《工程岩体分级标准》与Q分类法、RMR分类法的关系及变形参数估算

通过对不同工程的100多个现场实测数据的统计分析,研究了国标《工程岩体分级标准》与Q系统分类方法、RMR分类方法之间的关系,提出了表达它们之间关系的公式和对照表。研究了国标工程岩体质量[BQ]值与岩体变形模量之间的关系,提出了由工程岩体质量[BQ]值估算岩体变形模量的经验公式。     

岩体分级BQ与RMR的关系及其力学参数估计

在国标《工程岩体分级标准》（GB50218—94）岩体质量分级的基础上,提出了岩体基本质量指标BQ的简化计算方法。根据规范中建议的岩体物理力学参数取值范围,编制了各参数与BQ关系曲线图,通过非线性拟合分析,建立了各物理力学参数与BQ之间关系的经验公式。基于内摩擦角等效原则,通过比较已有的分别用RMR和BQ表达的岩体内摩擦角经验公式,推导出1个BQ和RMR之间的关系方程。同样基于变形模量等效原则,通过比较已有的分别用RMR和BQ表达的岩体变形模量经验公式,推导出4个BQ和RMR之间的关系方程。这5个关系方程与实测结果进行了比较分析,得到了上限线和下限线方程;由内摩擦角等效获得的关系方程趋势较好,取上限线和下限线的中间线对其进行修正,得到了本文建议的RMR和BQ之间的关系方程。     

基于GSI系统的岩体变形模量取值及应用

 在分析岩体的变形特性时,岩体变形模量是一个非常重要的参数,一般要通过现场试验来确定。但利用现场试验直接确定岩体变形模量时,具有时间长、代价高以及试验结果可靠性差等缺点。E. Hoek利用地质强度指标GSI,通过大量现场试验数据的分析研究,建立一种新的估算岩体变形模量的公式。分析这种最新计算岩体变形模量的方法,并通过对岩体结构特征和结构面表面特征的定量描述,对GSI系统进行量化取值,特别对岩体体积节理数Jv的取值进行深入分析。最后通过实际工程的运用,研究应用这一方法的具体过程。最后通过与现场试验结果进行对比,分析这一方法的合理性。     

基于原位试验和规范的岩体抗剪强度与Hoek-Brown准则估值比较

 简要论述目前岩体抗剪强度确定方法,以黄河上游玛尔挡水电站坝基岩体为例,在岩体质量分级基础上,引入规范建议值及现场原位大型剪切试验结果,建立岩体抗剪强度指标与BQ岩体质量分级的相关关系。同时利用实测资料建立BQ与GSI的相关关系,运用Hoek-Brown准则估算各试验点岩体的抗剪强度指标。结果表明,采用该研究成果较符合工程实际,而采用Hoek-Brown准则估算的等效内摩擦因数偏小,黏聚力则偏大很多。误差分析表明,这一结果主要是由Hoek-Brown准则中最小主应力的取值范围引起的,据此提出公式应用中需注意的问题及相应解决方法。     

国标《工程岩体分级标准》的应用与进展

 依据已发表的与《工程岩体分级标准》(GB50218-94)(简称《国标》)相关的各类文献成果的整理与分析,对《国标》执行以来的工程应用实践效果、《国标》与RMR,Q系统及HC法等分级方法的相关性、在行业标准制订上的推动作用、以及基于《国标》的研究方法进展及相关完善建议等进行总结和综述。基于多个工程200余组实测数据的统计分析,给出《国标》BQ值与RMR分值间的综合统计回归公式,对《国标》BQ法与RMR法级别划分的对应性进行验证。研究表明,该分级方法体系严谨,具有很强的科学性和可操作性。利用岩体基本质量指标BQ,减少分级的主观性,提高分级的精度,降低工作难度,方便不同设计阶段的工程应用。另一方面,在已有实践基础上,有必要对该分级方法作进一步的修订和完善。     

