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工程岩体分级标准(下)

2010-04-16      来源:中国地质环境信息网     
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  国内外部分岩体分级考虑因素情况                    表11

    

考虑的主要因素

岩石

 

强度

岩体

完整

程度

地下

 

初始

应力

状态

结构

面与

洞轴

组合

关系

结构

面状

声波

 

速度

其它

地下岩石洞室技术措施

(建委,1972年)

 

 

 

 

 

隧道围岩强度分类(〔日〕国铁研究所1972年)

 

 

 

 

岩石结构评价

G.E.Wickham1972年)

√(A

√(B

√(C

 

√(B

 

 

 

节理化岩体地质力学分类

Z.T.Bieniawskil1973年)

节理

间距

 

 

 

工程岩体分类(Q值)

N.Barton1974年)

SRF

RQD

Ja

(Jw)

(SRF)

 

JrJa

 

 

《岩体工程地质力学基

础》谷德振,科学出版社,

1979

 

 

 

抗剪

强度

 

 

围岩稳定性动态分级(东北工学院1984年部级鉴定)

节理

间距

 

 

 

 

稳定

时间

国防工程锚喷支护技术暂行规定(总参,1984年)

辅助

辅助

 

坑道工程围岩分类(总参工程兵第四设计研究所1985年部级鉴定)

辅助

辅助

 

铁道隧道设计规范

TBJ3 1985年)

 

 

 

 

铁路隧洞工程岩体围岩分级方法(铁道部科学研究院西南所,1986年院级鉴定)

 

锚杆喷射混凝土技术规范

GBJ86-85

 

 

 

 

水工隧洞设计规范

SD134-84

 

 

 

大型水电站地下洞室围岩分类(水电部昆明勘测设计院,1988年部级鉴定

 

 

本标准(国标)

 

 

  引入修正因素,对岩体基本质量进行修正后,本条规定仍按表3.1.1进行定级。这是因为本标准分级的标准只有一个,只是岩体基本质量指标(BQ)和工程岩体质量指标(〔BQ〕)所包含的影响因素的内容不同。例如,某地下工程在一个地段的岩体基本质量指标BQ=280,其基本质量属Ⅳ级,由于有淋雨状出水,单位出水量小于10L/min·m,则修正系数K1=0.5,经修正后的〔BQ〕=230,按表4.1.1规定,工程岩体质量应为Ⅴ级。

  4.2.3  地下工程岩体的级别是地下洞室稳定性的尺度,岩体级别越高的洞室在无支护条件下的稳定性(即自稳能力)越好,反之亦然。可以将洞室开挖后的实际自稳能力,作为检验原来地卜工程岩体定级正确与否的标志。
地下工程岩体的自稳能力,不仅与上程岩体级别有关,还与洞室跨度有关。本标准适用于各种跨度洞室的岩体分级。其中,对于跨度等于或小于20m的工程岩体,实践经验比较丰富,经统计分析给出表E.0.1(参见附录E说明),供检验岩体级别时用。大于20m跨度的工程虽为数不少,但积累的资料还难于作出检验的尺度,这有待在本标准使用过程中总结完善。 

   对照表E.0.1,开挖后岩体的实际稳定性与原定级别不符时,应对岩体级别进行调整,调整到与实际情况相适应的级别。当开挖后岩体的稳定性较原定级别高时,由低级调到高级须慎重。

  4.2.4  对于大型和特殊的地下工程,往往有特殊要求,加之行业或专业的特点,对工程施工和运行,进而对工程岩体稳定性评价的要求不尽相同,评价时引入的影响工程岩体稳定性的修正因素及其侧重点也不同。如矿山巷道,考虑爆破影响因素;水工引水隧洞,考虑水的作用,地下厂房还要考虑时间效应;国防洞库和其它特殊工程,考虑震动等等。本标准作为通用的基础标准,难于将所有各种影响因素都考虑进去,更难于全面照顾各行业的特殊需要。有关行业标准的规定更具有针对性,更详细些。国内外在实施岩体分级工作时,往往采用几种分级方法进行对比,对大型和特殊的地下工程,为了慎重达样做是适宜的。考虑到这些情况,本条规定在详细定级时尚可应用有关标准的方法进行对比分析,综合确定岩体级别。

