岩石的性质及工程分级岩体和岩石岩块的区别

随着世界经济的迅速发展，全球能源需求的不断提高，焦炭在能源结构中30%，是全球经济发展的重要动力。我国是全球最大的焦炭消费国,能源消费结构中焦炭占70%(油气为20%,其它为10%)，2010年原煤消费量达到31亿t,占全球消费数量的50%。据预测，2050年我国焦炭消费需求量将分别达到42亿t,仍将占居重要地位，具备不可取代性。为此，焦炭开采是关系到国家能源安全和国民经济持续发展的重要基础产业。第一章岩体的性质及安装工程分级地层：指岩体安装工程周围较大范围内的自然地质体岩石=岩块+弱面（层理、节理、断层）第一节岩块、岩体和岩体1.岩块、岩体和岩体岩块：从地幔岩层中切取下来的小块体，一般是指岩体材料。岩体：不分岩块与岩石时的统称。岩块性质：矿物：矿物成份、颗粒大小、结构等；地理性质：密度、水理智、孔隙性等。硬度：抗拉硬度、抗拉硬度、剪切硬度等；变型：弹性挠度、泊松比；弱面性质弱面包括层理、节理、断层等。性质包括：剪切硬度、方位、距离、硬度、张开度、充填性、风化性、粗糙性等岩体材料的性质对岩石性质影响很小，而弱面控制着岩石的性质比如：岩石压缩时，破坏是顺着已存在的弱面发生的；在拉伸时，因为弱面的存在，硬度很小。

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2.岩石和通常建筑材料的比较常用建筑材料的特征岩石的特征连续的不连续的均质的非均质的各向同性的各向异性的线弹性的非线弹性的第二节岩体化学性质一.岩体的比重与密度1.相对密度（比重）：2.密度（坍落度）（kN/m3）：通常地，岩体坍落度越大，其电学性质越好。G--烘干岩体品质，VC-----实体岩体容积ρWV水的密度ρC岩体干密度，ρ岩体湿密度，G1岩体试件品质，V岩体试件容积二.岩体的孔隙性-----密度与硬度增加，风化速率加速1.孔隙度（率）n2.孔隙比e影响硬度及风化速率1.吸水率2.透水性(Darcy定理)qx－沿x方向的流量；h－水头的高度；A－平行于x方向的截面面积；k－渗透系数。（大坝、地热、储存等）三.岩体的水理性质-----孔隙量、大小、开闭及分布尺度、浸水时间地下水水头、应力场3.软化性Rcw－水饱和岩体的双向抗拉硬度；Rc－烘干岩体的双向抗拉硬度；4.膨胀性和溃散性硬度越大，软化系数越大膨胀压力治污四.岩体的碎胀性-----采用装载、运输、提升等设备岩体名称砂、砾岩砂质黏土中硬岩体坚固岩体煤碎胀系数k~~~~<锋利程度、块度大小、堆积排列状况第三节岩体电学性质实验所需的试件应当加工成标准的圆锥形，其高与半径之比应当介于~之间，试件的半径最好不要少于50mm。 #

试件的半径应当起码是岩体最大颗粒半径的20倍。1.岩体的单轴压缩全挠度—应变曲线单轴压缩实验设备静载岩体的变型特性（1）O-A段Ⅰ：节理压密闭合阶段，（2）A-B段Ⅱ：线弹性阶段，B点-屈服点（3）B-C段Ⅲ：断裂发展阶段，C点-极限抗拉硬度（4）C-D段Ⅳ、Ⅴ:软化阶段，为隧洞支护作用阶段弹模值：E=20~50GPa，为软钢弹模（）的10~24%；模量：，理想塑性材料2.岩体在三轴压缩条件下的电学性质从挠度状态看：三向抗拉硬度＞单向抗拉硬度＞双向抗拉硬度3.岩体的硬度（P10）研究岩体的硬度的意义⑴岩石的硬度是各类岩体分类（级）中的重要人数指标。⑵作为硬度(安全)准则，判断所估算或测量的岩土安装工程是否稳定.岩体的硬度特性⑴多数状况下，岩体表现为延性破坏（大于3％的应变）；⑵强度影响诱因：成份、颗粒大小、胶结、生成条件、层理结构、孔隙度、温度、湿度、重度、风化程度、受力状态和时间。⑶在不同的挠度状态下，岩体的各类硬度极限不同，相差悬殊从挠度性质看：双向抗拉硬度＞双向抗剪硬度＞双向抗弯硬度＞双向抗压硬度（双向抗拉硬度≈10倍双向抗压硬度）。从挠度状态看：三向抗拉硬度＞单向抗拉硬度＞双向抗拉硬度5、岩石的强度静压入强度----压入法，回弹强度----物落法6、岩石的可钻性（丝锥进尺、每米炮眼磨钝丝锥数）7、岩石可爆性（单位容积岩体火药消耗量）第四节岩石安装工程分类分级目的：评价岩体的稳定性，确定支护方案和支护参数，选择施工方式，进行施工决算。 #

