CN115169975A - 岩体质量及可崩性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩体质量及可崩性评估方法，包括建立岩体质量及可崩性连续化评价体系；建立评价体系中各个评价指标的连续性评价函数；对待分析的岩体评价并对评价指标进行处理；将处理数据修正得到岩体质量及可崩性评估得分；根据得分完成最终的岩体质量及可崩性评估结果。本发明建立实用性强的新评价体系，实现了现有常用方法体系下评价指标因素的综合与汇总；采用拟合函数法对主观指标进行量化，得到各因素指标的连续非线性评价函数，大大降低了传统方法中专家评价的主观性，有助于提高岩体质量评价和可崩性分析结果的客观性和准确度；而且本发明方法能够进行量化评估，简便性高，可靠性高、准确性好。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种岩体质量及可崩性评估方法。
背景技术
随着经济技术的发展，采矿工程、岩土工程等项目也越来越多。在土木工程的施工过程中，施工安全性一直都是首要要求。而对于工程岩体的质量及可崩性进行评估，是工程施工过程中至关重要的部分。
当前，岩体质量及可崩性的评价过程，一般是采用RQD、RMR、MRMR、Q***及BQ法等方法。其中，RQD作为单因素评价法，其结果可靠性相对较差，实际工程应用中可能存在一定误差。而RMR、MRMR、Q***及BQ方法均为多因素评价法，评价指标存在一定共性，其共性部分包括RQD、节理状况、地下水状况、节理面连续性、节理充填物等。虽然近年来国内外对这些方法进行了修正，提出了一系列改进的评价方法，并针对性的提出了基于开挖方法、结构面方向、应力应变特性的修正系数，但这类方法及基础的RMR、MRMR、Q***及BQ方法，其本质仍需依靠专家进行打分评价，且不同分值阶段并不连续，存在主观性强、无法量化、不连续、误差较大的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够进行量化评估，而且可靠性高、准确性好的岩体质量及可崩性评估方法。
本发明提供的这种岩体质量及可崩性评估方法，包括如下步骤：
S1.基于RMR89方法、RMR14方法、Q方法和MRMR方法，建立岩体质量及可崩性连续化评价体系；
S2.针对步骤S1构建的评价体系，建立评价体系中各个评价指标的连续性评价函数；
S3.对待分析的岩体，按照步骤S1构建的连续化评价体系进行评价；
S4.将步骤S3的评价指标值，采用步骤S2的连续性评价函数进行处理；
S5.将步骤S4得到的处理数据，基于结构面方向、开挖方法和围岩应力应变特性进行修正，计算得到岩体质量及可崩性评估得分；
S6.根据步骤S5的岩体质量及可崩性评估得分，完成最终的岩体质量及可崩性评估结果。
步骤S1所述的基于RMR89方法、RMR14方法、Q方法和MRMR方法，建立岩体质量及可崩性连续化评价体系，具体包括如下步骤：
岩体质量及可崩性连续化评价体系包括完整岩石的抗压强度指标、节理密度指标、节理面状况指标和地下水状况指标；
其中，完整岩石的抗压强度指标的总分值为15分，节理密度指标的总分值为40分，节理面状况指标的总分值为30分，地下水状况指标的总分值为15分；
完整岩石的抗压强度指标的评分规则为：
实际应用中点荷载强度及单轴抗压强度均作为完整岩石的抗压强度指标；优先采用单轴抗压强度σc作为完整岩石的抗压强度指标，且当点荷载强度小于1或单轴抗压强度小于25时必须采用单轴抗压强度作为完整岩石的抗压强度指标；
若点载荷强度PLSI≥10或单轴抗压强度σc≥250，评分为15；
若点载荷强度PLSI满足4≤PLSI＜10或单轴抗压强度σc满足100≤σc＜250，评分为12；
若点载荷强度PLSI满足2≤PLSI＜4或单轴抗压强度σc满足50≤σc＜100，评分为7；
若点载荷强度PLSI满足1≤PLSI＜2或单轴抗压强度σc满足25≤σc＜50，评分为4；
若点载荷强度PLSI＜1且单轴抗压强度σc满足5≤σc＜25，评分为2；
若点载荷强度PLSI＜1且单轴抗压强度σc满足1≤σc＜5，评分为1；
若点载荷强度PLSI＜1且单轴抗压强度σc满足σc＜1，评分为0；
节理密度指标的评分规则为：
若节理密度为0，评分为40；若节理密度为1，评分为34；
