地下工程课件第2章 地下工程环境及围岩分级.ppt

1、地下工程主讲：骆建军主讲：骆建军主讲：骆建军主讲：骆建军办 公 室：隧道中心办 公 室：隧道中心办 公 室：隧道中心办 公 室：隧道中心 313313313313联系电话：联系电话：联系电话：联系电话：13611303609136113036091361130360913611303609 本课程主要内容：本课程主要内容：本课程主要内容：本课程主要内容：第一章：绪论（第一章：绪论（1 1 讲）讲）第二章：地下工程环境及围岩分级（第二章：地下工程环境及围岩分级（2 2 讲）讲）第三章：地下工程主体规划及结构设计（第三章：地下工程主体规划及结构设计（3 3讲）讲）第四章：地下结构计算理论（第四章：

2、地下结构计算理论（2 2 讲）讲）第五章：地下工程支护参数设计（第五章：地下工程支护参数设计（2 2 讲）讲）第六章：地下工程防排水设计（第六章：地下工程防排水设计（1 1 讲）讲）第七章：地下工程施工降水（第七章：地下工程施工降水（1 1 讲）讲）第八章：地下工程施工方法（第八章：地下工程施工方法（3 3 讲）讲）第九章：地下工程施工监控量测第九章：地下工程施工监控量测(1(1 讲）讲）第二章 地下工程环境及围岩分级第二章 地下工程环境及围岩分级第一节 概述第一节 概述第二节 围岩结构分类及其破坏特征第二节 围岩结构分类及其破坏特征第三节 围岩的初始应力场第三节 围岩的初始应力场第四节 围岩

3、稳定性的影响因素及围岩分级因素与第四节 围岩稳定性的影响因素及围岩分级因素与指指 标的选择标的选择第五节 国内外主要地下工程围岩分级（类）标准第五节 国内外主要地下工程围岩分级（类）标准第一节 概述第一节 概述地下结构体系由地下结构体系由地层和支护结构地层和支护结构组成，以地层为主，支护组成，以地层为主，支护用来约束地层不致破坏。用来约束地层不致破坏。地下结构所承受的荷载：主要是地层压力或围岩压力。地下结构所承受的荷载：主要是地层压力或围岩压力。地层：即是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主地层：即是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源。要来源。地面结构地面结构 地下结构地下结构

4、 第一节 概述第一节 概述 隧道工程的地质环境包括：地层特征，地下水状况，隧道工程的地质环境包括：地层特征，地下水状况，原始地应力状况，地温等。原始地应力状况，地温等。关键问题：隧道开挖后地层的稳定程度。关键问题：隧道开挖后地层的稳定程度。第二节 围岩的工程性质第二节 围岩的工程性质一、岩体的变形性质一、岩体的变形性质 什么是围岩？什么是围岩？隧道开挖后其周围隧道开挖后其周围产生应力重分布产生应力重分布范围内的岩体，或指隧范围内的岩体，或指隧道开挖后对道开挖后对其稳定性产生影响其稳定性产生影响的那部分岩体的那部分岩体(这里所指的这里所指的岩体是土体与岩体的总称岩体是土体与岩体的总称)。说明：围

5、岩既指岩体也指土体 说明：围岩既指岩体也指土体【范围】大约是 610 倍洞径围岩是隧道工程研究的重点！第二节 围岩的工程性质第二节 围岩的工程性质一、岩体的变形性质一、岩体的变形性质工程性质：主要包括物理性质，水理性质和力学性质。工程性质：主要包括物理性质，水理性质和力学性质。岩石：可以认为是均匀介质，以弹性变形为主。岩石：可以认为是均匀介质，以弹性变形为主。结构面：岩体中具有一定方向、力学强度相对较低的地结构面：岩体中具有一定方向、力学强度相对较低的地质界面（或带）。质界面（或带）。软弱结构面：以塑性变形为主。软弱结构面：以塑性变形为主。岩体：由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地岩体：

6、由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。质体。岩体有大量结构面，变形非常复杂岩体有大量结构面，变形非常复杂。第二节 围岩的工程性质第二节 围岩的工程性质 岩石的物理性质岩石的物理性质：密度；重度；岩石的孔隙性；孔隙率密度；重度；岩石的孔隙性；孔隙率；孔隙比；孔隙比；岩石的水理性：岩石遇水后会引起某些物理、化学和力岩石的水理性：岩石遇水后会引起某些物理、化学和力学性质的改变，岩石的这种性质称为岩石的水理性。包括：学性质的改变，岩石的这种性质称为岩石的水理性。包括：吸水率；饱水率；饱水系数；岩石的透水性；渗透系数；岩吸水率；饱水率；饱水系数；岩石的透水性；渗透系数；岩石的碎胀性；碎胀系数；