武广客运专线灰岩残积层红粘土变形参数研究

地基土的变形模量是地基变形计算中的重要参数,一般要通过代价昂贵的平板载荷试验来获取。而室内试验虽可方便地获取土的压缩模量,但因取样过程中的扰动,致使压缩模量与变形模量之间并不符合理论关系公式。我们基于室内试验与现场平板载荷试验的对比分析,结合已有经验公式,得出适用于武广客运专线红粘土路段的变形模量经验取值公式,为由室内试验参数估算现场土体的变形模量提供理论依据。     

基于纵波波速的边坡岩体变形模量参数研究

岩体变形模量是岩体工程设计中一项非常重要的参数。传统现场原位测试方法不但耗时长、代价高,且代表性较差,往往不可能大量开展。在详细阐述基于纵波波速评价岩体变形特性可行性的基础上,分析国内外岩体质量分级、各级岩体变形模量与纵波波速的对应关系,最后基于大量硬质岩体原位变形试验与相应纵波波速测试资料,建立起具有良好实用价值的岩体变形模量与纵波波速间经验定量关系,并得到实例检验。     

国标岩体分级标准BQ的图解法表示

《工程岩体分级标准》(GB50218—94)作为适用于各类型岩石工程的岩体分级标准,其采用定性与定量相结合的分级方法,在不同岩体工程行业中得到广泛应用。但因其定性描述内容繁杂,分级依据相对笼统;定量指标BQ计算时需考虑相应限制条件,使得实用性受到一定限制。基于此,介绍应用图解法表示国标岩体分级标准BQ,将岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv作为纵、横坐标,同时将2个限制条件考虑进去,建立可反映岩体级别的BQ折线图。经工程实例验证表明,此方法可较方便、快捷、准确地确定待评估岩体质量级别。此外,针对BQ法局部定性特征描述与定量指标不一致的情况,利用图解法结果对BQ法岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv的定性划分提出相应优化建议,较原有分级标准,优化后的定性分级与岩体质量评价值的吻合度提高3%～12%。最后,对BQ图解法分级指标值的选取、修正因素对图解法评价结果的影响作有益讨论与图解表示,该研究思路与结果可为后期修正优化国标BQ法提供一定借鉴作用。     

乌东德坝基岩体变形模量与波速相关性及应用

坝基岩体变形模量是拱坝设计最重要的参数之一,实际中由于受到资金、时间、尺寸效应等限制,承压板试验不可能大量开展,工程常采用岩体变形模量与波速之间的相关关系来估算坝基岩体变形模量以评价其工程地质特性是否满足建坝要求。在乌东德水电站坝基边坡开挖工程中,开展了钻孔变形模量和声波测试。乌东德坝基为典型层状岩体,左岸坝基及河床岩体测试孔方向与层面走向近平行,右岸坝基岩体测试方向与层面近垂直,分析表明坝基岩体中有明显充填特征层面对岩体变形模量值和声波值具有不对称影响。结合测试钻孔高清电视选择合理数据,建立了坝基岩体变形模量与单孔声波二者之间的相关关系。通过与坝基岩体的承压板试验成果对比验证,所建立的相关关系是符合实际地质条件的。将该方法应用于大坝坝基深部岩体变形参数估算及坝基表层松弛岩体灌浆处理效果评价工作中,证明是可行的有效方法。本文的研究成果为坝基岩体变形特征的评价提供科学依据,对高拱坝坝基工程勘测设计具有重要的理论和实践意义。     

三峡工程永久船闸边坡岩体宏观力学参数的尺寸效应研究

采用室内及现场岩体力学试验,建立E－Vp关系、工程岩体分级、计算机模拟试验以及边坡位移监测成果的反演分析等手段,对三峡永久船闸边坡卸荷带岩体变形参数进行研究,建立了岩体变形模量与岩体尺寸之间的关系,研究成果表明永久船闸高边坡岩体宏观力学参数具有明显的尺寸效应。     

金安桥水电站岩体变形模量参数的分析研究

中国水能资源的丰富和开发程度较低的国情,决定了加快水电开发的迫切性。国内外一系列大中型水电工程的开发建设,存在的大量工程地质问题使人们逐渐认识到岩体力学参数选取的重要性。据有关资料显示,国际上大坝失事40%是由岩体力学参数选取不合理造成的,如法国的布泽(Bouzey)坝、美国的奥斯汀(Austin)坝等。结合金安桥水电站现场岩体变形模量及相关成果数据,与各种变形模量参数分析的方法,进行了变形模量与声波的关系研究,变形模量的经验估算法研究,变形模量的分形、分类研究。合理的变形模量参数的选取,是工程投资和安全风险博弈的岩体力学参数选取的重点。     