  4.2.5  对工业与民用建筑物地基岩体,人们所关心的是地基的承载能力。由于作用在地基上的荷载比较简单,荷载作用深度不大,所以直接用岩体的基本质量级别进行定级。以往通常采用的是以岩石单轴饱和抗压强度(Rc)为依据,确定地基的承载力。岩体基本质量则不仅考虑了Rc,还考虑了岩体的完整性。

  4.2.6  岩体作为了业与民用建筑物地基,共承载能力很高,一般都能满足设计要求。但随着高层建筑物的兴建,对地基承载能力的要求也越来越高,既要考虑地基的承载能力,也要考虑地基岩体的稳定性。目前国内外有关规范确定地基承载力,大多以评估方法为土,较偏于安全,见表12~表17。

  本标准总结了以上情况,并结合我国多年积累的实践经验,根据岩体基本质量级别给出了岩体承载力基本值(f0),见表5.2.6-1的规定。应用此规定首先要对场地岩体进行定级。  

   建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)                表12 

风化强度

岩石类别

承载力标准值(fk)(kPa

   

中等风化

   

硬质岩石

5001000

15002500

4000

软质岩石

200500

7001200

15002000

   岩石允许承载力(JTJ024-85)(kPa)                表13 

     

岩石破碎程度

   

   

   

硬质岩(>30MPa

15002000

20003000

4000

软质岩(530MPa

8001200

10001500

15003000

极软岩(<5MPa

400800

6001000

8001200

  水利水电工程地质勘察规范(国际,送审稿)              表14

     

承载力

坚硬岩石

Rc

中等坚硬岩石

Rc

较软弱岩石

Rc

  国防工程锚喷支护技术暂行规定                  表15

岩体级别

RmRc·KvMPa

60

6030

3015

155

5

Rm(允许承载力)

6.0

6.03.0

3.01.5

1.50.5

0.5

  注:解放军战士出版社,中国人民解放军总参谋部颁发,1984年。  

   德国地基规范(DIN-1054)                     表16 

     

承载力允许值(MPa

  

2.04.0

   

1.01.5

   国标准实用规范(基础工程)(BS8004,1986年)       表17 

   

       

KN/m2

kgf/cm2

未风化完整的坚硬火成岩及片麻岩

10000

100

未风化坚硬石灰岩和坚硬砂岩

4000

40

未风化片岩和板岩

3000

30

未风化坚硬页岩、泥岩和粉砂岩

2000

20

  本标准的地基承载力不但考虑岩体基本质量,还要考虑基岩形态对地基承载力的影响,这是根据大量工程实践经验总结出来的。当然,基岩形态是千姿百态的,本标准从适宜作为建筑物场地的一般条件,给出概括的规定,见表4.2.6-2。

  表4.2.6-2的“注”是对反坡型和顺坡型的解释,对于平坦型可不考虑顺坡向和反坡向的影响。至于台阶型,常在山麓地带出现,大多为构造简单的沉积岩构成,基岩形态具有陡立边坡及平台,有单阶的,也有多阶的,如乐山大佛附近地貌。利用台阶进行建设时,首先应对台阶稳定性进行评价,只有在台阶稳定的条件下才允许建设。由于台阶高度超过5m稳定性评价方法较为复杂,故本标准只限于台阶高度不大于5m,且建筑物基础距台阶边缘不宜小于台阶高度,而基岩承载力的基本值修正亦按基岩最不利的形态因素考虑。

  在确定各级岩体的承载力标准值(fk)时,均应选定其相应的f0值,再根据基岩形态选取相应折减系数(η),修正为fk值。如场地的地基承载力基本值f0为4.0MPa,其形态为反坡型,折减系数为0.9,则修正后的fk值为3.6(MPa)。