若节理密度为2，评分为31；若节理密度为3，评分为29；
若节理密度为4，评分为28；若节理密度为5，评分为27；
若节理密度为6，评分为26；若节理密度为7，评分为25；
若节理密度为8，评分为24；若节理密度为9，评分为23；
若节理密度为10，评分为22；若节理密度为11，评分为21；
若节理密度为12，评分为20；若节理密度为13，评分为19；
若节理密度为14，评分为18；若节理密度为15，评分为17；
若节理密度为16，评分为17；若节理密度为17，评分为16；
若节理密度为18，评分为15；若节理密度为19，评分为14；
若节理密度为20，评分为14；若节理密度为21，评分为13；
若节理密度为22，评分为13；若节理密度为23，评分为12；
若节理密度为24，评分为12；若节理密度为25，评分为11；
若节理密度为26，评分为11；若节理密度为27，评分为10；
若节理密度为28，评分为10；若节理密度为29，评分为9；
若节理密度为30，评分为9；若节理密度为31，评分为9；
若节理密度为32，评分为8；若节理密度为33，评分为8；
若节理密度为34，评分为7；若节理密度为35，评分为7；
若节理密度为36，评分为7；若节理密度为37，评分为6；
若节理密度为38，评分为6；若节理密度为39，评分为6；
若节理密度为40，评分为5；若节理密度为41，评分为4；
若节理密度为42，评分为3；若节理密度为43，评分为3；
若节理密度为44，评分为2；若节理密度为45，评分为2；
若节理密度为46，评分为1.5；若节理密度为47，评分为1；
若节理密度为48，评分为1；若节理密度为49，评分为0.5；
若节理密度为50，评分为0；
节理面状况指标包括连续性指标、张开度指标、粗糙度指标、充填物指标和风化指标；具体的评分规则为：
连续性指标：迹线长度DL，单位为m：
若迹线长度DL＞1，评分为6；
若迹线长度DL满足1≤DL＜3，评分为4；
若迹线长度DL满足3≤DL＜10，评分为2；
若迹线长度DL满足10≤DL＜20，评分为1；
若迹线长度DL满足DL＞20，评分为0；
张开度指标：张开度DA，单位为mm：
若未张开，评分为6；
若张开度DA满足DA＜0.1，评分为5；
若张开度DA满足0.1≤DA＜1，评分为4；
若张开度DA满足1≤DA＜5，评分为1；
若张开度DA满足DA＞5，评分为0；
粗糙度指标：
若评定为“很粗糙”，评分为6；若评定为“粗糙”，评分为5；
若评定为“轻度粗糙”，评分为3；若评定为“光滑”，评分为1；
若评定为“仅有擦痕”，评定为0；
充填物指标：
若无充填物，评分为6；
若为硬质充填物且充填物小于5mm，评分为4；
若为硬质充填物且充填物大于或等于5mm，评分为2；
若为软质充填物且充填物小于5mm，评分为2；
若为软质充填物且充填物大于或等于5mm，评分为0；
风化指标：
若评定为“未风化”，评分为6；若评定为“微风化”，评分为5；
若评定为“中等风化”，评分为3；若评定为“高风化”，评分为1；
若评定为“崩解”，评分为0；
地下水状况指标的评分规则为：
若评定为“干燥”，评分为15；若评定为“稍潮湿”，评定为10；
若评定为“潮湿”，评分为7；若评定为“滴水”，评定为“4”；
若评定为“流水”，评分为0。
步骤S2所述的针对步骤S1构建的评价体系，建立评价体系中各个评价指标的连续性评价函数，具体包括如下步骤：
A.对主观描述性指标，采用如下步骤建立连续性评价函数：
针对粗糙度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
Rα＝0.3JRC
式中JRC为用于评价粗糙度的节理粗糙度系数值，且取值范围为0～20；
针对风化指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中I5为标准N型锤对同一岩性的风化面及未风化面的冲击回弹值，且
Ru5为相同、独立且未风化岩性上第5次冲击的平均R值，Rw1为风化面第一次冲击的平均值；
针对地下水状况指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中GWI为每10m地下涌水量；
B.对非连续性指标，采用如下步骤建立连续性评价函数：