7、岩石的软化性；软化系数；石的碎胀性；碎胀系数；岩石的软化性；软化系数；第二节 围岩的工程性质第二节 围岩的工程性质第二节 围岩的工程性质第二节 围岩的工程性质 岩石的软化性岩石的软化性是指岩石在饱水状态下其强度相对是指岩石在饱水状态下其强度相对于干燥状态下降低的性能于干燥状态下降低的性能。软化系数软化系数指岩石试样在饱水状态下的抗压强度指岩石试样在饱水状态下的抗压强度 cwcw与在干燥状态下的抗压强度与在干燥状态下的抗压强度 c c之比。之比。岩石的膨胀性岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。是指岩石浸水后体积增大的性质。岩石的膨胀性大小一般用膨胀力和膨胀率指标表示。岩石的膨胀性大小一般用

8、膨胀力和膨胀率指标表示。岩石的崩解性岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变为完全丧失强度的松散物质的性质。性并变为完全丧失强度的松散物质的性质。岩石的抗冻性岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是评价岩石抗风化稳定性的重要指标。评价岩石抗风化稳定性的重要指标。地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，岩石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称地下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水

9、的性能称为为岩石的透水性岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。度大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。衡量岩石透水性的指标为衡量岩石透水性的指标为渗透系数渗透系数(K)(K)。一般来说，。一般来说，完整密实的岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数完整密实的岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的。一般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的。第二节 围岩的工程性质第二节 围岩的工程性质2024年4月20日 星期六 地下结构围岩（岩体地下结构围岩（岩体+土体）的工程性质

10、，一般包土体）的工程性质，一般包括三个方面：括三个方面：物理性质物理性质、水理性质水理性质和和力学性质力学性质。其中力。其中力学性质对围岩的稳定性影响最大。学性质对围岩的稳定性影响最大。第二节 围岩的工程性质第二节 围岩的工程性质 岩体物理力学性质的不均匀性岩体物理力学性质的不均匀性；相同的天然岩体其物；相同的天然岩体其物理力学性质随在岩体中所测点的空间位置不同而有差异，理力学性质随在岩体中所测点的空间位置不同而有差异，呈现出岩体的不均匀性。呈现出岩体的不均匀性。岩体是由结构面分割的多裂隙体岩体是由结构面分割的多裂隙体；结构面的存在，决；结构面的存在，决定着岩体的完整程度，关系着岩体的力学介质

11、属性，即控定着岩体的完整程度，关系着岩体的力学介质属性，即控制着岩体的强度、变形和破坏特征。制着岩体的强度、变形和破坏特征。岩体具有各项异性岩体具有各项异性；岩体中由于岩石的结构、构造具有；岩体中由于岩石的结构、构造具有方向性，使岩体强度、变形，甚至渗透等性质在不同方向方向性，使岩体强度、变形，甚至渗透等性质在不同方向上显示出差异，称为岩体的各向异性；主要是由于沉积岩上显示出差异，称为岩体的各向异性；主要是由于沉积岩中的层理、变质岩中的片理，以及定向的节理裂隙、劈理中的层理、变质岩中的片理，以及定向的节理裂隙、劈理、断裂和夹层等存在引起的。、断裂和夹层等存在引起的。（一）物理性质（一）物理性质

12、 岩性单一，节理不发育，无岩性单一，节理不发育，无软弱结构面或夹泥，层面 结合软弱结构面或夹泥，层面 结合良好，渗流对岩体特性影响不良好，渗流对岩体特性影响不大，结构尺寸大于工程尺寸。大，结构尺寸大于工程尺寸。完整性系数 完整性系数 0.75 0.75结构面间距 结构面间距 1.5 m 1.5 m岩土工程特征：整体性强度高岩土工程特征：整体性强度高，岩体稳定，可视为均质、各，岩体稳定，可视为均质、各向同性的连续介质。向同性的连续介质。节理发育，有若干软弱夹层或贯通微张裂隙将岩体切割节理发育，有若干软弱夹层或贯通微张裂隙将岩体切割成柱状、块状或菱形等结构体。工程范围内，有两组以上成柱状、块状或菱

13、形等结构体。工程范围内，有两组以上节理明显发育，构成影响工程稳定性的危险岩块，其尺寸节理明显发育，构成影响工程稳定性的危险岩块，其尺寸小于工程几何尺寸。小于工程几何尺寸。完整性系数 完整性系数 0.350.35 0.750.75结构面间距 结构面间距 0.70.7 1.5 m1.5 m岩土工程特征：整体性强度高，结构面相互牵制，岩体岩土工程特征：整体性强度高，结构面相互牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体。基本稳定，接近弹性各向同性体。2、块状结构3、层状结构 由中厚（由中厚（0.250.25 0.5 0.5 m m）及薄层（及薄层（0.250.25m m）的均一、坚硬、的均一、坚硬、软弱或