  4.2.7  国内外对岩石边坡工程稳定性的研究,大多侧重于对边坡岩体变形破坏的机制、破坏的类型,以及影响其稳定的因素进行分析研究,但对边坡岩体分级的研究甚少。

  影响边坡岩体稳定的因素很多,根据国内有关文献资料,认为影响岩石边坡坡度及稳定的因素达十几种之多,见表18。其中的第1、2、3、5项,是决定边坡岩体稳定性的主要因素,已在本标准的岩石坚硬程度和岩体完整程度两项岩体基本质量分级因素中得到考虑,即包含了影响边坡岩体质量和稳定的主要因素,所以边坡岩体的初步定级可直接采用由岩体基本质量确定的级别。

  本条只原则规定了在边坡岩体详细定级细时,需要考虑的几项修正因素。因为它们对边坡岩体质量影响程度,尚缺乏比较成熟的研究成果和实践资料,难以给出具体修正的方法。

  对基本质量Ⅳ级以上(含部分Ⅳ级)的边坡岩体,其稳定性明显受到软弱结构面产状与边坡坡面组合关系的影响;基本质量为部分Ⅳ级和全部Ⅴ级的边坡岩体,其稳定性还在更大程度上受地下水和地表水的影响。在详细定级时,应将它们列为主要修正因素。                      

  影响岩石边坡稳定的因素                表18

因素

 

 

建筑物

水利水电

 

1

 

2

 

3

节理(破碎程度)

4

 

5

构造带或岩体结构特征

6

结构面产状及延续性

 

7

   

8

   

 

 

 

9

天然斜坡状况

 

 

 

 

10

区域地质及地理条件

 

11

设计施工等人为因素

 

 

  附录A  Kv、Jv测试的规定 

  A.0.1  由于声波测试设备及工作条件的不同,岩体弹性纵波速度(Vpm)的测试方法在国内各部门间不尽相同,主要有跨孔测试法、单孔测井法、锤击法等几种。由于条件限制目前还不能规定统一的方法。不同测试方法结果略有差异,由它们计算得到的Kv值,彼此相关约为±10%,但仍可用来定量地评价岩体的完整程度。所以本附录未明确规定Vpm的测试以何种方法为主。今后通过深入的分析研究,可以确立由不同方法获得的Kv值之间的关系。为此,各工程的勘察试验报告中,应当说明测试方法。

  跨孔测试方法所得的Vpm值,能较好地反映岩体的不完整性,在可能的条件下,宜首先考虑采用此测试方法。若在洞室内进行测试,应注意避开爆破影响。

  A.0.2  岩体体积节理数Jv值的统计,宜选择在具有三维空间的岩体露头上或工程开挖壁面上进行。测线布置应垂直于被测的一组结构面走向,测线长度不得小于5m。结构面稀少时,测线宜适当加长。先统计与每一条测线正交的结构面条数,或每一组节理的平均间距,然后按附录A的式(A.0.2)计算Jv值。

  由于被硅质、铁质、钙质充填再胶结的结构面已不再成为分割岩体的界面,因此,在确定Jv时,不予统计。对延伸长度大于1m的非成组分散的结构面予以统计,即需加上分散节理的频率Sk(条/m3),目的在于使计算的Jv值更符合实际。

  附录B  岩体初始应力场评估 

  岩体初始应力或称地应力,是在天然状态下,存在于岩体内部的应力,是客观存在的确定的物理量,是岩石工程的基本外荷载之一。岩体初始应力是三维应力状态,一般为压应力。初始应力场受多种因素的影响,一般来讲其主要影响因素依次为埋深、构造运动、地形地貌、地壳剥蚀程度等。当然,在不同地方这个主次关系可能改变。

  (1)准确地获得岩体初始应力值的最有效方法,是进行现场测试。对大型或特殊工程,宜现场实测岩体初始应力,以取得其定量数据;对一般工程,有岩体初始应力实测数据者,应采用实测值,无实测资料时,可根据地质勘探资料,对初始应力场进行评估。

  ①在其它因素的影响不显著情况下,初始应力为自重应力场。上复岩体的重量是垂直向主应力,沿深度按直线分布增加。

  ②历次发生的地质构造运动,常影响并改变自重应力场。国内外大量实测资料表明,垂直向应力值(σv)往往大于岩体自重。若用λ0=σv /γH表示这个比例系数,我国实测资料λ0<0.8者约占13%、λ0=0.8~1.2者约占17%,λ0>1.2者占65%以上。这些资料大多是在200m深度内测得的,最深达500m。A·B裴伟整理的前苏联资料,λ0<0.8者占4%、λ0=0.8~1.2者占23%、λ>1.2者占73%。