大岗山水电站坝区岩体的刚性承压板试验研究

 压板试验是承一种应用广泛的测定岩体变形参数的现场试验方法,根据中国水电顾问集团成都勘测设计研究院在大岗山水电站坝区现场进行的直径达1 m的刚性承压板变形试验资料,详细介绍试验点岩体的加卸载变形关系曲线,根据推导的深部岩体压缩变形公式,计算出了坝址区左右岸试验点岩体的弹性模量、变形模量和等价变形模量等变形参数。通过回归分析,获得坝区试验点岩体的声波波速与变形模量的回归经验方程和高度显著的回归拟合曲线。现场承压板试验的计算分析结果表明：坝区左右岸辉绿岩脉地层的变形参数较小,岩体的压缩变形主要集中在辉绿岩脉软弱夹层上,右岸试验点岩体的变形参数总体小于左岸。这些试验分析结果为有效揭示坝区岩体力学参数的变化规律提供了重要依据。     

基于钻孔测试的岩体抗剪强度参数取值方法及其工程应用

针对岩体抗剪强度参数取值问题,提出一种利用钻孔测试成果获取岩体抗剪强度参数新方法和新途径。该方法首先建立岩体地质强度指标GSI值与岩体基本质量指标BQ值、岩块饱和单轴抗压强度、岩块天然纵波波速的数学关系式,而后采用钻孔电视对钻孔岩体进行分段。在此基础上,利用钻孔声波和室内岩芯试验等测试成果计算得出相应岩段的BQ值及GSI值。最后,运用Hoek-Brown强度准则,得到每段岩体的抗剪强度参数。经工程应用并对比现场岩体剪切试验结果,本方法在确定岩体抗剪强度参数上具有较好的可靠性。     

基于统计岩体力学的隧道围岩分级方法

国标《工程岩体分级标准》(GB50218—94)在隧道设计阶段应用广泛,但是由于地质条件的复杂性及岩体各向异性的影响,不能精准预测施工阶段隧道围岩等级。本文基于统计岩体力学提出了针对隧道施工阶段的围岩分级方法,即通过现场岩体结构面统计和岩石力学试验,获取结构面参数和岩石力学参数,应用统计岩体力学强度理论及本构理论,获得具有各向异性特征的岩体弹性模量参数E_m,进而应用经验公式换算得到BQ值,从而确定隧道围岩基本分级。在实例中,小盘岭2号隧道GDK347+360里程处围岩设计分级为Ⅲ级;应用此方法重新分级的结果为Ⅳ级,低于设计分级,这与现场观察和监测的围岩性状吻合,说明本方法在隧道施工阶段能较为客观地反映围岩性质。以上研究结果表明,在含碳泥质板岩隧道围岩施工阶段岩体分级过程中,本方法具有良好地适用性。     

地震作用下岩石动态力学参数估算方法探讨

岩体在地震作用下的动态力学参数是对岩石工程准确地进行地震稳定性分析的基础。在探究地震作用下岩石材料合理应变速率基础上,利用动态力学试验与岩体力学参数的经验估算方法,讨论考虑地震作用的岩石动态力学参数估算问题。结果表明:(1)对于依托工程而言,相应的地震代表性应变速率为10~(-2)～5×10~(-2)/s。这一应变速率范围介于准静态和传统上的"中等应变速率"之间。(2)对动力学试验结果进行拟合时发现,强度包络线的形状并不随着应变率的增加而变化,仅有强度包络线截距变化。基于此提出考虑动态应变速率的地震动态强度参数估算经验公式,可在静态参数和应变速率的基础上估算考虑地震作用的动态强度参数。(3)基于HoekDiederichs经验公式,给出地震作用下岩体动态模量的估算方法。(4)最终,结合岩体的地震动态强度参数与模量参数的估算方法,提出考虑地震作用的岩石动态力学参数估算方法。并以白鹤滩水电站岩体为例,对这一方法进行了说明。     