实际应用中点荷载强度及单轴抗压强度均作为完整岩石的抗压强度指标；优先采用单轴抗压强度σc作为完整岩石的抗压强度指标，且当点荷载强度小于1或单轴抗压强度小于25时必须采用单轴抗压强度作为完整岩石的抗压强度指标；
针对完整岩石的点载荷指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中PLSI为完整岩石的点载荷强度；
针对完整岩石的单轴抗压强度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中σc为完整岩石的单轴抗压强度；
针对节理密度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中DD为节理密度；
针对节理面状况的连续性指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中DL为迹线长度；
针对节理面状况的张开度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中DA为节理面张开度；
针对节理面状况的充填物指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
若充填物为硬质充填物，则对应的连续性评价函数为
HI为硬质充填物厚度；
若充填物为软质充填物，则对应的连续性评价函数为
SI为软质充填物厚度。
步骤S5所述的将步骤S4得到的处理数据，基于结构面方向、开挖方法和围岩应力应变特性进行修正，计算得到岩体质量及可崩性评估得分，具体包括如下步骤：
采用如下算式对量化结果进行修正，从而计算得到岩体质量及可崩性评估得分T：
T＝(T0+F0)·Fe·FS
式中T0为步骤S4得到的处理数据计算得到的原始总得分值；F0为巷道轴线方向上主要结构面组对岩体影响的调整因子；Fe为考虑开挖方法的调整因子；FS为考虑巷道工作面岩体应力应变特性的调整因子。
所述的巷道轴线方向上主要结构面组对岩体影响的调整因子，具体为采用如下步骤进行取值：
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿倾向掘进且倾角δ满足45°≤δ＜90°，则认定为非常有利，F0取值为0；
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿倾向掘进且倾角δ满足20°≤δ＜45°，则认定为有利，F0取值为-2；
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿反倾向掘进且倾角δ满足45°≤δ＜90°，则认定为中等有利，F0取值为-5；
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿反倾向掘进且倾角δ满足20°≤δ＜45°，则认定为不利，F0取值为-10；
若主结构面走向平行于巷道轴线且倾角δ满足45°≤δ＜90°，则认定为非常有利，F0取值为-12；
若主结构面走向平行于巷道轴线且倾角δ满足20°≤δ＜45°，则认定为中等有利，F0取值为-5；
若不考虑主结构面走向且倾角δ满足0°≤δ≤20°，则认定为中等有利，F0取值为-5。
所述的考虑开挖方法的调整因子，具体为采用如下步骤进行取值：
若采用***开挖法，则Fe取值为1；
若采用机械开挖法，则Fe取值为
式中T0为步骤S4得到的处理数据计算得到的原始总得分值。
所述的考虑巷道工作面岩体应力应变特性的调整因子，具体为采用如下步骤进行取值：
FS的取值计算公式为：
式中ICE为第一中间参数，且取值规则为
K0为水平原始应力与垂直原始应力的比值，σci为完整岩石的单轴抗压强度，T0为步骤S4得到的处理数据计算得到的原始总得分值，H为巷道深度，F为形状系数；
形状系数F的取值规则为：
若地下开挖圆形巷道且巷道直径为6m，F取值为1.3；
若地下开挖圆形巷道且巷道直径为10m，F取值为1.0；
若地下开挖传统巷道且巷道宽度为14m，F取值为0.75；
若地下开挖25m宽、60m高的空间，F取值为0.55。
步骤S6所述的根据步骤S5的岩体质量及可崩性评估得分，完成最终的岩体质量及可崩性评估结果，具体包括如下步骤：