14、软硬相间的沉积岩或沉积变质岩形成的岩体。结构面以软弱或软硬相间的沉积岩或沉积变质岩形成的岩体。结构面以层理、片理、节理为主，往往有层间错动，结构体呈板状、片层理、片理、节理为主，往往有层间错动，结构体呈板状、片状互相紧密叠合。状互相紧密叠合。完整性系数：层状 完整性系数：层状 0.30.3 0.60.6;薄层状 薄层状 0.40.4结构面间距：层状 结构面间距：层状 0.250.25 0.5 m 0.5 m；薄层状 ；薄层状 0.25 0.25 m m岩土工程特征：工程范围内，一组节理明显发育，在层内具有岩土工程特征：工程范围内，一组节理明显发育，在层内具有均一的地质特征与力学特性，属各向异性

15、、层内均质的连续介均一的地质特征与力学特性，属各向异性、层内均质的连续介质。其变形和强度特征受层面及岩层组合控制，岩体稳定性较质。其变形和强度特征受层面及岩层组合控制，岩体稳定性较差。差。构造发育，各种构造发育，各种结构面与断裂交叉结构面与断裂交叉发育，且多为泥质发育，且多为泥质充填。岩体破碎，充填。岩体破碎，呈块状或片状，局呈块状或片状，局部裹有坚硬的大块部裹有坚硬的大块或条块状岩石，属或条块状岩石，属不均一的不连续介不均一的不连续介质，稳定性很差。质，稳定性很差。4 4、碎裂结构、碎裂结构 主要为各种剧烈风化或挤主要为各种剧烈风化或挤压破碎的岩体或土体。结构面压破碎的岩体或土体。结构面相当

16、发育，呈网状，岩体极度相当发育，呈网状，岩体极度破碎，并混有断层泥，呈松散破碎，并混有断层泥，呈松散堆积或压密堆积。堆积或压密堆积。完整性系数：完整性系数：0.215m）的洞室来说，只能算是碎块状的。比）的洞室来说，只能算是碎块状的。比较通用的做法，是将跨度的影响放在确定围岩压力值和支较通用的做法，是将跨度的影响放在确定围岩压力值和支护结构类型和尺寸时考虑，这样将分类的问题简化了。护结构类型和尺寸时考虑，这样将分类的问题简化了。（2）施工中采用的开挖方法。）施工中采用的开挖方法。开挖方法对地下开挖方法对地下工程围岩稳定性的影响较为明显，在分类中必须予以考虑。工程围岩稳定性的影响较为明显，在分类

17、中必须予以考虑。例如，在同一类岩体中，采用普通的爆破法和采用控制爆例如，在同一类岩体中，采用普通的爆破法和采用控制爆破法，采用矿山法和采用掘进机法，采用全断面一次开挖破法，采用矿山法和采用掘进机法，采用全断面一次开挖和采用小断面分部开挖，对围岩的影响都各不相同。和采用小断面分部开挖，对围岩的影响都各不相同。2024年4月20日 星期六54552024年4月20日 星期六56二、分级因素指标及其选择二、分级因素指标及其选择 在充分研究了影响地下工程围岩稳定性的因素后在充分研究了影响地下工程围岩稳定性的因素后，就可以来分析哪些因素或其组合可作为分级指标，用什，就可以来分析哪些因素或其组合可作为分级

18、指标，用什么方法能可靠地确定它们，以及这些分级指标与地下工程么方法能可靠地确定它们，以及这些分级指标与地下工程的关系等等。的关系等等。分级指标大体上有以下几种：分级指标大体上有以下几种：（1）单一的岩性指标。包括岩石的抗压和抗拉）单一的岩性指标。包括岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量等物理力学参数，以及如抗钻性、抗爆性强度、弹性模量等物理力学参数，以及如抗钻性、抗爆性等工程指标。在某些特定目的分类中，例如，为确定钻眼等工程指标。在某些特定目的分类中，例如，为确定钻眼功效，炸药消耗量的分类，为了划分岩石的软硬，开挖的功效，炸药消耗量的分类，为了划分岩石的软硬，开挖的难易，可采用岩石的单一岩性指标进行

19、分类。多采用岩石难易，可采用岩石的单一岩性指标进行分类。多采用岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基本的分级指标。的单轴饱和极限抗压强度作为基本的分级指标。（2）单一的综合岩性指标。它表明指标是单一）单一的综合岩性指标。它表明指标是单一的，但反映的因素却是综合的，例如，岩体的弹性波传播的，但反映的因素却是综合的，例如，岩体的弹性波传播速度，它既可反映岩石的力学性质，又可表示岩体的破碎速度，它既可反映岩石的力学性质，又可表示岩体的破碎程度。完整的花岗岩的弹性波速度为程度。完整的花岗岩的弹性波速度为 5.0km/sec 以上，而以上，而破碎和风化极严重的花岗岩，其弹性波速度则小于破碎和风化极严重的花岗岩

