工程地質(zhì)圍巖Q 系統(tǒng)分類法的認(rèn)識(shí)

李洪碧 耿海洋

(1．內(nèi)江師范學(xué)院，四川內(nèi)江 641112; 2．四川省清源工程咨詢有限公司，四川 成都 610072)

工程地質(zhì)圍巖Q 系統(tǒng)分類法的認(rèn)識(shí)

李洪碧1耿海洋2

(1．內(nèi)江師范學(xué)院，四川內(nèi)江 641112; 2．四川省清源工程咨詢有限公司，四川 成都 610072)

對(duì)比不同的工程地質(zhì)圍巖劃分方法，對(duì)Q系統(tǒng)參數(shù)的選擇進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)Q系統(tǒng)在圍巖分類中的使用進(jìn)行了說(shuō)明，為在工程中對(duì)圍巖的穩(wěn)定性判定提供依據(jù)，以確定合理的支護(hù)方案。

圍巖，分類，Q系統(tǒng)，參數(shù)

0 引言

目前國(guó)內(nèi)外工程地質(zhì)工作中對(duì)于圍巖分類方法眾多，針對(duì)不同的目的及行業(yè)，常用的分類方法有《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》的HC法、國(guó)際《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》的BQ法、地質(zhì)力學(xué)系統(tǒng)的RMR分類方法及巴頓等人提出的巖體質(zhì)量分類Q系統(tǒng)法等。

1 常用的幾種地質(zhì)圍巖分類方法

由于工程巖土體本身的不均一性，所以對(duì)其做分類評(píng)價(jià)時(shí)不同的分類方法對(duì)各種影響地質(zhì)體的條件認(rèn)識(shí)側(cè)重點(diǎn)有所不同，所以各分類方法對(duì)圍巖分類時(shí)所采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)也各成一體。HC法的評(píng)價(jià)指標(biāo)為T值，BQ法采用的指標(biāo)為［BQ］值，RMR法采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)為RMR值，Q系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)為Q值。同時(shí)由于不同的分類方法對(duì)影響地質(zhì)體的各條件的不同側(cè)重，所以各分類方法所采用的地質(zhì)參數(shù)條件也有所差異。HC法是以控制圍巖穩(wěn)定的巖石強(qiáng)度Rb、巖體完整程度Kv、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)、地下水q和主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀五項(xiàng)因素來(lái)做判定的［1］;BQ法所涉及的地質(zhì)參數(shù)有巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc、巖體完整性指數(shù)Kv、地下水影響修正系數(shù)K1、主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)K2、初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K3等參數(shù)［2］;RMR法所涉及的工程地質(zhì)參數(shù)有巖石材料單軸擠壓強(qiáng)度Rc、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD、不連續(xù)面間距、不連續(xù)面條件、地下水條件q、不連續(xù)面方向等參數(shù)［3］;Q系統(tǒng)分類法涉及的地質(zhì)參數(shù)有巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD、節(jié)理組數(shù)Jn、節(jié)理粗糙系數(shù)Jr、節(jié)理蝕變系數(shù)Ja、節(jié)理水折減系數(shù)Jw、地應(yīng)力折減系數(shù)SRF等參數(shù)［4］。由以上所列不同分類方法及涉及的地質(zhì)參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)地質(zhì)圍巖的分類是一種既有定量數(shù)值也有定性評(píng)價(jià)的分類評(píng)價(jià)。

2 Q系統(tǒng)參數(shù)的選擇

對(duì)于使用Q系統(tǒng)對(duì)圍巖做分類，涉及到巖體的6個(gè)基本參數(shù)，并通過(guò)以下公式得到Q值以對(duì)圍巖做分類：