  国内外的实测水平应力,普遍大于泊松效应产生的γH·υ/(1-υ),且大于或接近实测垂直应力。用最大水平应力(σH1)与σv之比表示侧压系数(λ1=σH1/σv),一般λ1为0.5~5.5,大部分在0.8~2.0之间,λ1最大达30。若用二个水平应力的平均值(σH·an)与σv之比表示侧压系数(λav=σH·an/σv),一般λav为0.5~5.0,大多数为0.8~1.5。我国实测资料λav在0.8~3.0之间,λav<0.8者约占30%,λav=0.8~1.2者约占40%,λav>1.2者约占30%。

  ③实测资料还表明,水平应力并不总是占优势的,到达一定深度以后,水平应力逐渐趋向等于或略小于垂直应力,即趋向静水压力场。这个转变点的深度,即临界深度,经实测资料统计,大约在1000~1500m之间。也有人提出,这个临界深度在各国不尽相同,如南非为1200m,美国为1000m,日本为500m,冰岛最浅,为200m,我国为1000余米。

  这样,在目前测试技术和现有实测成果的基础上,本附录规定深度在1000~1500m为过渡段,1500m为临界深度是比较合适的。况且,就岩石工程而言,绝大部分工程的埋深远小于1500m。

  ④确定初始应力的方向是一个极为复杂的问题,本附录没有具体给出,在使用本附录第(2)款时,可用以下方法对初始应力的方向进行评估。

  分析历次构造运动,特别是近期构造运动,确定最新构造体系,进行地质力学分析,根据构造线确定应力场主轴方向。根据地质构造和岩石强度理论,一般认为自重应力是主应力之一,另一主应力与断裂构造体系正交。对于正断层,σv为大主应力,即σ1=γH,小主应力σ3与断层带正交;对于逆断层,σv为小主应力,即σ3=γH,σ1与断层带正交;对于平移断层,σv是中间主应力,即σ2=γH,σ1与断层面成30°~45°。的交角,且σ1与σ3均为水平方向。一般地讲,断层带附近应力低,随着远离断层应力值增高,趋向稳定的初始应力值。

  (2)高初始应力区的存在,已为工程实践所证实。岩爆和岩芯饼化产生的共同条件是高初始应力。一般情况下,岩爆发生在岩性坚硬完整或较完整的地区,岩芯饼化发生在中等强度以下的岩体。在我国,二摊工程的正长岩、白鹤摊工程的玄武岩、大岗工程的花岗岩、鲁布格工程的白云岩、大瑶山隧道浅变质长石石英砂岩、拉西瓦工程的花岗岩以及天生桥二级引水隧洞、渔子溪工程的引水洞、河南省故县工程、甘肃金川矿等,在勘探和掘进过程都有岩爆或岩芯饼化发生,经实测均存在高初始应力。在国外,如瑞典的Victas隧洞,升挖期间在300m长的地段发生岩爆,该洞段位于高水平应力区,最大主应力为35MPa,倾角10°,方向垂直洞轴线。美国大古力坝,厂房基坑为花岗岩,开挖中水下层状裂升,剥离一层又一层。

  一定的初始应力值,对不同岩性的岩体,影响其稳定性的程度是不一样的。为此,用岩石单轴饱和抗压强度(Rc)与最大主应力(σ1)的比值,作为评价岩爆和岩芯饼化发生的条件,进而计价初始应力对工程岩体稳定性影响的指标。实测资料表明,一般当Rc/σ1=3~6时就会发生岩爆和岩芯饼化,小于3可能发生严重岩爆。实际上,洞室周边应力集中系数最小为2,这样高的初始应力值(σ1),引起洞周边应力集中,从而使得部分洞壁岩体接近或超过强度极限。