遵守的主要原则（1）分类方式要简略，含意要明晰。（2）分类应具科学意义和实用价值。（3）分类指标不易过多并应容易斩获。（4）分类抒发出岩石的基本特征和影响地壳稳定性的主要诱因。（5）分类方案应展现超前预报性，提早了解隧洞回填后土层稳定状态。分类指标：（1）岩体硬度：单轴抗拉硬度为地壳稳定性评价的重要指标。（2）结构面：组数、密度、产状、延展性、结构面内物质成份等。（3）水对岩石的影响：岩石遇水后可以发生泥化、崩解、碎裂，导致地壳膨胀并大大增加硬度。（4）原岩地应力状态：对地壳稳定性影响最大的是最大主蠕变。在缺少地应力资料时，可采用γH值。普罗托奇亚可夫于1926年提出：共界定为10级15种。抒发方式简略，使用十分便捷。因而1954年至1972年这一阶段，我国铁道、水电、冶金、煤炭、机械、建工、军工等部委都选用了普氏分类。存在问题：仅考虑的是岩体硬度（单轴抗拉硬度），没有考虑地层的完整性、岩体结构、弱面特点诱因，不能完整地评价岩体的稳定性。1.普氏系数分类法依据f值的大小，我国焦炭系统按岩体坚实性将煤岩分类为：软煤：f＝1～硬煤：f＝2～3软岩：f＝2～3中硬岩：f＝4～6硬岩：f＝8～10坚固岩体：f＝12～14最坚固岩体：f＝15～202、RQD岩芯品质指标法中国蒙牛诺斯学院狄勒（Deere）在1964年产生该标准，但直至1967年才以出版的方式首次提出该概念。 #

RQD是一修正的岩芯取出率，仅考虑宽度小于100mm的完整岩芯。=（10cm以上岩芯累计宽度/钻芯宽度）×100%RQD指标在中国及东南亚有广泛应用，它是评估岩芯品质的简略、费用省并能重现的方式。虽然RQD是一简易的开销不多的标准，但因为它并不考虑不连续面的挠度、方向、连续性及充填材料的影响岩石风化程度与抗压强度关系，所以不能单独提供对岩石的充分描述。RQD（%）﹤2525～5050～7575～9090～100岩体品质很差差通常好优秀（1）概念开巷后：（1）隧洞周边挠度集中；（2）岩体硬度增加(三向挠度状态→两向挠度状态）（3）回填扰动等基岩挠度与岩体硬度的关系发生变化（少于则破坏，等于为极限平衡，大于则稳定）；3.土层松动圈分类法（美国西大董房庭博士提出）（2）理论剖析（3）松动圈声测方式及原理声测法检测基岩松动圈的地理基础，是各种岩体中声波速率不同，同种岩体则随断裂程度的提高，声速降低。（4）基岩松动圈分类基岩松动圈分类有三个突出特点：（1）跨过了地应力、围岩强度、结构面性质测量等困难问题，但又注重把握了他们的影响结果，即松动圈是一个综合指标；（2）松动圈系实测所得，未在重要方面作任何假定；（3）松动圈大小很容易用声测法荣获，确定支护参数时直观简略，现场应用非常便于。 #

4.按基岩变型量分类陆士良博士依据基岩变型量的大小和维护的难易程度，将采区隧洞岩体分为五类：隧洞维护现状基岩平均变型速率，mm/d基岩变型量，mm容易中等困难极难＜11~22~4＞4＜~~1000＞1000美国焦炭科学研究院建井所段振西博士提出以路堤的变型量大小分类岩体的理论及技巧5.按施工还要分类1988年，焦炭工业部依据全省58条实验隧洞的地质特性、井巷开拓后岩体的稳定状态。共为五类：国家技术监督局与建设部于1995年联合公布《工程岩石分级标准》，适用于各种型岩体安装工程，计囊括103个岩体安装工程案例。该分级标准主要以“岩体基本品质”代表岩石质量，并据此进行地层强弱分级。主要衡量岩体坚固程度与完整程度两个基本诱因，进行地层基本品质定性特点分级描述，以及岩石基本品质指标－BQ值的估算，依循做为岩石初步分级基准。BQ＝90＋3Rc+－岩体单轴饱和抗拉硬度，MPa；KV－地层完整性指数＝（地壳弹性纵波速率/岩体弹性横波速率）26.《工程岩石分级标准》针对各种安装工程岩石特征，考虑其他环境条件下影响，对前阶段已获取的BQ值进行修正，荣获地层基本品质指标修正值－[BQ]值，并据此进行各种安装工程岩石之具体分级。 #

[BQ]＝BQ－100×（K1+K2+K3）K1－地下水影响修正系数；K2－主要懦弱结构面产状影响修正系数；K3－初始挠度状态影响修正系数。地层基本品质级别地层基本品质的定性特点地层基本品质指标BQ值或[BQ]值I坚固岩：岩石完整＞550II坚固岩，变质岩较完整较坚固岩，变质岩完整550～坚硬岩，变质岩较破碎较坚固岩或软硬岩互层，砾岩较完整较软岩，变质岩完整450～351Ⅳ坚硬岩岩石风化程度与抗压强度关系，变质岩破碎较坚固岩，变质岩较破碎～破碎较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，地层较完整～较破碎软岩，变质岩完整至较完整350～251Ⅴ较软岩，变质岩破碎软岩，变质岩较破碎～破碎全部极软岩及全部极破碎岩＜250《工程岩石分级标准》将岩石分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等三级，并针对不同跨径地下安装工程，绪论各级地层稳定能力。本章探讨题1．岩体、岩块、岩体的差别与联系。2．表示岩体地理性质的主要指标有什么？各对地层电学性质的有哪些影响？3．哪些是岩体的全挠度－应变曲线？阐述岩石在单轴压缩条件下的变型特点？4．在三轴压缩条件下，岩体的电学性质会发生什么变化？4．阐述岩体的硬度特性。5．怎样得到岩体的坚实性系数f？哪些是RQD分级法？6．按照土层松动圈的大小，坝体可界定为几类？这些分级法有何特点？