工程岩体分级

6.2　工程岩体分级

以服务于工程建设为目的，对岩体进行的分级称为工程岩体分级。工程岩体分级对于工程地质学与土的工程分类对于土质土力学一样具有同等重要的作用，它是工程地质学中一个具有重要理论和实践意义的研究课题。

6.2.1　分级的目的

对种类繁多、性质各异的岩体按一定的原则进行分级，其目的是对作为工程建筑物地基、围岩或边坡的岩体，得出相应的设计计算指标或参数，以便使工程建设达到经济、合理、安全的目的。

分级的目的不同，其要求也不一样。对水利水电工程来讲，须着重考虑水的影响这一特点；对于地下工程，则应着重研究地压问题；对于钻进、开挖的分级，则主要是考虑岩石的坚硬程度；对于边坡工程，则主要是考虑岩体的结构特征。一般对大工程要求高些，小工程就可放宽一些。同是大型工程，初设阶段和施工图设计阶段的要求也各不相同。

岩体工程分级是为一定的具体工程服务的，是为某种目的编制的，其内容和要求须视工程类型、不同设计阶段和所要解决的问题而定。

6.2.2　影响岩体工程性质的主要因素

影响岩体工程性质的因素主要有岩石强度、岩体完整性、风化程度、水的影响等。风化对岩体工程性质的影响将在本书7.1.4中分析，本处仅就另外三个因素对岩体工程性质的影响作简要论述。

1）岩石强度和质量

岩石质量的优劣对岩体质量的好坏有着明显的影响。岩石质量的好坏主要表现在它的强度（软、硬）和变形性（结构的致密、疏松）方面。对于岩石质量好坏的评价，至今没有统一的方法和标准，目前多沿用室内单轴抗压强度指标来反映。

2）岩体的完整性

一般来说，岩体工程性质的好坏基本上取决于包括受到各种地质因素和地质条件影响而形成的软弱面（带）和其间充填物质的性质。因此，即使组成岩体的岩石相同，如果岩体完整性不同，其岩体的工程性质也会有很大差异。

岩体被断层、节理、裂隙、层面、岩脉等所切割，导致岩体完整性遭到破坏和削弱。岩体的完整性可以用被结构面切割之岩块的平均尺寸来反映，也可以用节理裂隙出现的频度、性质、闭合程度等来表达，还可以根据钻孔钻进时的岩心获得率及弹性波在地层中的传播速度等多种途径去定量地反映岩体的完整性。总之，岩体的完整性可用地质、试验和施工等各种定性、定量指标参数来表达。

3）水的影响

水对岩体质量的影响表现在两个方面：一是使岩石的物理力学性质恶化；二是沿岩体的裂隙形成渗流，影响岩体的稳定性。

水对岩石的影响主要还是体现在对其强度的削弱方面，这种削弱的程度深受岩石成因的影响。一般来说，水对岩浆岩、大部分的变质岩和少部分的沉积岩影响较小，而对大多数沉积岩和少部分变质岩影响较大，尤其对那些黏土岩类的影响甚为显著。

考虑到水对岩石的影响主要表现在对其强度的削弱方面，因此，水对岩石的影响可用岩石浸水饱和前后的单轴干、湿抗压强度之比来表示。

6.2.3　工程岩体分级的代表性方案

20世纪70年代以来，国内外提出了许多工程岩体的分级方法，其中影响较大的有RMR系统、RSR系统、Q系统和Z系统。

尽管这些分级方法都从不同角度反映了岩体的结构特征、岩体所处环境特征和岩体力学特征，但它们所依据的原则、标准和测试方法都不尽相同，彼此缺乏可比性、一致性。因此，1986年国家计委批准编制了《工程岩体分级标准》，于1994年经国家建设部批准为强制性国家标准，于1995年7月1日起施行。该标准属于国家标准第二层次的通用标准，适用于各部门、各行业的岩石工程。

鉴于《工程岩体分级标准》（GB　50218—1994）施行至今已近20年，为不断提高规范质量，应用学科发展新成果，适应工程建设新特点，国家住房和城乡建设部已组织有关单位和专家，于2012年底完成了对该规范的重新修订，但截止本书（第二版）出版仍未有正式颁布施行。重新修订的主要内容：新增了47组样本数据，论证了BQ计算公式的有效性；对岩体和结构面的物理力学参数问题，依据重新筛选出的岩体现场试验成果资料，对岩体和结构面强度参数的取值进行了论证和修订；增加了关于边坡工程岩体基本质量修正值的计算方法、边坡工程岩体级别的划分，以及边坡工程岩体自稳能力的确定等内容。

鉴于以上修订进展情况，下面仍以现行标准作介绍。

6.2.4　工程岩体分级标准（GB　50218—1994）

岩体基本质量分级的因素应是岩石坚硬程度和岩体完整程度，但它们远不是影响岩体稳定的全部重要因素，地下水状态、初始应力状态、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等，也都是影响岩体稳定的重要因素。为此，《工程岩体分级标准》（GB　50218—1994）提出了对工程岩体进行初步定级和详细定级的两类定级方法。

1）工程岩体质量的初步分级

工程岩体质量的初步分级是在对岩体坚硬程度和岩体完整程度两项指标进行定性和定量分析的基础上确定的。

（1）岩石坚硬程度的确定

①定性划分。

岩石坚硬程度的定性划分方法见表6－4。

表6－4　岩石坚硬程度的定性划分

续表

②定量确定。

采用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）的实测值。当无条件取得实测值时，也可采用实测的岩石点荷载强度指数〔I_s（50）〕的换算值，并按下式换算：

岩石单轴饱和抗压强度（R_c）与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系见表6－5。

表6－5　R_c与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系

（2）岩体完整程度的确定

①定性划分。

岩体完整程度的定性划分见表6－6，结构面的结合程度划分见表6－7。

表6－6　岩体完整程度的定性划分

续表

表6－7　结构面结合程度的划分

②定量确定

岩体完整程度的定量指标采用岩体完整性指数（K_V）的实测值。当无条件取得实测值时，也可采用岩体体积节理数（J_V）按表6－8确定。岩体完整性指数（K_V）与定性划分的岩体完整程度的对应关系按表6－9确定。

表6－8　J_V与K_V对照表

表6－9　K_V与定性划分的岩体完整程度的对应关系

（3）岩体基本质量分级

在上述岩体质量定量评价的基础上，可据下式确定岩体基本质量指标（BQ）：

BQ＝90＋3R_c＋250K_V

式中，R_c的单位为MPa。

根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标两方面的特征，按表6－10对岩体质量进行初步定级。

表6－10　岩体基本质量分级

2）工程岩体质量的详细分级

当遇有地下水，岩体稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用或存在表6－11所列的高初始应力现象时，应该先进行岩体基本质量指标修正值计算，再按表6－10对岩体质量进行详细定级。岩体基本质量指标修正值的计算式如下：

［BQ］＝BQ－100（K₁＋K₂＋K₃）

式中　K₁——地下水影响修正系数；

K₂——主要软弱结构面产状影响修正系数；

K₃——初始应力状态影响修正系数。

K₁、K₂、K₃值分别按表6－12、表6－13和表6－14确定。无表中所列情况时，修正系数取0。［BQ］出现负值时，应按特殊情况处理。

表6－11　高初始应力地区岩体在开挖过程中出现的主要现象

注：σ_max为垂直洞轴线方向的最大初始应力。

表6－12　地下水影响修正系数（K₁）

表6－13　主要软弱结构面产状影响修正系数（K₂）

表6－14　初始应力状态影响修正系数