构造硬质中等软质破碎整体的轻微断裂或褶皱中等断裂或褶皱强烈断裂或褶皱火成岩12343027241922201815151312109876变质岩1234沉积岩2344参数节理状态走向垂直轴线走向平行轴线掘进方向参数C地下水两个方 向顺沿倾角对着倾角两个方向平缓倾斜陡倾倾斜陡倾平缓倾斜陡倾极密集节理911131012997密集节理1316191517141411中等节理2324281911232319中等一块状3032362518302824块状一整体3638403335363428整体4043453740403834预计涌水量gal/ ( min 1000ft )参数“
42、 A+B ”项合计值13 4444 75节理状态好一般差好一般差无221912252218少量(V 200 )19159231914中等(2001000量(1000 )1086181410注：预计涌水量单位gal/ ( min - 1000ft )指1000ft ( 1000 X 0.3048m )长的隧洞每分钟的涌水量(1gal = 3.785L )。(三)BQ分类 本分类也称岩体基本质量分级。是近年国标工程岩体分级标准提出的。我国岩土工程勘察规范(GB50021-94 )根据我国实际， 改进了此岩体基本质量分级的标准。认为岩体基本质量分级不仅与岩石的坚硬程度和岩体
43、的完整程度有关，而且还与地下水、软弱结 构面和地应力等因素有关。对这些因素的处理方法，提出先考虑岩石坚硬程度和岩体完整程度的影响，据此定出了岩体基本质量指标 值BQ。而后考虑地下水、软弱结构面和地应力等因素的影响，据此对BQ值修正，称为岩体基本质量指标修正值BQ 。岩体基本质量指标值BQ按下式确定BQ= 90 + 3R c + 250 K v ( 8-29 )式（8-29 ）中的R c为岩石饱和单轴抗压强度（MPa），岩石坚硬程度的划分，如表8 - 22所示；K v为岩体的完整性系数， 按其值的大小可将岩体划分为不同的完整程度，如表8 - 23所示。K v值的大小是与岩体体积裂隙数J v有关。
44、它的含义是单位 岩体体积内的节理裂隙（结构面）数目（条/m 3 ），并按下表8-24所列的J v值来确定大K v值。K v值也可用声波测试确 定，这时岩体完整系数从为岩体声波纵波速度与岩石声波纵波速度之比的平方。岩石坚硬程度表8 22R c( MPa )6060 3030 15155 5坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩岩体的完整程度表8 23K v0.750.75 0.550.55 0.350.35 0.15 0.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎注：岩体体积节理数J v系单位岩体体积内的节理（结构面）数目。J v与K v对照表表8 24J v(条 /m3) 331010 2020 3535K v0.750.75 0.550.55 0.350.35 0.15 0.15注：岩体体积节理数J v系单位岩体体积内的节理
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