  考虑到空间最大主应力(σ1)与工程轴线(如洞室轴线)夹角的不同,对工程岩体稳定的影响程度也不同,只有垂直工程轴线方向的最大初始应力(σmax),对工程岩体稳定的影响最大,且荷载作用明确。所以本附录表B.0.1采用Rc/σmax作为评价“应力情况”的定量指标。

  由于高初始应力对工程岩体稳定性的影响程度,尚缺乏成熟的资料,目前还不能给出更详细的规定,表B.0.1将应力情况定为两种是适宜的。

  初始应力各向异性的大小,最大主应力方向与工程主要特征尺寸方位(如洞室轴线、坝轴线、边坡走向等)的关系不同,对工程岩体稳定性的影响也不同,特别是地下工程岩体。

  由于目前在这方面缺乏足够的依据,无法在分级标准中作出规定,而且这类问题也不是分级工作所能解决的,应在工程设计和施工中根据具体情况给予充分地注意。 

  附录C  岩体及结构面物理力学参数 

  C.0.1  岩体物理力学参数。

  岩体的物理力学参数反映了岩体的稳定性和质量的高低,它们与决定岩体基本质量的岩石坚硬程度和岩体完整程度密切相关。进行工程岩体基本质量分级的目的之一,就是根据对工程岩体所定的级别,直接且迅速地得到岩体的物理力学参数,而不必大量进行试验。本附录表C.0.1对应岩体基本质量的级别,给出了各级物理力学参数值。

  国内一些单位和个人在进行岩体分级工作时,给出了各级岩体的物理力学参数值。例如,总参工程兵第四设计研究院(表19),杨子文、刘承旺、严克强(表20)等,给出的这些物理力学参数,均是设计采用参考值。

  建国以来,国内各单位进行了大量的现场岩体原位试验研究工作,特别是近十几年岩石力学和测试技术的发展,对岩体的物理力学性质有了较深入的认识。合适的分级方法,应该是在收集这些测试数据的基础上,结合被测岩体在测试时对其性状的描述进行统计分析,使得物理力学参数分级能反映这些试验研究成果。在编制本标准时,对所收集的大量岩体抗剪断强度和岩体变形模量原位实测数据,即抽样样品分别进行统计。经统计,这二者大部分样品均小于各自的平均值 ,又注意到中等质量以下的岩体,力学参数的差异,对岩体稳定性影响更敏感,故将小于 的部分划分三级,大于 部分划分二级, 为一个分级界限值。

  设计参考用岩体物理力学参数                       表19

级别

内摩擦角

φ(°)

粘聚力C(MPa)

弹性模量E0(GPa)

重力密度

γ(kN/m3)

泊松比

υ

55

38

25

2730

0.2

4555

1.23

1525

2528

0.20.25

3545

0.41.2

415

2326

0.250.3

2535

0.10.4

0.83

2125

0.30.4

30

0.1

1

2024

0.4

岩体设计指标                           表20

   

质量指标(M)

内摩擦角φ(°)

粘聚力C(MPa)

变形模量E(GPa)

纵波速度(km/s)

泊松比

υ

()

3

70

4

20

5.5

0.2

()

13

4570

1.54

1020

4.55.5

0.25

(中等)

0.11

3045

0.51.5

210

3.54.5

0.3

()

0.010.1

2030

0.10.5

0.32

2.53.5

0.35

()

0.01

20

0.1

0.3

2.5

0.4

  (1)岩体抗剪断峰值强度分级。样品总数60个,取自29个工程,系大型试体双千斤顶法(部分为双压力钢枕)直剪试验成果。其中最大实测内摩擦角φ=70.1°、粘聚力C=3.02MPa(新鲜完整花岗岩);最小测值φ=23.7°、C=0.02MPa(破碎的砂质粘土页岩)。φ的 =52.6°,φ值小于 的样品占总数的57%、初步分级界限值为61°、52.6°、38.7°、28.4°。相应C的初步分级界限值为2.32、1.76、0.89、0.32MPa。

  (2)岩体变形模量分级。样品总数143个,取自47个工程,系刚性(部分为柔性)承压板法试验成果。其中最大实测值为90GPa(新鲜完整闪云斜长花岗岩);最小实测值为0.17GPa(软弱破碎页岩)。 =21.5GPa、小于 的样品占总数的60%,初步分级界限值为34.7、21.5、8.3、1.7GPa。

