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。     

岩体变形参数确定的经验方法研究

在岩体工程变形分析和稳定性评价时,确定合理的岩体变形模量至关重要。现场试验可直接确定岩体的变形模量,获取的数据相对可靠,但是所需周期长、费用高,当现场试验受到各种制约条件而无法进行时,通过工程岩体分级指标估算岩体变形参数的经验方法,不失为一种经济实惠的选择。目前,国外已有大量学者通过对岩体分级方法的研究,得到了相应的岩体变形参数计算的经验公式,但在国内相关研究的开展则较少。《工程岩体分级标准》是我国岩体分级的国家标准,自1994年颁布以来,在国内岩土工程界得到了广泛的应用,但基于此分级方法来进行岩体变形参数估算方面的研究则相对较少,因此研究基于国标工程岩体分级指标预测岩体变形参数的经验公式具有广泛的应用价值。通过参考国外节理岩体变形模量的经验确定方法,吸取了相关的经验和成果,在搜集国内大型水利水电工程现场试验成果与工程岩体分级指标等相关成果基础上,结合数理统计原理,通过相关性分析,得到基于国标《工程岩体分级标准》BQ值估算岩体变形模量的经验公式。为提高预测岩体变形参数的准确性,通过对实测数据统计分析,得到了根据BQ指标、岩块弹性模量Ei估算岩体变形模量经验公式,并经三峡工程现场变形试验数据验证了该经验公式的可行性。上述研究成果为通过BQ指标估算岩体变形模量提供了一条合理的量化途径。     

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。     

乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法

采用同一单元不同尺寸岩体的变形和声波试验研究，建立了岩体变形模量与波速之间的关系，用“一击双收”弹性波方法建立了岩体波速与面积之间的关系，实现了岩体变形模量由“点”到“面”的有机联系，同时研究了适合该工程岩体的变形试验方法，提出了坝基岩体大面积宏观变形参数。     

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。     

基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法

 对于线路工程上具有普遍性的岩质边坡,因数量多,范围广,工程勘察深度相对较浅。依据规范的测试和试验,建立一种基础性岩体质量评价方法,实现边坡工程岩体分级,并根据行业要求与经验提出支护措施,对提高岩质边坡工程设计与施工的科学性无疑具有重要的意义。针对现有的《工程岩体分级标准》(GB50218-94)没有涉及边坡工程岩体分级,在深入研究和系统消化边坡工程岩体分级成果基础上,提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法(简称BQ-RSlope方法)。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。结合4个边坡工程10个坡段的应用性验证,表明依据文中方法获得的各边坡坡段的岩体质量分级以及该基于质量指标对边坡稳定性的评价结果与工程实际总体相符,提出的依据BQ的岩质边坡工程岩体分级方法是合适的。     

某水电站坝基岩体变形模量与波速相关性研究

坝基岩体开挖过程中，需要快速简便的测试方法测得岩体的变形模量和波速，以满足建基岩体验收的需要。在构皮滩水电站坝基开挖工程中，开展了钻孔变形和声波测试，得到建基岩体的变形模量值和声波波速值，建立了二者之间的相关关系．后者已全面应用于大坝建基岩体的验收工作，并证明是可行的有效方法。基岩固结灌浆后只需快速测得岩体的声波波速，就可根据钻孔变形模量与声波波速之间的相关关系，很方便地计算岩体变形模量，为坝基的快速验收提供依据。     

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。     

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。     

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。     

考虑多因素影响的双线隧道初支极限相对位移模型研究

隧道初支极限相对位移U0/U是围岩及支护系统稳定性评判的重要指标。相关规范规定不同围岩级别和埋深下初支极限相对位移的取值范围,给围岩稳定性评判提供一定的灵活性。为更精确地得到不同岩体力学参数和隧道设计参数下的U0/U值,采用有限差分法研究跨度B对[BQ]值的修正系数K4,在工程岩体BQ分级法基础上建立了岩体质量修正指标[BQ]－B;采用多元非线性回归技术,拟合双线隧道拱顶和拱脚处U0/U与[BQ]－B、埋深h的关系式,建立多因素影响下的双线隧道初支极限相对位移模型,该模型综合考虑多种因素对U0/U的影响,并能给出U0/U的定量值,弥补现行规范的不足,为准确评判围岩稳定性提供新的方法与思路;同时其确定的函数关系也有助于信息化编程和应用。采用山平高速公路隧道多个断面的实测数据,验证所建模型对深埋软岩、浅埋黄土、深埋硬岩中等跨度隧道的适用性,为类似隧道的施工和监测提供借鉴意义。     

乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法

采用同一单元不同尺寸岩体的变形和声波试验研究 ,建立了岩体变形模量与波速之间的关系 ,用“一击双收”弹性波方法建立了岩体波速与面积之间的关系 ,实现了岩体变形模量由“点”到“面”的有机联系 ,同时研究了适合该工程岩体的变形试验方法 ,提出了坝基岩体大面积宏观变形参数     

岩块卸荷效应与工程岩体质量评价

工程岩体质量评价是地下洞室工程选址、设计必须回答的主要工程地质问题,在许多常用的岩体质量评价方法中,岩体的完整性指数是一个重要评价指标,而由于岩芯卸荷效应和室内、原位波速测试的频率差异方面的原因导致岩体完整性指数不能够准确的表示岩体的完整程度,有时甚至会产生岩体完整性指数大于1的不合理的现象。论文针对以上问题开展岩块波速应力关系相关的试验,研究岩块的波速应力关系,提出岩块卸荷指标和频率修正系数2个因子对岩体完整性指数计算公式进行修正,进而对国标BQ岩体质量分级法进行改进。最后将改进的BQ岩体质量分级法在黄岛地下水封石油洞库工程中进行应用,评价结果表明场区绝大部分岩体质量都为I级或II级。     

煤矿巷道围岩稳定性快速评价方法研究

建立了煤矿巷道施工过程中围岩岩体结构的快速描述方法,提出了巷道围岩稳定的快速调查体系;通过实例说明,对围岩不稳定块体的定位方法,提出了运用SASW软件和赤平投影方法快速计算其稳定性;将水电系统的围岩分类方法BQ分类引入煤矿巷道围岩质量分级体系,建立了岩体回弹值和岩体抗压强度之间及RQD值和完整性系数之间的量化关系,通过测量岩体RQD值和回弹值即可快速确定质量级别;根据巷道围岩的失稳模式,即块体失稳和围岩变形失稳,分别提供了快速支护方式方法,为煤矿巷道围岩失稳岩体的支护设计提供了依据.     

基于BQ的破碎岩体注浆加固强度增长理论

正确评估破碎岩体注浆加固后的强度对于岩石工程设计十分重要。基于莫尔库仑强度准则,建立了注浆前后破碎岩体强度增长理论,推导出单轴抗压强度增长率、单轴抗拉强度增长率、内摩擦系数增长率和内聚力增长率之间的关系方程。根据已有的基于BQ的岩体内聚力和内摩擦角的经验公式,推导出注浆后破碎岩体内摩擦系数增长率和内聚力增长率随岩体质量指标增长量（ΔBQ）变化的表达式。再根据已有的注浆后破碎岩体单轴抗压强度增长率的经验公式和各强度增长率之间的关系方程,得到隐含ΔBQ的非线性方程,可通过数值解法求出了ΔBQ的值,进而很容易求得各强度增长率的值。分析表明,随着岩体质量指标由小到大变化,注浆后强度增长率开始较大,并很快减小,而后趋于平缓;一般情况下,内聚力增长率约为摩擦系数增长率的2～5倍,单轴抗压强度增长率约为单轴抗拉强度增长率的2～3倍。     

裂隙岩体精细结构描述及工程特性数值试验

 基于裂隙的空间形态及分布的统计特性,应用裂隙网络随机模拟技术,建立工程裂隙岩体的数字化岩体模型,并编制程序实现自动化建模。利用GeoCAAS程序进行裂隙岩体数值试验研究,发展了研究裂隙岩体的力学和水力学特性以及两者关系的方法。主要探讨裂隙岩体变形模量和渗透系数随裂隙迹长变化而演化的规律,并进一步分析变形模量和渗透系数之间的关系。     

岩体分级方法在水布垭地下厂房工程中的应用

以国家标准《工程岩体分级标准》为主，Q系统分类、RMR地质力学分类方法为辅，对清江水布垭水利枢纽地下厂房岩体进行了质量分级，使这些分级方法在沉积岩中得到了应用，同时，建立了国标分级结果与支护方式之间的关系。     

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。     

工作应力状态下岩体变形模量的研究

工程岩体力学参数的大小与围压有着密切的关系。对于工程实践而言,用于工程设计的岩体参数值,应该反映该岩体工程在工作应力状态下的性状。以原位载荷试验结果推测拱坝工作状态下受力岩体的变形模量为例,推导了以初始地应力表达的原位试验试样的围压公式和受力岩体在工作应力状态下的围压公式,建立了原位试验结果与围压之间的关系。并将这种根据原位试验结果推求受力岩体在工作应力状态下的变形模量的方法用于计算黄河2号水电站高拱坝坝基(肩)岩体的变形模量,其结果是合理的,可以用于工程设计实践中。     

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。