若岩体质量及可崩性评估得分小于或等于20，则岩体质量判定为Ⅴ级且岩体质量描述为“极差”，可崩性级别为Ⅴ级且可崩性描述为“极易崩”；
若20＜岩体质量及可崩性评估得分≤40，则岩体质量判定为Ⅳ级且岩体质量描述为“差”，可崩性级别为Ⅳ级且可崩性描述为“易崩”；
若40＜岩体质量及可崩性评估得分≤60，则岩体质量判定为Ⅲ级且岩体质量描述为“一般”，可崩性级别为Ⅲ级且可崩性描述为“中等可崩”；
若60＜岩体质量及可崩性评估得分≤80，则岩体质量判定为Ⅱ级且岩体质量描述为“好”，可崩性级别为Ⅱ级且可崩性描述为“难崩”；
若80＜岩体质量及可崩性评估得分≤100，则岩体质量判定为Ⅰ级且岩体质量描述为“非常好”，可崩性级别为Ⅰ级且可崩性描述为“极难崩”。
本发明提供的这种岩体质量及可崩性评估方法，建立实用性强的新评价体系，综合现有评价方法的关键共性指标，并去除现场难以测定的指标，实现了现有常用方法体系下评价指标因素的综合与汇总；采用拟合函数法对主观指标进行量化，并基于最小二乘法对非连续性指标的最大值、最小值和中间值进行拟合，得到各因素指标的连续非线性评价函数，大大降低了传统方法中专家评价的主观性，有助于提高岩体质量评价和可崩性分析结果的客观性和准确度；而且本发明方法能够进行量化评估，简便性高，可靠性高、准确性好。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
图2为本发明方法中的JRC取值过程中的标准表面轮廓分级示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的方法流程示意图：本发明提供的这种岩体质量及可崩性评估方法，包括如下步骤：
S1.基于RMR89方法、RMR14方法、Q方法和MRMR方法，建立岩体质量及可崩性连续化评价体系；具体包括如下步骤：
岩体质量及可崩性连续化评价体系包括完整岩石的抗压强度指标、节理密度指标、节理面状况指标和地下水状况指标；
其中，完整岩石的抗压强度指标的总分值为15分，节理密度指标的总分值为40分，节理面状况指标的总分值为30分，地下水状况指标的总分值为15分；
完整岩石的抗压强度指标的评分规则为：
实际应用中点荷载强度及单轴抗压强度均作为完整岩石的抗压强度指标；优先采用单轴抗压强度σc作为完整岩石的抗压强度指标，且当点荷载强度小于1或单轴抗压强度小于25时必须采用单轴抗压强度作为完整岩石的抗压强度指标；
若点载荷强度PLSI≥10或单轴抗压强度σc≥250，评分为15；
若点载荷强度PLSI满足4≤PLSI＜10或单轴抗压强度σc满足100≤σc＜250，评分为12；
若点载荷强度PLSI满足2≤PLSI＜4或单轴抗压强度σc满足50≤σc＜100，评分为7；
若点载荷强度PLSI满足1≤PLSI＜2或单轴抗压强度σc满足25≤σc＜50，评分为4；
若点载荷强度PLSI＜1且单轴抗压强度σc满足5≤σc＜25，评分为2；
若点载荷强度PLSI＜1且单轴抗压强度σc满足1≤σc＜5，评分为1；
若点载荷强度PLSI＜1且单轴抗压强度σc满足σc＜1，评分为0；
节理密度指标的评分规则为：
若节理密度为0，评分为40；若节理密度为1，评分为34；
若节理密度为2，评分为31；若节理密度为3，评分为29；
若节理密度为4，评分为28；若节理密度为5，评分为27；
若节理密度为6，评分为26；若节理密度为7，评分为25；
若节理密度为8，评分为24；若节理密度为9，评分为23；
若节理密度为10，评分为22；若节理密度为11，评分为21；
若节理密度为12，评分为20；若节理密度为13，评分为19；
若节理密度为14，评分为18；若节理密度为15，评分为17；
若节理密度为16，评分为17；若节理密度为17，评分为16；
若节理密度为18，评分为15；若节理密度为19，评分为14；
若节理密度为20，评分为14；若节理密度为21，评分为13；
若节理密度为22，评分为13；若节理密度为23，评分为12；
若节理密度为24，评分为12；若节理密度为25，评分为11；
若节理密度为26，评分为11；若节理密度为27，评分为10；
若节理密度为28，评分为10；若节理密度为29，评分为9；
若节理密度为30，评分为9；若节理密度为31，评分为9；
若节理密度为32，评分为8；若节理密度为33，评分为8；