Q值的范圍在0．001～1 000之間，代表著圍巖質(zhì)量從極差到極好，分為9個(gè)類別，見表1。

表1 Q系統(tǒng)圍巖分類描述

下面對(duì)使用的6個(gè)參數(shù)的選取做個(gè)說(shuō)明。

巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD，其取值按照巖土工程勘察規(guī)范的描述，要求是采用鉆孔取芯以得到RQD值，但是由于巖土體本身的不均一性，所以在不同點(diǎn)位、不同方向的鉆孔其RQD取值可能差異很大;并且在工程中當(dāng)涉及面積較大時(shí)，也難以以點(diǎn)代面，所以在使用中我們是常采用一個(gè)統(tǒng)計(jì)換算法，用一個(gè)估計(jì)值表示實(shí)際的RQD值(見表2)。我們采用體積節(jié)理數(shù)Jv來(lái)做統(tǒng)計(jì)，Jv{Xn，Yn，Zn}，即取三個(gè)方向節(jié)理數(shù)之和，Xn表示水平方向，垂直于洞室走向的節(jié)理?xiàng)l數(shù)，Yn表示豎直方向節(jié)理?xiàng)l數(shù)，Zn表示沿洞室延伸方向節(jié)理?xiàng)l數(shù)［5］。

RQD取值時(shí)當(dāng)RQD＜10時(shí)，RQD采用10為計(jì)算值參數(shù)值，并且RQD取值的數(shù)據(jù)間距為5即可以滿足計(jì)算精度要求，如取RQD(%)為 100，95，90 等［4］。

表2 巖石質(zhì)量指標(biāo)

參數(shù)RQD對(duì)應(yīng)于HC法、RMR法、BQ法等圍巖分類法中的巖體完整性系數(shù)Kv。

節(jié)理組數(shù)Jn也同樣與巖體的完整性系數(shù)有緊密聯(lián)系，其值在選取時(shí)同時(shí)考慮到復(fù)雜洞室，比如洞室相交或者洞室掛口進(jìn)洞時(shí)，對(duì)Jn值分別取3×Jn或2×Jn，一般在取值時(shí)的洞室影響范圍一般為2倍～3倍洞徑。

Jn值的取值標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 節(jié)理組數(shù)的對(duì)應(yīng)取值Jn

節(jié)理面粗糙系數(shù)Jr的取值，先行區(qū)分代表性節(jié)理及節(jié)理特征，張開度，充填物情況等，以查表選擇對(duì)應(yīng)性狀的取值，同時(shí)反映節(jié)理面性狀的還有一個(gè)參數(shù)節(jié)理風(fēng)化蝕變系數(shù)Ja，此兩個(gè)參數(shù)Jr，Ja反映了節(jié)理面的抗剪強(qiáng)度，可反映不利節(jié)理面對(duì)洞室穩(wěn)定的影響，在HC法、BQ法、RMR法等等分類法中表述為結(jié)構(gòu)面狀態(tài)評(píng)價(jià)。Jr，Ja值見表 4，表 5。

地下水折減系數(shù)Jw，在各圍巖分類方法中都有所涉及，對(duì)地下水對(duì)洞室穩(wěn)定的影響都有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，但是在取值時(shí)，由于表格中的值是近似的估計(jì)值，所以使用中要求技術(shù)人員要有豐富的野外工作經(jīng)驗(yàn)，取值見表6。

應(yīng)力折減系數(shù)SRF，在SRF取值時(shí)先是分成不同的圍巖應(yīng)力狀態(tài)及巖石強(qiáng)度，再對(duì)不同應(yīng)力狀態(tài)及巖石強(qiáng)度的巖體作進(jìn)一步細(xì)化，由于Q系統(tǒng)中沒(méi)有直接涉及巖石強(qiáng)度的參數(shù)，但是其對(duì)洞室的影響是通過(guò)應(yīng)力折減參數(shù)來(lái)表現(xiàn)，見表7。

表4 節(jié)理粗糙度對(duì)應(yīng)的取值標(biāo)準(zhǔn)Jr

表5 節(jié)理面風(fēng)化蝕變狀況對(duì)應(yīng)的取值Ja

表6 地下水影響系數(shù)Jw取值標(biāo)準(zhǔn)