20、，其弹性波速度则小于3.4km/sec。又如“岩石质量指标”（。又如“岩石质量指标”（RQD）也是反映岩）也是反映岩体破碎程度和岩石强度的综合指标。体破碎程度和岩石强度的综合指标。10010(%)单位钻孔长度以上岩芯累计长度cmRQD 在以在以 RQD 为单一指标的分类中认为：为单一指标的分类中认为：RQD90%即为优质的；即为优质的；75%RQD90%为良好的；为良好的；50%RQD75%为好的；为好的；25%RQD50%为差的；为差的；RQD25%为很差的。为很差的。岩芯样品是用岩芯样品是用特殊钻机从地下取特殊钻机从地下取出供测试用的，大出供测试用的，大致呈圆柱形的地下致呈圆柱形的地下物质

21、试块。物质试块。XY-44 型岩芯钻机型岩芯钻机黄海机械全液压岩芯钻机 黄海机械全液压岩芯钻机 （3）复合指标。用两个或两个以上的岩性指标）复合指标。用两个或两个以上的岩性指标或综合岩性指标所表示的复合性指标。典型的复合指标：或综合岩性指标所表示的复合性指标。典型的复合指标：巴顿（巴顿（N.Barton）等人所提出的“岩体质量）等人所提出的“岩体质量Q”指标，就是其中比较完善的一种，指标，就是其中比较完善的一种，Q 与六个表明岩体与六个表明岩体质量的地质参数有关：质量的地质参数有关：式中：式中：RQD 岩石质量指标；岩石质量指标；Jh 节理组数目；节理组数目；Jr 节理粗糙度；节理粗糙度；Ja

22、 节理蚀变值；节理蚀变值；Jw 节理含水折减系数；节理含水折减系数；SRF 应力折减系数。应力折减系数。SRFJJJJRQDQwarhJ Jh h 节理组数目节理组数目，岩体愈破碎，岩体愈破碎，J Jh h取值愈大，例如，整体没取值愈大，例如，整体没有或很少有节理的岩体，有或很少有节理的岩体，J Jh h=0.51.0=0.51.0；两个节理组时，；两个节理组时，J Jh h=4=4；破碎岩体，类似土的；破碎岩体，类似土的 J Jh h=20=20 等；等；J Jr r 节理粗糙度节理粗糙度，节理愈光滑，节理愈光滑，J Jr r取值愈小，例如，不连续取值愈小，例如，不连续节理节理 J Jr r

23、=4=4；平整光滑的；平整光滑的 J Jr r=0.5=0.5 等；等；J Ja a 节理蚀变值节理蚀变值，蚀变愈严重，蚀变愈严重，J Ja a取值愈大。例如，节理面取值愈大。例如，节理面紧密结合，夹有坚硬不软化的充填物时，紧密结合，夹有坚硬不软化的充填物时，J Ja a=0.75=0.75，节理中，节理中夹有膨胀性粘土，如蒙脱土时，夹有膨胀性粘土，如蒙脱土时，J Ja a=812=812 等；等；J Jw w 节理含水折减系数节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，节理渗水量愈大，水压愈高，J Jw w取取值愈小。例如，干燥或微量渗水，水压值愈小。例如，干燥或微量渗水，水压 0.1MPa

24、0.1MPa，J Jw w=1.0=1.0，而渗水量特别大，或水压特别高，持续无明显衰减的而渗水量特别大，或水压特别高，持续无明显衰减的J Jw w=0.10.05=0.10.05 等等；等等；SRFSRF 应力折减系数应力折减系数，围岩初始应力愈高，围岩初始应力愈高，SRFSRF 取值愈大。取值愈大。例如，脆性而坚硬的岩石，有严重岩爆现象时，例如，脆性而坚硬的岩石，有严重岩爆现象时，SRF=1020SRF=1020；坚硬岩石有单一剪切带的，；坚硬岩石有单一剪切带的，SRF=2.5SRF=2.5。我国国防工程围岩分类中所采用的岩体质量指标我国国防工程围岩分类中所采用的岩体质量指标Rm和应力比和

25、应力比 S：式中：式中：Rb 岩石单轴饱和极限抗压强度；岩石单轴饱和极限抗压强度；Kv 岩体完整性系数，岩体愈完整，岩体完整性系数，岩体愈完整，Kv 取值愈大，变取值愈大，变化范围为化范围为 1.00.08，由实测确定；，由实测确定；Kw 地下水影响减折系数，变化范围为地下水影响减折系数，变化范围为 1.00.4，无水，无水时取时取 1.0，视具体情况由经验确定，视具体情况由经验确定;KJ 岩层面产状要素影响减折系数，变化范围为岩层面产状要素影响减折系数，变化范围为 1.0 0.5，层面走向与轴线夹角，层面走向与轴线夹角 6090，层面倾角，层面倾角 30，层面，层面间距间距 1m 时，时，K

