水利水电工程中,常在岩体中开挖地下厂房、水工隧道等工程,需要对围岩进行分类。根据《水力发电工程地质勘察规范》(GB50287—2016)与《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487—2008),通过初步分类与详细分类,将围岩划分为5个等级类别。根据分类结果,可以评价围岩的稳定性,并可作为确定支护类型的基础(表5-22)。
表5-22 围岩工程地质分类
5.7.3.1 围岩初步分类
初步分类用于前期勘察阶段(规划阶段、可研阶段)、勘察资料相对较少的情况,以及深埋硐室在施工前的围岩工程地质评价。
初步分类以比较容易获取的岩质类型、岩体完整程度、岩体结构类型为基本依据,以岩层走向与洞轴线的关系、水文地质条件为辅助依据,根据表5-23的规定进行。对于深埋硐室,当可能发生岩爆或塑性变形时,围岩类别易降低一级。
表5-23 围岩初步分类
岩质类型根据表5-24划分,岩体完整程度根据表5-25划分。
表5-24 岩质类型划分
表5-25 岩体完整程度划分
初步分类可以实现在资料较少的情况下对围岩进行分类,同时又能总体上把握硐室的围岩稳定性,进一步的准确分类则要根据围岩详细分类。
5.7.3.2 围岩详细分类
围岩详细分类采用累计评分的综合评价法进行。它以岩石强度、岩体完整性、结构面状态为基本因素(取正分),以地下水活动状态和主要结构面产状为修正因素(取负分),同时以围岩强度应力比为限定判据进行分类。
岩石强度评分A按表5-26确定。当Rb>100MPa时,A为30;当Rb<5MPa时,A为0。
表5-26 岩石强度评分
岩体完整程度评分B和结构面状态评分C分别按表5-27和表5-28确定。当60MPa≥Rb>30MPa时,若B+C>65,则按65评分;当30MPa≥Rb>15MPa时,若B+C>55,则按55评分;当15MPa≥Rb>5MPa时,若B+C>40,则按40评分;当Rb≤5MPa时,岩体完整程度与结构面状态则不参加评分。
表5-27 岩体完整程度评分
表5-28 结构面状态评分
结构面状态是指地下硐室某一洞段内比较发育的、强度最弱的结构面的状态,包括宽度、充填物、起伏粗糙和延伸长度等情况。结构面宽度划分为<0.5mm、0.5~5.0mm、>5.0mm 3个等级。充填物简化为无充填、岩屑和泥质3种。起伏粗糙概括为起伏粗糙(Ⅰ)、起伏光滑或平直粗糙(Ⅱ)、平直光滑(Ⅲ)3种情况。延伸长度反映结构面的贯穿性,本分类参照国际岩石力学学会建议的5级,依据国内目前硐室跨度情况简化为3级,即短(<3m)、中等(3~10m)、长(>10m)。若结构面的延伸长度小于3m,硬质岩、较软岩的结构面状态评分则另加3分,软岩则加2分;若结构面延伸长度大于10m时,硬质岩、较软岩则减3分,软岩则减2分。同时,结构面状态最低分为0。
上述3项基本因素均为正值,将3项基本因素的评分相加,则得到基本因素评分T′(T′=A+B+C)。修正因素为地下水和主要结构面产状两项,均为负值。
地下水活动性分为干燥、渗水或滴水、线流和涌水4种状态,干燥状态其评分D取0分,其他状态评分D的确定方法见表5-29。Ⅲ、Ⅳ类围岩水量很大、水压很高时,对围岩稳定影响较大,故负评分较低,对围岩稳定影响最大时为负20分,围岩类别会降低一级。
表5-29 地下水评分(www.daowen.com)
主要结构面产状与地下工程轴线夹角组合不同,对围岩稳定性的影响显著不同。例如:高倾角的主要结构面,当其走向与地下工程轴线近于平行时,则对围岩稳定很不利;反之,其走向与之近于正交时,则几乎不影响围岩的稳定。若岩体完整程度分级为完整性差、较破碎和破碎的围岩,不进行结构面产状评分的修正;若为其他等级则进行修正。将结构面倾角划分为4类:Ⅰ(α>70°)、Ⅱ(70°≥α>45°)、Ⅲ(45°≥α>20°)及Ⅳ(α≤20°),则可以根据表5-30确定主要结构面产状的评分E。
表5-30 主要结构面产状评分
以上5因素的评分A、B、C、D和E相加,得到总评分T。根据T和围岩强度应力比S的大小,把围岩分为5类,如表5-31所示。对于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩,当围岩强度应力比小于本表规定时,围岩类别宜相应降低一级。
表5-31 地下硐室围岩详细分类
围岩强度应力比S是反映围岩应力大小与围岩强度相对关系的定量指标,按下式确定。
式中:Rb——岩石饱和单轴抗压强度(MPa);
Kv——岩体完整性系数;
σm——围岩的最大主应力(MPa),当无实测资料时,可以自重应力代替。
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