若节理密度为34，评分为7；若节理密度为35，评分为7；
若节理密度为36，评分为7；若节理密度为37，评分为6；
若节理密度为38，评分为6；若节理密度为39，评分为6；
若节理密度为40，评分为5；若节理密度为41，评分为4；
若节理密度为42，评分为3；若节理密度为43，评分为3；
若节理密度为44，评分为2；若节理密度为45，评分为2；
若节理密度为46，评分为1.5；若节理密度为47，评分为1；
若节理密度为48，评分为1；若节理密度为49，评分为0.5；
若节理密度为50，评分为0；
节理面状况指标包括连续性指标、张开度指标、粗糙度指标、充填物指标和风化指标；具体的评分规则为：
连续性指标：迹线长度DL，单位为m：
若迹线长度DL＞1，评分为6；
若迹线长度DL满足1≤DL＜3，评分为4；
若迹线长度DL满足3≤DL＜10，评分为2；
若迹线长度DL满足10≤DL＜20，评分为1；
若迹线长度DL满足DL＞20，评分为0；
张开度指标：张开度DA，单位为mm：
若未张开，评分为6；
若张开度DA满足DA＜0.1，评分为5；
若张开度DA满足0.1≤DA＜1，评分为4；
若张开度DA满足1≤DA＜5，评分为1；
若张开度DA满足DA＞5，评分为0；
粗糙度指标：
若评定为“很粗糙”，评分为6；若评定为“粗糙”，评分为5；
若评定为“轻度粗糙”，评分为3；若评定为“光滑”，评分为1；
若评定为“仅有擦痕”，评定为0；
充填物指标：
若无充填物，评分为6；
若为硬质充填物且充填物小于5mm，评分为4；
若为硬质充填物且充填物大于或等于5mm，评分为2；
若为软质充填物且充填物小于5mm，评分为2；
若为软质充填物且充填物大于或等于5mm，评分为0；
风化指标：
若评定为“未风化”，评分为6；若评定为“微风化”，评分为5；
若评定为“中等风化”，评分为3；若评定为“高风化”，评分为1；
若评定为“崩解”，评分为0；
地下水状况指标的评分规则为：
若评定为“干燥”，评分为15；若评定为“稍潮湿”，评定为10；
若评定为“潮湿”，评分为7；若评定为“滴水”，评定为“4”；
若评定为“流水”，评分为0；
S2.针对步骤S1构建的评价体系，建立评价体系中各个评价指标的连续性评价函数；具体包括如下步骤：
A.对主观描述性指标，采用如下步骤建立连续性评价函数：
针对粗糙度指标，通过4名岩石力学专家对100个包括片岩、片麻岩、砂岩、石英岩和页岩在内的不同岩性节理线性剖面根据粗糙度等级进行评级，建立JRC-新体系粗糙度Rα散点图，并对其进行线性拟合，得到最佳回归直线方程，因此采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
Rα＝0.3JRC
式中JRC为用于评价粗糙度的节理粗糙度系数值，且取值范围为0～20；JRC为当前野外条件下评估节理粗糙度最快速、经济、常用的方法，对应节理面粗糙度为非常光滑～非常粗糙，工程地质调查时通过将节理表面的二维轮廓于标准表面轮廓分级(图2)进行对比来进行测量与评价；
针对风化指标，通过收集71个节理表面的I5值和风化等级，建立I5-风化程度Rβ散点图；对主观风化等级内并对其最大点、最小点和交互点进行非线性拟合，得到拟合曲线，因此采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中I5为标准N型锤对同一岩性的风化面及未风化面的冲击回弹值，且
Ru5为相同、独立且未风化岩性上第5次冲击的平均R值，Rw1为风化面第一次冲击的平均值；
针对地下水状况指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中GWI为每10m地下涌水量；
B.对非连续性指标，采用如下步骤建立连续性评价函数：
实际应用中点荷载强度及单轴抗压强度均作为完整岩石的抗压强度指标；优先采用单轴抗压强度σc作为完整岩石的抗压强度指标，且当点荷载强度小于1或单轴抗压强度小于25时必须采用单轴抗压强度作为完整岩石的抗压强度指标；
针对完整岩石的点载荷指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中PLSI为完整岩石的点载荷强度；
针对完整岩石的单轴抗压强度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中σc为完整岩石的单轴抗压强度；