26、J=1.0，其它情况由经验确定。，其它情况由经验确定。Rm=RbKvKwKJ mmRS 国标国标工程岩体分级标准工程岩体分级标准（GB5021894）也采用了两个复合指标也采用了两个复合指标岩体基本质量指标岩体基本质量指标 BQ 和修正的和修正的岩体基本质量指标岩体基本质量指标 BQ 对工程岩体进行分级。对工程岩体进行分级。三、国内外围岩分级研究进展三、国内外围岩分级研究进展 国外研究情况：国外研究情况：18 世纪末世纪末，维尔涅尔提出岩石定性分类法，岩石分为，维尔涅尔提出岩石定性分类法，岩石分为松散的、软的、破碎的、次坚石和坚石五类，并相应地提松散的、软的、破碎的、次坚石和坚石五类，并相应地

27、提出哪些岩石属于哪一类级别。出哪些岩石属于哪一类级别。1822 年年，法国的莫氏根据矿物硬度不同，用互相刻划，法国的莫氏根据矿物硬度不同，用互相刻划的方法定出从滑石到金刚石的十级硬度，称划痕硬度标。的方法定出从滑石到金刚石的十级硬度，称划痕硬度标。1906 年年，前苏联的普洛托吉雅柯诺夫利用坚固系数，前苏联的普洛托吉雅柯诺夫利用坚固系数 f值将围岩分为十级。值将围岩分为十级。1911 年年，比尔鲍美提出根据岩石天然破碎状态确定岩，比尔鲍美提出根据岩石天然破碎状态确定岩石荷载的五级分级方法。石荷载的五级分级方法。1940 年年，前苏联的苏哈诺夫提出根据实际采掘方法来，前苏联的苏哈诺夫提出根据实际

28、采掘方法来确定凿岩和爆破时岩石坚固性，即用凿岩速度和钎头消耗确定凿岩和爆破时岩石坚固性，即用凿岩速度和钎头消耗等实际生产指标表示可钻性，用炸药单耗等表示爆破性。等实际生产指标表示可钻性，用炸药单耗等表示爆破性。并规定了一套标准测试条件，当与标准条件不一致时则用并规定了一套标准测试条件，当与标准条件不一致时则用一系列系数加以校正。一系列系数加以校正。1946 年年，K.泰沙基用围岩在隧道开挖中所形成的压泰沙基用围岩在隧道开挖中所形成的压力拱高度力拱高度 Hp 进行了分级。进行了分级。1950 年年，前苏联的什列依涅尔提出用地面积为，前苏联的什列依涅尔提出用地面积为 1-3mm2的截锥形圆柱压模在

29、光滑岩块表面加载，用产生第的截锥形圆柱压模在光滑岩块表面加载，用产生第一次跃进破碎时的荷载一次跃进破碎时的荷载 P 与压模地面积与压模地面积 S 之比之比p=P/S（kg/mm2）作为史氏压入硬度标，据此将岩石分）作为史氏压入硬度标，据此将岩石分为脆性、塑脆性和塑性三大类，建议用硬度和塑性系数两为脆性、塑脆性和塑性三大类，建议用硬度和塑性系数两项指标作为岩石分级标准。项指标作为岩石分级标准。1959 年年，美国的邦德提出用爆破功指数来确定岩石爆，美国的邦德提出用爆破功指数来确定岩石爆破性的方法。破性的方法。1967 年年，美国伊利诺斯大学狄尔等人研究出一种测定，美国伊利诺斯大学狄尔等人研究出一

30、种测定岩体完整性的方法，即采用取芯钻钻取岩芯，根据所得岩岩体完整性的方法，即采用取芯钻钻取岩芯，根据所得岩芯的完整程度确定岩石质量指标芯的完整程度确定岩石质量指标 RQD。1968 年年以来，日本以岩石力学委员会为主要代表，对以来，日本以岩石力学委员会为主要代表，对围岩稳定性分级进行了长期研究，形成了根据弹性波速度围岩稳定性分级进行了长期研究，形成了根据弹性波速度进行铁路隧道围岩分级的规范方法。把围岩分为进行铁路隧道围岩分级的规范方法。把围岩分为 个个级别。级别。1973 年年，南非的比尼威斯基提出了“地质力学分级系，南非的比尼威斯基提出了“地质力学分级系统”，用以下七个方面的指标总得分统”，