  根据各样品岩性描述的记载,结合本标准表4.1.1各级岩体基本质量的定性特征进行分析,并注意到现场实测值有分散性,将岩体内摩擦角(φ)和变形模量(E)的初步分级界限值略作降低或取整。又注意到粘聚力C值的实测值分散性较大,故作了适当降低。分级情况见表C.0.1,表中给出的各级参数值,相当于现场原位实测值,设计采用时可根据有关行业标准和专业规范的规定,作适当调整。

  C.0.2  岩体结构面抗剪断峰值强度。

  岩体结构面抗剪断峰值强度,取决于两侧岩体的坚硬程度和结构面本身的结合程度。由于结构面是岩体的弱面,人们在评价和核算工程岩体稳定性时,常对结构面强度给于极大地关注。国内各单位都着力对结构面的抗剪强度进行试验研究,特别是现场原位测试,《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(表21)和水利水电规划设计总院(表22),给出了结构抗剪断强度参数表,表中所列参数值为设计采用参考值。 

  岩体结构面的粘聚力和摩擦系数                       表21

序号

类型

摩擦系数

粘聚力(MPa)

1

一般

结构面

0.6

0.1

2

0.450.6

0.060.1

3

0.350.45

0.030.06

4

软弱

结构面

0.250.35

00.02

5

0.170.25

0

  结构面抗剪断强度参数表                     表22

 

名称

摩擦系数

粘聚力(MPa)

1

平直刚性结构面

0.50.7

0.050.1

2

岩块、岩屑型(含泥膜)

0.40.55

0.0350.05

3

岩屑夹泥型

0.30.4

0.0250.035

4

泥或泥夹岩屑型

0.20.3

0.0050.02

  本附录是在大量收集结构顶原位抗剪强度试验资料(抽样样品)的基础上,对其抗剪断峰值强度参数进行划分的,反映了多年的试验研究成果。统计划分方法见C.0.1说明。

  结构面抗剪断强度划分:样品总数94个,取自34个工程,测试方法与岩体抗剪断强度相同,试验剪断面控制在结构面上,其中最大实测内摩擦角φ=48.7°、粘聚力C=0.12MPa(未风比~微风化闪长花岗岩的裂隙面、闭合、起伏粗糙),和φ=45.6°、C=0.16MPa(灰岩节理面,新鲜方解石充填);最小实测值φ=9.6°、C=0.04MPa,和φ=10.8°、C=0.01MPa(粘土岩泥化夹层)。φ的 =29.7°,φ值小于 的样品占总数的63%,初步划分界限值为38.3°、29.7°、19.3°、13.5°。相应C的初步划分界限位为0.24、0.12、0.1、0.07MPa。

  根据各样品结构面性状描述的记载,结合本附录表C.0.2中各种情况结构面特征进行分析,并注意到现场实测值有分散性,特别是C值的实测值分散性和随机性较大,故将φ的初步划分界限值略作降低或取整,将C的初步划分界限值作了适当地降低。划分情况见表C.0.2给出的参数值,该表中给出的数据,相当于现场原位实测值,设计采用时可根据有关行业标准和专业规范的要求,作适当调整。

  附录D   岩体基本质量指标的修正 

  D.0.1  本附录规定了对地下水等三项修正因素的修正方法和修正系数取值原则,并给出了相应的修正系数值。

  (1)地下水是影响岩体稳定的重要因素。水的作用主要表现为溶蚀岩石和结构面中易溶胶结物,潜蚀充填物中的细小颗粒,使岩石软化、疏松,充填物泥化,强度降低,增加动、静水压力等。这些作用对岩体质量的影响,有的可在基本质量中反映出来,如对岩石的软化作用,采用了单轴饱和抗压强度。水的其它作用在基本质量中得不到反映,需采用修正措施来反映它们对岩体质量的影响。