针对节理密度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中DD为节理密度；
针对节理面状况的连续性指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中DL为迹线长度；
针对节理面状况的张开度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中DA为节理面张开度；
针对节理面状况的充填物指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
若充填物为硬质充填物，则对应的连续性评价函数为
HI为硬质充填物厚度；
若充填物为软质充填物，则对应的连续性评价函数为
SI为软质充填物厚度；
S3.对待分析的岩体，按照步骤S1构建的连续化评价体系进行评价；
S4.将步骤S3的评价指标值，采用步骤S2的连续性评价函数进行处理；
S5.将步骤S4得到的处理数据，基于结构面方向、开挖方法和围岩应力应变特性进行修正，计算得到岩体质量及可崩性评估得分；具体包括如下步骤：
采用如下算式对量化结果进行修正，从而计算得到岩体质量及可崩性评估得分T：
T＝(T0+F0)·Fe·FS
式中T0为步骤S4得到的处理数据计算得到的原始总得分值；F0为巷道轴线方向上主要结构面组对岩体影响的调整因子；Fe为考虑开挖方法的调整因子；FS为考虑巷道工作面岩体应力应变特性的调整因子；
具体实施时，巷道轴线方向上主要结构面组对岩体影响的调整因子，具体为采用如下步骤进行取值：
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿倾向掘进且倾角δ满足45°≤δ＜90°，则认定为非常有利，F0取值为0；
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿倾向掘进且倾角δ满足20°≤δ＜45°，则认定为有利，F0取值为-2；
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿反倾向掘进且倾角δ满足45°≤δ＜90°，则认定为中等有利，F0取值为-5；
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿反倾向掘进且倾角δ满足20°≤δ＜45°，则认定为不利，F0取值为-10；
若主结构面走向平行于巷道轴线且倾角δ满足45°≤δ＜90°，则认定为非常有利，F0取值为-12；
若主结构面走向平行于巷道轴线且倾角δ满足20°≤δ＜45°，则认定为中等有利，F0取值为-5；
若不考虑主结构面走向且倾角δ满足0°≤δ≤20°，则认定为中等有利，F0取值为-5。
考虑开挖方法的调整因子，具体为采用如下步骤进行取值：
针对***开挖方法，当RMRb＜35时，为保证施工质量，几乎不采用***手段；当RMRb＞80时，若按制定好的良好***计划执行，则***对残余岩体的影响不明显，且每次***后，开挖周界及受影响的岩石碎片被及时清理，***影响可忽略不计，故若采用***开挖法，则Fe取值为1；
针对机械开挖方法，与***相比，机械(TBM、掘进机或液压锤)开挖法对残余岩石的破坏较小；若采用机械开挖法，则Fe取值为
式中T0为步骤S4得到的处理数据计算得到的原始总得分值；
考虑巷道工作面岩体应力应变特性的调整因子，具体为采用如下步骤进行取值：
FS为考虑巷道工作面岩体应力-应变特性的调整系数；在实际施工中，除操作误差外，开挖面和墙体屈服的影响导致开挖面岩体质量得分值显著低于预估值；因此，需要引入一种考虑巷道工作面岩体应力-应变特性的调整系数(FS)来考虑工作面屈服的递减效应；FS的取值计算公式为：
式中ICE为第一中间参数，且取值规则为
K0为水平原始应力与垂直原始应力的比值，σci为完整岩石的单轴抗压强度，T0为步骤S4得到的处理数据计算得到的原始总得分值，H为巷道深度，F为形状系数；
形状系数F的取值规则为：
若地下开挖圆形巷道且巷道直径为6m，F取值为1.3；
若地下开挖圆形巷道且巷道直径为10m，F取值为1.0；
若地下开挖传统巷道且巷道宽度为14m，F取值为0.75；