断续节理岩体渐进破坏数值模拟方法及等效力学参数的测定

工程岩体分级标准一般不考虑工程岩体的本构关系,仅提供黏聚力和内摩擦角,岩石的力学参数及现场小尺度的试验结果也不能直接用于工程计算。针对这一问题,利用岩石及结构面的实测参数建立含随机裂隙的岩体数值模型,模拟裂隙岩体渐进破坏过程,并获取岩体等效力学参数的数值模拟方法。计算结果证实,考虑地应力及卸荷条件下,计算获得的岩体强度参数较基于工程岩体分类体系的经验值高30%~50%,各风化、卸荷区结论一致,数值模拟获得的岩体卸载变形模量与工程实测值反演获得的变形模量一致。采用数值模拟方法获取岩体破坏模式、本构关系及相应的强度、变形参数是可行的。     

基于Copula理论岩体质量Q值及波速与变形模量多变量相关性研究

 以锦屏I级水电站坝址大理岩岩体原位变形试验和勘察结果为例,在分析岩体变形模量 、纵波波速 以及岩体质量指标Q值间的两两相关关系的基础上,利用Copula函数能够描述多变量相关性的优点,构造了拟合 , 和Q值间关系的最优Copula函数,并在岩体变形模量估值中进行运用。研究结果表明,三维Clayton Copula函数是拟合岩体波速 ,Q值和变形模量 间相关关系最优Copula函数。利用构造的 - -Q间关系的最优Copula函数求条件概率,可在已知岩体 和Q值条件下计算其他方法对变形模量估值的保证率,或者计算具有一定保证率的岩体变形模量估值,得到具有最优拟合的变形模量估值。该方法建立多因素间的相关关系,使现场试验和勘察的数据得到充分利用,为建立岩体变形模量与岩体参数间相关关系及估值提供一种新的途径。     

岩体基本质量定量分级标准BQ公式的研究

自1995 年7 月1 日起,我国施行“工程岩体分级标准”GB50218 94 ,该标准为强制性国家标准。本文论证了该标准中岩体基本质量定量分级BQ 公式的主要问题:分级因素,分级挡数和分级模式。介绍了以9 变量103 项岩体工程的野外和实验室测试数据为基础,通过相关分析,聚类分析,逐步回归和逐步判别等多种数学手段获得 BQ 公式的理论依据     

基于静力触探测试的深基坑工程土体设计参数应用研究

为确定深基坑工程中强度指标和变形参数输入的精确性，以红安恒大文化旅游康养城项目DC02地块岩土工程勘察为研究背景，通过原位测试的方法，各个土层的静力触探数据进行采集，并基于静力触探试验强度指标和变形参数拟合公式对各参数进行计算，并与室内试验结果进行比较。结果表明，静力触探试验得到的粘聚力值与内摩擦角均比室内试验快剪试验得到的粘聚力值和内摩擦角小，室内试验强度指标得到的土压力偏大；针对各土层压缩模量，由静力触探试验和室内固结压缩试验观测得到数值，两者具有显著的线性回归关系。     

基于质量分级的岩体变形模量统计

 收集筛选920个现场岩体变形模量试验值样本,按质量级别分别统计,据此给出各级别岩体变形模量试验值范围,将统计结果与《工程岩体分级标准》(GB50218–94)取值对比,为标准修订提出建议。收集114个岩体变形模量地质建议值样本,也按级别分别统计,据此给出各级别岩体变形模量地质建议值范围,将地质建议值统计结果与《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487–2008)取值对比。统计及对比结果表明：《工程岩体分级标准》(GB50218–94)中,II,III级岩体变形模量分界线量值偏高;针对IV,V级岩体变形模量分界线,《工程岩体分级标准》(GB50218–94)给出的试验值界线与《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487–2008)给出的地质建议值界线不协调;下阶段修编过程中需对以上问题加以关注。为增加《工程岩体分级标准》(GB50218–94)实用性,建议将各级别岩体变形模量地质建议值取值范围也纳入其中。