31、用以下七个方面的指标总得分 RMR 来综合确定岩来综合确定岩体级别，即单轴抗压强度、体级别，即单轴抗压强度、RQD、风化与变质特征、节、风化与变质特征、节理间距、节理连续性与充填情况、地下水、节理走向与倾理间距、节理连续性与充填情况、地下水、节理走向与倾斜。斜。1974 年年，挪威学者巴顿、利恩和隆德对，挪威学者巴顿、利恩和隆德对 200 多座隧道多座隧道实例进行了统计分析，建立了一种由六个指标综合评定岩实例进行了统计分析，建立了一种由六个指标综合评定岩体质量体质量 Q 值的定量分级方法，即岩体质量值的定量分级方法，即岩体质量 Q 法。法。1979 年年，法国的隧道协会（，法国的隧道协会（AF

32、TES）应用坚固系数）应用坚固系数 f值将围岩分为十级，并提出了相应的支护结构的建议。值将围岩分为十级，并提出了相应的支护结构的建议。1996 年年，前苏联在修建巴库地下铁道时，曾对围岩稳，前苏联在修建巴库地下铁道时，曾对围岩稳定性进行专门分级。它从工程地质条件和各类岩层的性质定性进行专门分级。它从工程地质条件和各类岩层的性质、地下水的状态，把围岩分为四类。、地下水的状态，把围岩分为四类。2000 年年，土耳其的，土耳其的 Ergul Yasar 针对煤系地层提出了针对煤系地层提出了一个新的围岩分级方法一个新的围岩分级方法 RMCR，该方法包括，该方法包括 12 个指个指标。标。2002 年年

33、，M.Sapignia 等人研究了不同围岩级别等人研究了不同围岩级别下，下，TBM 掘进速率，认为当岩体等级（掘进速率，认为当岩体等级（RMR）在）在 4070时时 TBM 工作最好，而太高或太低工作最好，而太高或太低 TBM 工作效率都是很低工作效率都是很低的。的。2006 年年，J.S.Choi，H.HRyu，G.C.Cho 从理论的从理论的角度上分析了角度上分析了 Q 法和地球物理勘探中的电阻系数的关系，法和地球物理勘探中的电阻系数的关系，提出了隧道中基于围岩电阻系数的岩体分级。提出了隧道中基于围岩电阻系数的岩体分级。2007 年年，台湾，台湾 Chen Chao-Shi 提出了一种基于

34、层次分提出了一种基于层次分析过程（析过程（AHP）和模糊方法（）和模糊方法（FDM）的岩体等级评价模）的岩体等级评价模型。型。国内研究情况：国内研究情况：1950 年代初年代初，向前苏联学习，引进了前苏联的普氏和，向前苏联学习，引进了前苏联的普氏和苏氏分级方法。苏氏分级方法。1958 年年，提出了以钻粒钻进为基础的，提出了以钻粒钻进为基础的岩芯钻探岩石岩芯钻探岩石可钻性可钻性 12 级分类表级分类表。1959 年年，煤炭工业出版社出版了徐小荷，煤炭工业出版社出版了徐小荷论我国岩石论我国岩石分级分级。1960 年年，颁布了，颁布了铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范，按照坚固性，按照坚固性系数系数

35、f 值，从值，从 150.6，将隧道围岩分为，将隧道围岩分为 10 级，并编制了级，并编制了与之配套的隧道衬砌标准设计。与之配套的隧道衬砌标准设计。1972 年年，建委发布了，建委发布了地下岩石硐室技术措施地下岩石硐室技术措施，以，以岩石强度、岩体完整程度、地下水为指标进行围岩分级。岩石强度、岩体完整程度、地下水为指标进行围岩分级。1975 年年，出版了，出版了铁路工程技术规范铁路工程技术规范.第第 3 篇篇隧隧道道（1974 交铁基字交铁基字 2960 号），对铁路隧道围岩分级方号），对铁路隧道围岩分级方法作了重大修正，建立了对国内地下工程具有深远影响的法作了重大修正，建立了对国内地下工程具

36、有深远影响的以隧道稳定性为基础的铁路隧道围岩分级方法。以隧道稳定性为基础的铁路隧道围岩分级方法。1979 年年，中国科学院地质研究所谷德振教授在，中国科学院地质研究所谷德振教授在岩体岩体工程地质力学基础工程地质力学基础一书中提出了按照岩体质量系数一书中提出了按照岩体质量系数（Z）分级的方法。以岩石强度、岩体完整程度、结构面）分级的方法。以岩石强度、岩体完整程度、结构面状态为指标进行分级。状态为指标进行分级。1984 年年，国防工程锚喷支护技术暂行规定国防工程锚喷支护技术暂行规定（军（军标），以岩石硬度、岩体完整程度、地下水、初始应力状标），以岩石硬度、岩体完整程度、地下水、初始应力状态、结构面