  目前国内外在围岩分级中,考虑水的影响时主要有四种方法:修正法、降级法、限制法、不考虑。本标准采用修正法,并给出定量的修正系数,这一方法不仅考虑了出水状态,还考虑了岩体基本质量级别。这是由于水对岩体质量的影响,不仅与水的赋存状态有关,还与岩石性质和岩体完整程度有关。岩石愈致密,强度愈高,完整性愈好,则水的影响愈小。反之,水的不利影响愈大。基本质量为Ⅰ、Ⅱ级的岩体,足含水不多,无水压时,认为水对岩体质量无不利影响,取修正系数K1=0;基本质量为Ⅴ级的岩体,呈涌水状出水,水压力较大时,不利影响最大,取K1=1.0(即降一级)。对其它中间情况,考虑了在同一出水状态下,基本质量愈差的岩体,对其影响程度愈大,修正系数也随之加大。

  修正系数的确定,除考虑上述原则外,还参考了国内近几年的有关研究成果,见表23。 

  地下水影响修正系数汇总表                   表23

出水

状态

资料来源

岩体基本质量级别

 

 

 

大型水电站地下洞室围岩分类(水电部昆明勘测设计院)

0

0

00.1

(软岩)

0.20.4

(硬岩~软岩)

0.40.5

(硬岩~软岩)

隧道工程岩体(围岩)分级(铁道部科学研究院西南研究所)

0

0.1

(硬岩)

0.10.25

(硬岩~软岩)

0.10.25

(硬岩~软岩)

0.10.25

(硬岩~软岩)

国防工程锚喷支护技术暂行规定(总参,1984)

0

0

0.1

0.25

0.5

   

0

0

0.1

0.20.3

0.40.6

线

大型水电站地下洞室围岩分类(水电部昆明勘测设计院)

0

00.1

(硬岩)

0.10.25

(硬岩~软岩)

0.30.6

(硬岩~软岩)

0.60.9

(硬岩~软岩)

隧洞工程岩体(围岩)分级(铁道部科学研究院西南研究所)

0

0.1

(硬岩)

0.10.5

(硬岩~软岩)

0.10.5

(硬岩~软岩)

0.10.5

(硬岩~软岩)

国防工程锚喷支护技术暂行规定(总参,1984)

0

0.1

0.25

0.5

0.75

   

0

0.1

0.20.3

0.40.6

0.70.9

 

 

大型水电站地下洞室围岩分类(水电部昆明勘测设计院)

0

00.2

(硬岩)

0.20.5

(硬岩~软岩)

0.40.8

(硬岩~软岩)

0.81.0

(硬岩~软岩)

隧洞工程岩体(围岩)分级(铁道部科学研究院西南研究所)

0

0.25

(硬岩)

0.250.75

(硬岩~软岩)

0.250.75

(硬岩~软岩)

0.250.75

(硬岩~软岩)

国防工程锚喷支护技术暂行规定(总参,1984)

0

0.25

0.5

0.75

1.0

本标准

0

0.20

0.40.6

0.70.9

1.0

  注:昆明院和西南所都是用评分法确定岩体质量指标,水的影响采用评负分对岩体质量进行修正。表中所列系数是按负分值和级差换算的。

  (2)软弱结构面是影响地下工程岩体稳定的一个重要因素,在引入这一因素时,应注意对稳定影响大,起着控制作用的软弱结构面。所谓起控制作用的软弱结构面,是指成层岩体的泥化层面、一组很发育的裂隙、次生泥化夹层、含断层泥、糜棱岩的小断层等。

  由于结构面产状不同,与洞轴线的组合关系不同,对地下工程岩体稳定的影响程度亦不同。如成层岩体、层面性状较差,为陡倾角且走向与洞轴线夹角很大时,对岩体稳定性无不利影响。反之,倾角较缓且走向与洞轴线夹角很小时,就容易发生沿层面的过大变形,甚至发生拱顶坍塌或侧壁滑移。再如一条小断层,当其倾角很陡,且与洞轴线夹角很大时,洞空稳定,基本无影响;反之则有很大的影响。这种不利影响在岩体基本质量及其指标中反映不出来。