3 Q系統(tǒng)分類法與其他分類方法的不同點(diǎn)

在Q系統(tǒng)圍巖分類中，其洞室的支護(hù)類型與Q值是緊密相關(guān)的，對(duì)于不同洞徑有一個(gè)開挖跨度、直徑、側(cè)幫高度與支護(hù)比ESR的比值而得到開挖洞室的當(dāng)量尺寸De，在取得圍巖的Q值后，可以查支護(hù)分類表以確定支護(hù)類型。

表7 應(yīng)力折減系數(shù)SRF取值

對(duì)比HC法、RMR法、BQ法、Q系統(tǒng)對(duì)巖石強(qiáng)度的取值沒(méi)有直接采用，同時(shí)節(jié)理的產(chǎn)狀與洞室走向的關(guān)系以及節(jié)理的出露部位對(duì)洞室穩(wěn)定的影響較大，但是在Q系統(tǒng)分類中沒(méi)有足夠的體現(xiàn)出來(lái)，但是該方法的計(jì)算直接與不同洞室開挖洞徑的支護(hù)類型對(duì)照，有助于指導(dǎo)我們的支護(hù)處理，甚為值得學(xué)習(xí)。

下面我們通過(guò)一個(gè)例子對(duì)Q系統(tǒng)的計(jì)算作一個(gè)對(duì)比。

某水電站工程的引水隧洞，圍巖為二云石英片麻巖，巖石微風(fēng)化，巖石強(qiáng)度25 MPa，巖體較完整，我們對(duì)其幾個(gè)部位做分析數(shù)值對(duì)比，見圖1～圖4。

圖1 （0+600）m工作面圍巖

圖2 （1+224）m工作面圍巖

圖3（3+870）m工作面圍巖

圖4 （4+630）m工作面圍巖

表8 分類計(jì)算參數(shù)

表9 相應(yīng)的圍巖分類類別

4 結(jié)語(yǔ)

在工程實(shí)踐中，常用在水電工程中的為HC法，在此我們可以借鑒于Q系統(tǒng)分類做對(duì)比，一般我們認(rèn)為Q系統(tǒng)分類與HC法分類的對(duì)照關(guān)系如表8，表9所示。Q系統(tǒng)圍巖分類方法對(duì)比HC法等可以發(fā)現(xiàn)，HC法更是對(duì)巖體本身?xiàng)l件參數(shù)的確認(rèn)及圍巖的劃分，對(duì)于人為參與的洞室開挖等在Q系統(tǒng)中有不同的反應(yīng)。

［1］GB 50487-2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］．

［2］GB 50218-94，工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［3］［加］Evert Hoek．實(shí)用巖石工程技術(shù)［M］．劉豐收，譯．鄭州：黃河水利出版社，2009．

［4］Nick Barton and Associates．Some new Q value correlations to assist in site characterisation and tunnel design．International Journal of Rock Mechanics ＆ Mining Sciences，2002(36)：185-216．

［5］《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì)．工程地質(zhì)手冊(cè)［M］．第4版．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010．

The understanding of Q system classification method of engineering geological surrounding rock

LI Hong-bi1GENG Hai-yang2

(1．Neijiang Normal University，Neijiang 641112，China; 2．Sichuan Province Qingyuan Engineering Consulting Co．，Ltd，Chengdu 610072，China)

This paper analyzed in detail the selection of Q system parameters through comparing the classification method of different engineering geological surrounding rock，and described the using of Q system in surrounding rock classification，provided basis for stability decision of surrounding rock in engineering，in order to determine the reasonable supporting scheme．

surrounding rock，classification，Q system，parameter

TU457

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.004

1009-6825(2013)10-0075-03

2013-01-28

李洪碧(1980-)，女，碩士，助教; 耿海洋(1981-)，男，工程師