37、与洞轴组合关系、结构面状态、声波速度为指态、结构面与洞轴组合关系、结构面状态、声波速度为指标进行分级。标进行分级。1985 年年，锚杆喷射混凝土技术规范锚杆喷射混凝土技术规范（国标），以（国标），以岩石强度、岩体完整程度、初始应力状态、声波速度为指岩石强度、岩体完整程度、初始应力状态、声波速度为指标进行分级。标进行分级。铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范（部标），以岩石强（部标），以岩石强度、岩体完整程度、地下水、结构面状态为指标进行分级。度、岩体完整程度、地下水、结构面状态为指标进行分级。坑道工程围岩分类坑道工程围岩分类（总参工程兵），以岩石强度、岩（总参工程兵），以岩石强度、岩体完整程度、地

38、下水、初始应力状态、结构面和洞轴组合体完整程度、地下水、初始应力状态、结构面和洞轴组合关系、结构面状态、声波速度为指标进行分级。关系、结构面状态、声波速度为指标进行分级。1988 年年，水工隧道设计规范水工隧道设计规范（部标），以岩石强（部标），以岩石强度、岩体完整程度、地下水、结构面和洞轴组合关系、结度、岩体完整程度、地下水、结构面和洞轴组合关系、结构面状态为指标进行分级。构面状态为指标进行分级。1989 年年，长沙矿山研究院提出了以岩石纵、横波速，长沙矿山研究院提出了以岩石纵、横波速，岩体纵波速度和岩石强度四因素构成的岩石爆破性分级表岩体纵波速度和岩石强度四因素构成的岩石爆破性分级表，共分

39、五级。，共分五级。1992 年年，铁道部颁布的，铁道部颁布的铁路隧道喷锚构筑法技术规铁路隧道喷锚构筑法技术规则则（TBJ10892），明确地确立了铁路隧道勘察设计），明确地确立了铁路隧道勘察设计阶段的围岩分级的定量判定方法。阶段的围岩分级的定量判定方法。1995 年年，发布了，发布了工程岩体分级标准工程岩体分级标准（GB50218-94）。）。2000 年年，我国第二部铁路隧道围岩分级的专著，我国第二部铁路隧道围岩分级的专著铁路铁路隧道围岩分级方法隧道围岩分级方法（关宝树）（关宝树）2001 年年，西南交通大学提出的以大量的工程数据、数，西南交通大学提出的以大量的工程数据、数量化理论为基础的施

40、工阶段围岩级别的定量判定方法体现量化理论为基础的施工阶段围岩级别的定量判定方法体现在在铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范（TB10003-2001）中。至此，）中。至此，铁路隧道围岩分级方法，形成了一个从勘测设计到施工的铁路隧道围岩分级方法，形成了一个从勘测设计到施工的完整的、系统的体系。完整的、系统的体系。2003 年年，周汉民提出了岩体质量的可拓学评价方法。，周汉民提出了岩体质量的可拓学评价方法。2004 年年，公路隧道设计规范公路隧道设计规范（JTGD70-2004）中的岩质围岩分级引用中的岩质围岩分级引用工程岩体分级标准工程岩体分级标准（GB50218-94）。）。2005 年年，西南交

41、通大学张庆飞、巫锡勇提出了围岩分，西南交通大学张庆飞、巫锡勇提出了围岩分级的灰色聚类方法。级的灰色聚类方法。2006 年年，西南交通大学王明年等提出了岩质围岩亚级，西南交通大学王明年等提出了岩质围岩亚级分级方法。分级方法。2007 年年，左昌群、陈建平以火车岭隧道为例，提出了，左昌群、陈建平以火车岭隧道为例，提出了基于可拓学原理的围岩分级方法。徐燕、佴磊分析了两步基于可拓学原理的围岩分级方法。徐燕、佴磊分析了两步分级法在公路隧道动态施工围岩分级中的应用方法。分级法在公路隧道动态施工围岩分级中的应用方法。第五节 国内外主要地下工程围岩分级标准第五节 国内外主要地下工程围岩分级标准一、国标一、国标

42、工程岩体分极标准工程岩体分极标准（GB50218-94）为了能适应各种类型岩石工程的岩体分级需要，为了能适应各种类型岩石工程的岩体分级需要，它采取两步走的方法：先确定岩体基本质量；再结合具体它采取两步走的方法：先确定岩体基本质量；再结合具体工程的特点确定岩体级别。在确定岩体基本质量和级别时工程的特点确定岩体级别。在确定岩体基本质量和级别时采用定性与定量相结合的方法，从而可以提高分级的准确采用定性与定量相结合的方法，从而可以提高分级的准确性和可靠性。性和可靠性。（1）分级因素及其确定方法）分级因素及其确定方法 本分级标准认为 本分级标准认为岩体基本质量岩体基本质量应由应由岩石坚硬程度岩石坚硬程度

