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第4章 岩体的力学性质及岩体分类 一、结构体的大小 二、结构体的块度 三、结构体的形状 §4-2 岩体的结构 §4-3 岩体的强度 2、岩体强度的各向异性 4.3.2 岩体强度的测定（现场测试） 2、岩体抗剪强度现场测定 (2) 单千斤顶法 3、现场三轴强度试验 4.3.3 岩体强度估算 2、霍克－布朗经验判据 §4-4 岩体的变形特性 1 岩体的单轴和三轴压缩变形特征 （1）岩体应力－应变全过程曲线 ①在加载过程，结构面压密与闭合，应力－应变曲线，呈上凹型。 ②中途卸载有弹性后效现象和不可恢复残余变形。这是结构面闭合、滑移、错动造成的。 ③完全卸载，再加载形成形式上的“开环型”曲线，这也是弹性后效造成的。 ④峰值强度后，岩体开始破坏，应力下降较缓慢，仍有残余应力，这是岩体结构效应。 （2）卸载时荷载不降至零时的应力－应变曲线 ①卸荷不降至零时的循环加载应力－应变曲线呈“闭环型”。 ②随着外荷加大、循环次数增多，闭环后移，这是结构面逐级被压密与啮合，这是结构面逐级被压密与啮合所致。 ③闭环逐渐变窄→演变呈一条线，这是压密程度越来越高，弹性后效变小的原因。 ④当卸荷至零并持续一定时间后，有较大回弹变形，这是弹性后效的表现。 ⑤变形模量 2 岩体剪切变形特征 ①在屈服点前，变形曲线与抗压变形相似，上凹型。 ②屈服点后，某个结构面或结构体首先剪坏，随之出现一次应力下降。峰值前可能发现多次应力升降。升降程度与结构面或结构体强度有关，岩体越破碎，应力降反而不明显。 ③当应力增加到一定应力水平时，岩体剪切变形已积累到一定程度，没剪破的部位以瞬间破坏方式出现，并伴有一次大的应力降。 ④随后产生稳定滑移 3 岩体各向异性变形 ①岩体力学性质具有各向异性，变形、破坏机制、强度特征不同。 ②工程布置要考虑如何扬长避短，充分发挥岩体自身强度，维持工程稳定性。 §4-5 岩体质量评价及其分类 一、工程岩体分类的参考影响因素 二、几种有代表性的工程岩体分类方法 2、岩石单轴抗压强度分类 3、按岩体完整性系数Kv（龟裂系数）分类 4、按岩芯质量指标（RQD）分类 5、 以弹性波速度分类 6、宾尼奥夫斯基节理岩体地质力学分类（ RMR分级系统） （1）对应岩石强度的岩体评分值R1 （2）对应于岩芯质量指标的岩体评分值R2 （4）对于节理状态的岩体评分值R4 （5）取决于地下水状态的岩体评分值R5 （6）节理方位对RMR的修正值R6 （7）节理走向与倾角对隧道掘进的影响 7、巴顿岩体质量（Q）分类 （1）节理组数影响（Jn) （2）节理粗糙度影响（Jr) （3）节理蚀变程度影响（Ja) （4）裂隙水影响（Ja) （5）地应力影响（SRF) 三、我国工程岩体分级标准（GB50218-94) B、采用完整性系数Kv划分岩体完整程度 （2）岩体基本质量分级 B、按BQ值进行岩体基本质量分级 （3）基本质量指标BQ值的修正 （A）地下水影响修正系数K1 （B）主要软弱结构面产状影响修正系数K2 （C）初始应力状态修正系数K3 2、工程岩体分类标准的应用 岩体级别与岩体物理力学参数 岩体级别与岩体结构面抗剪强度参数 岩体级别与地下工程岩体自稳能力 式中：Vpm、Vpr—岩体、岩石弹性纵波速度（m/s)。 极破碎 破碎 较破碎 较完整 完整 完整程度 0.15 0.35~0.15 0.55~0.35 0.75~0.55 0.75 Kv 蒂尔（Deer,1968)提出根据钻探时岩芯完好程度来判断岩体的质量，对岩体分类。 式中：li —所取岩芯中≥10cm长度的岩芯段的长度； L—钻进岩芯的总程度，m。 Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 等级 很好 良好 较好 差 很差 分类 90～100 75~90 50~75 25~50 0～25 RQD（％） 例 某钻孔的长度为250cm，其 中岩芯采取总长度为200cm,而 大于10cm的岩芯总长度为 157cm(如图所示)， 则岩芯采取率： 200/250=80% RQD=157/250=63% 岩体分类为：Ⅲ类、中等岩体 宾尼奥夫斯基（ Bieniawski，1976)提出的分类指标RMR(Rock Mass Rating)，由下列6种指标组成： （1）岩块强度(R1) （2）RQD值(R2) （3）节理间距(R3) （4）节理条件(R4) （5）地下水(R5) （6）节理方向对工程的影响的修正参数（R6） 即： 4 25 ~ 50 1~2 2 5 ~ 25 不采用 1 1 ~ 5 不采用 0 1 不采用 7 50~100 2~4 12 100~