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围岩分类

[拼音]:weiyan fenlei

[外文]:classification of rock mass

围岩分类的目的是为了对隧道及地下建筑工程周围的地层进行工程地质的客观评价,判断坑道或洞室的稳定性,确定支护的荷载和设计参数,确定施工方法,选择钻孔和开挖等施工机械,以及确定施工定额和预算等。

发展概况

隧道及地下工程围岩分类是在长期实践的基础上发展起来的,并与地质科学、岩土工程和量测技术的发展密切相关。初期的围岩分类多以单一的岩石强度作为分类指标。例如1949年前中国采用的坚石、次坚石、软石、硬土、普通土和松软土的分类法,以及中华人民共和国成立后广泛应用的“f”值分类法(即普罗托季亚科诺夫分类法,1907年)。这类方法在评价坑道或洞体稳定性方面是不充分的;但在选择钻孔机械,确定掘进机类型,尤其是确定松散围岩的地压值等方面仍有一定意义。1970年后,以岩体为对象的分类方法获得了迅速发展。如泰尔扎吉分类法(1974年)、巴顿分类法(1974年)、别尼亚夫斯基分类法(1974年)、法国隧道协会(AFTES)分类法(1975年),以及中国铁路隧道围岩分类(1975年)和水工隧洞围岩分类(1983年)等。这些分类法多数是根据经验的定性分类,但由于反映了围岩的地质构造特征、围岩的结构面状态、风化状况、地下水情况以及洞室埋深等,因此在评价坑道或洞体稳定性、确定支护结构参数和选择施工方法等方面得到了广泛的应用。

近期的围岩分类中,引进了岩体力学的基本概念和数理统计方法,如考虑初始应力场、坑道周边位移值,以及量测信息等,使围岩分类逐渐从定性分类向定量分类方向发展。如拉布采维茨-帕赫分类(1974年)、 日本地质学会的新奥法围岩分类(1979年)、奥地利阿尔贝格隧道的围岩分类(1979年)、苏联顿巴斯矿区的围岩分类(1979年)等。围岩分类的重要发展是把量测信息引进到分类之中,即根据量测的初期位移速度,拱顶下沉和洞体水平向的收敛、变形等进行分类。这也为隧道及地下工程的信息设计和施工打下了基础。到目前为止,已经提出的和正在应用的围岩分类约有50多种,但其中绝大多数仍处于定性描述或经验判别的阶段,尚需进一步研究和完善。

分类要素

在围岩分类中,最有影响的要素有:

(1)围岩的构造。指围岩被各种地质结构面切割的程度以及被切割的岩块的尺寸和组合形态,在分类中它是一个起主导作用的因素。视裂缝间距,即被结构面切割的岩块的大小,可将围岩分成如表所示的几种类型。

(2)原岩或岩体的物理力学性质。包括单轴或三轴强度和变形特性,如抗压强度、抗剪强度以及弹性模量或变形模量等。一般说,在完整岩体中,原岩的指标是基本的;在非完整(裂隙)岩体中,岩体的指标是主要的。

(3)地下水。地下水的水量和水压等对分类有重大影响,尤其是对软岩和破碎、松散围岩,它们导致岩质软化、降低强度。在有软弱结构面的围岩中,地下水会冲走充填物或使夹层液化等。因而在一些分类法中,都考虑了它的定性的或定量的影响。

(4)围岩的初应力场。在现代围岩分类中,尤其是对于深埋隧道和软弱围岩而言,这一要素占有重要的地位。初应力场通常以上覆岩(土)体的重力来决定,并视为静水应力场;也可通过实地量测大致判定原岩应力场的大小及其方向。

分类依据

(1)单一岩性指标。如岩石抗压强度和弹性模量等物性指标,以及诸如抗钻性、抗爆性、开挖难易度等工艺指标。在为某些特定目的的分类中,如确定钻孔工效、炸药消耗量等,可采用相应的工艺指标(钻孔速度等)进行分类。

(2)综合岩性指标。指标是单一的,但反映的因素是综合的。如岩体弹性波速度,既可反映围岩的软硬程度,又可反映围岩的破碎程度。岩芯复原率是在反映岩体破碎程度的同时,还表示围岩软、硬分级的一个指标。这类指标,还有修正后的普氏系数、坑道自稳时间、围岩强度等。

(3)复合岩性指标。是用两个或两个以上的单一岩性指标或综合岩性指标表示。例如,已确定分类要素为ABC,则复合岩性指标可用下述方法之一来确定:

和差法    αA±B±C

积商法    然后用��进行分类。目前,许多分类都采用了这个方法。

(4)量测数据。是用量测到的位移(坑道周边收敛值、拱顶下沉值、初始位移速度等),或荷载信息作为分类的指标,如苏联顿巴斯矿区、日本的新奥法设计和施工细则中所采用的。这类指标可以避免许多不确定的因素和影响,并能较好地反映坑道围岩的力学状态的变化。

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文章名称:《围岩分类》
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