43、和和岩体完整程度岩体完整程度两个因素确定。两个因素确定。岩石坚硬程度的定性划分 名称 定 性 鉴 定 代 表 性 岩 石硬质岩 坚 硬 岩锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后，大多无吸水反应未风化 微风化的：花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等较坚硬岩锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎；浸水后，有轻微吸水反应1.弱风化的坚硬岩；2.未风化 微风化的：熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩等软质岩较软岩锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后，指甲可刻出印痕1.强风化的坚硬岩；2.弱

44、风化的较坚硬岩；3.未风化 微风化的：凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等 软 岩锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后，手可掰开1.强风化的坚硬岩；2.弱风化 强风化的较坚硬岩；3.弱风化的较软岩；4.未风化的泥岩等极软岩锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成团1.全风化的各种岩石；2.各种半成岩Rc 与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系Rc（MPa）60603030151555坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩岩石坚硬程度划分的定量指标：岩石坚硬程度划分的定量指标：RCRC可采用实测值，若无实测值，可采用岩石点荷载强可采用实测值，若无实测值，可采用

45、岩石点荷载强度指标进行换算：度指标进行换算：()0.75(50)22.82csRI=岩体完整程度的定性定性划分 名 称结构面发育程度主要结构面的结合程度主要结构面类型相应结构类型 组 数平均间距（m）完 整121.0结合好或结合一般节理、裂隙、层面整体状或巨厚层状结构较完整121.0 结 合 差节理、裂隙、层面块状或厚层状结构231.00.4结合好或结合一般块状结构较破碎231.00.4 结 合 差节理、裂隙、层面、小断层裂隙块状或中厚层状结构30.40.2 结 合 好镶嵌碎裂结构结合一般中、薄层状结构 破 碎30.4 0.2结合差各种类型结构面裂隙块状结构0.2结合一般或结合差碎裂状结构极破

46、碎无序结合很差散体状结构岩体完整程度划分的定量指标：岩体完整程度划分的定量指标：岩体岩体完整性指数完整性指数 Kv。Kv可用可用岩体弹性纵波速岩体弹性纵波速度度 Vpm和同一岩体取样测定的和同一岩体取样测定的岩石弹性纵波速度岩石弹性纵波速度 Vpr按下按下式计算而得式计算而得:2prpmvVVKKv与定性划分的岩体完整程度的对应关系Kv0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度 完 整较完整较破碎 破 碎极破碎 Jv与 Kv对照表Jv（条/m3）331010202035 35Kv 0.750.750.550.550.350.350.15 0.15 （2）岩体基本质

47、量分级）岩体基本质量分级 岩体基本质量分级可根据上述的分级因素结合岩体基本质量分级可根据上述的分级因素结合岩体岩体基本质量指标基本质量指标（BQ）进行。）进行。vcKRBQ250390 岩体基本质量分级基本质量级别岩体基本质量的定性特征岩体基本质量指标(BQ)坚硬岩，岩体完整550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；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整450351坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎 破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整 较破碎；软岩，岩体完整 较完整350251较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎 破碎；全部极软岩

48、及全部极破碎岩250 （3）工程岩体级别的确定）工程岩体级别的确定 对于实际的工程岩体，仅确定了其基本质量级对于实际的工程岩体，仅确定了其基本质量级别尚不能满足设计和施工的需求，须在岩体基本质量分级别尚不能满足设计和施工的需求，须在岩体基本质量分级的基础上，结合实际工程的特点，考虑的基础上，结合实际工程的特点，考虑地下水状态、初始地下水状态、初始地应力场、工程轴线或走向线的方位与主要软弱结构面产地应力场、工程轴线或走向线的方位与主要软弱结构面产状的组合关系状的组合关系等必要的等必要的修正修正因素，对工程岩体进行详细定因素，对工程岩体进行详细定级。级。修正的岩体基本质量指标计算方法：修正的岩体基

49、本质量指标计算方法：BQ=BQ-100（K1+K2+K3）式中：式中：BQ 岩体基本质量指标修正值；岩体基本质量指标修正值；BQ 岩体基岩体基本质量指标；本质量指标；K1 地下水影响修正系数；地下水影响修正系数；K2 主要软弱主要软弱结构面产状影响修正系数；结构面产状影响修正系数；K3 初始应力状态影响修正初始应力状态影响修正系数。系数。地下水出水状态初始应力状态K3 BQ地下水影响修正系数 K1 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 0.1Mpa或单位出水量 10L/（minm）0.10.20.30.40.60.70.9

50、淋雨状或涌流状出水，水压 0.1MPa 或单位出水量 10L/（minm）0.20.40.60.70.91.0主要软弱结构面产状影响修正系数 K2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 60结构面倾角 75其它组合K20.40.600.20.20.4初始应力状态影响修正系数 K3550550451450351350251250极高应力区1.01.01.01.51.01.51.0高应力区0.50.50.50.51.00.51.0K1 BQ 使用修正后的使用修正后的 BQ 值按“岩体基本质量分级值按“岩体基本质量分级表”重新确定工程岩