  为了反映这种组合关系对稳定性的影响,本附录仍采用对基本质员进行修正的方法,其修正系数K2见本附录表D.0.1-2,是根据试验并参考表24制定的。所谓“其它组合”,是指结构面倾角<30°,夹角为仟意值;倾角为任总值,夹角为30°~60°;倾角<75°,夹角>60°;倾角<30°、>75°,夹角<30°四种情况。

  需指出,这里是指存在—组起控制作用结构面的情况,若有两组或两组以上起控制作用的结构面,组合情况就复杂得多,不能用修正岩体基本质量的方法,而需通过稳定分析解决。

  国内对结构面影响的修正情况                    表24

代表性分级

修正系数幅度

水利水电工程地质勘察规范

00.6

水工隧洞设计规范

限制法

国防工程锚喷支护技术暂行规定

00.5

坑道工程围岩分类

00.5

大型水电站地下洞室围岩分类

00.6

铁路隧道工程岩体(围岩)分级建议

00.6

节理化岩体地质力学分类

00.6

岩体结构评价

00.6

   

00.6

  (3)岩体初始应力对地下工程岩体稳定性的影响是众所周知的,特别是高初始应力的存在(参见附录B说明)。岩石强度与初始应力之比(Rc/σmax)大于一定值时,可以认为对洞室岩体稳定不起控制作用,当这个比值小于一定值时,再加上洞室周边风力集中的结果,对岩体稳定性或变形破坏的影响就表现得显著,尤其岩石强度接近初始应力值时,这种现象就更为突出。采用降低基本质量指标(BQ),从而限制岩体级别的办法来处理,引入修正系K3。这里用降低BQ值,而不是直接规定降到某一级。

  在极高应力地区,基本质量为Ⅲ、Ⅳ级的岩体,岩体将会发生不同程度的塑性挤压,流动变形,基本上没有自稳能力,采取较大幅度地限制岩体的级别。为此,进行了如下处理,如:当BQ=351~450和BQ=251~350时,均取岛K3=1.0~1.5,BQ值较小时取较大的修正系数(K3),反之取较小的修正系数。基本质量为Ⅰ、Ⅱ级的岩体,在极高应力区岩体未丧失自稳能力,但明显地影响了自稳性。在高应力地区,初始应力对岩体稳定性的影响大为减小,但仍影响岩体稳定性,故取较小的修正系数(K3),适当限制其级别。

  对初始应力这一修正因素,采用降低岩体BQ指标的处理办法,可用于经验方法确定支护参数的设计。若用计算分析方法进行设计时,就不需作上述处理。

  按照这种办法进行修正,修正前后可能仍属同一级,似无意义,其实经修正后可能由原来靠近某级上限而变为处于该级中部或接近下限。不仅如此,若单修正水的影响,由某级的上限修正到该级的中部,如果再加上另一影响因素的修正,就可能降一级了。这些对于评价地下工程岩体稳定性和选用支护等参数是有意义的,因为有关规范中的支护等参数表,每级都有一定的范围值。对BQ<250时也作修正,就是据此考虑的。

  附录E  地下工程岩体自稳能力 

  岩体基本质量指标修正值〔BQ〕确定的地下工程岩体级别与洞室的自稳能力之间,有很好的对应关系,据对48项地下工程,416个区段,总长度12000m洞室的工程岩体质量指标〔BQ〕值和塌方破坏关系的统计。〔BQ〕>550的52段无一处塌方,其中最大跨度为18~22m无支护,至今已稳定近20年。其它情况见表25。值得注意的是,表中所列的〔BQ〕<351地段,所发生的塌方多数是没有按要求及时支护,若长期不支护,可能有100%的地段发生塌方。经工程实践统计分析,本附录给出地下工程岩体自稳能力表。  

   塌方情况统计表                          表25

 

         

段数

52

80

81

108

95

发生塌方段数

0

10

14

39

59

塌方段占总段数比

0

12.5

17.3

36.1

62.1

最大塌方高度(m)

0

2

3

10

65(通天)

  表E.0.1所描述的稳定性(自稳能力),包括变形和破坏两方面,是指长期作用的结果。开挖后短时间不破坏并不能说明岩体是稳定的,需通过变形观测和较长时间作用的检验。

  

  
 

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