若地下开挖25m宽、60m高的空间，F取值为0.55；
S6.根据步骤S5的岩体质量及可崩性评估得分，完成最终的岩体质量及可崩性评估结果；具体包括如下步骤：
若岩体质量及可崩性评估得分小于或等于20，则岩体质量判定为Ⅴ级且岩体质量描述为“极差”，可崩性级别为Ⅴ级且可崩性描述为“极易崩”；
若20＜岩体质量及可崩性评估得分≤40，则岩体质量判定为Ⅳ级且岩体质量描述为“差”，可崩性级别为Ⅳ级且可崩性描述为“易崩”；
若40＜岩体质量及可崩性评估得分≤60，则岩体质量判定为Ⅲ级且岩体质量描述为“一般”，可崩性级别为Ⅲ级且可崩性描述为“中等可崩”；
若60＜岩体质量及可崩性评估得分≤80，则岩体质量判定为Ⅱ级且岩体质量描述为“好”，可崩性级别为Ⅱ级且可崩性描述为“难崩”；
若80＜岩体质量及可崩性评估得分≤100，则岩体质量判定为Ⅰ级且岩体质量描述为“非常好”，可崩性级别为Ⅰ级且可崩性描述为“极难崩”。
以下结合一个实施例，对本发明方法进行进一步说明：
以新疆阿勒泰地区某铜矿-100m中段工程地质调查结果为依据，进行岩体质量评价与可崩性分级。该铜矿0m以下以厚大、急倾斜矿体为主，矿体倾向东，倾角60°～80°，其上盘围岩主要为黄铁矿，矿体为铜硫矿，下盘主要为凝灰岩，侧帮为铜硫矿或黄铁矿或凝灰岩。前期工程地质调查主要针对铜硫矿、黄铁矿与凝灰岩，调查结果如表1所示：
表1 工程地质调查结果示意表
按传统RQD方法分类结果如表2所示：
表2 RQD值岩体分级结果示意表
| 岩性 | 凝灰岩 | 黄铁矿 | 铜硫矿 |
| RQD值 | 27～38 | 46～62 | 38～49 |
| RQD均值 | 33.4 | 55.7 | 43.6 |
| 分级 | Ⅳ | Ⅲ | Ⅳ |
| 岩石质量 | 差 | 一般 | 差 |
按传统Q***分类结果如表3所示：
表3 Q***分级结果示意表
按传统RMR方法分类结果如表4所示：
表4 RMR分级结果表示意表
将RQD、RMR和Q***分级结果进行汇总，结果如表5所示：
表5 现有技术的岩体质量及可崩性分级结果汇总示意表
| 岩性 | 凝灰岩 | 黄铁矿 | 铜硫矿 |
| RQD | 33.4 | 55.7 | 43.6 |
| 岩体质量分级 | Ⅳ | Ⅲ | Ⅳ |
| 可崩性分级 | 易崩 | 中等可崩 | 易崩 |
| RMR | 36 | 52 | 48 |
| 岩体质量分级 | Ⅳ | Ⅲ | Ⅲ |
| 可崩性分级 | 易崩 | 中等可崩 | 中等可崩 |
| Q | 3.1 | 7.0 | 10.9 |
| 岩体质量分级 | Ⅳ | Ⅲ | II |
| 可崩性分级 | 易崩 | 中等可崩 | 难崩 |
| 岩体质量综合评价 | 差 | 一般 | 一般 |
| 可崩性综合评价 | 易崩 | 中等可崩 | 中等可崩 |
结合表1～表5的工程地质调查结果，应用本发明方法对岩体质量及可崩性分级进行评价：
采用连续评价函数对各评价指标原始结果进行处理，结果如表6所示：
表6 连续评价函数对实施例中各评价指标原始结果的处理结果示意表
进行基于结构面方向、开挖方法和围岩应力应变特性的修正。
在开挖方向与结构面方向、开挖方法和岩体应力应变特性上按公式量化结果进行修正，得到最终岩体质量得分T。
其中，T0为经量化后求和得到的岩体质量初始得分，本实施例中凝灰岩为40.9175，黄铁矿为54.9396,，铜硫矿为56.3040；
T为修正后的岩体质量最终得分；
F0为巷道轴线方向上主要结构面组对岩体影响的调整因子，本实施例3种岩性均为-10(反倾向掘进，不利)；
Fe为考虑开挖方法的调整因子，本实施例中阿勒泰地区铜矿采用***方法进行开挖，取Fe＝1；
Fs为考虑巷道工作面岩体应力应变特性的调整因子，其值由ICE值确定；本实施例中为传统巷道，巷道宽度为6m，F取1.0；
计算得到凝灰岩、黄铁矿和铜硫矿的ICE值分别为3.9905、7.3634和21.6336；
计算得到凝灰岩、黄铁矿和铜硫矿的Fs值分别为1.3、1.3和1.2763；
计算得到凝灰岩、黄铁矿和铜硫矿的最终得分值及其对应的岩体质量、可崩性分级结果如7所示：
表7 本发明方法的岩体质量及可崩性分级的最终结果示意表
在本实施例中，本发明方法在现场工程地质调查结果不够精确的前提下，采用一种连续可量化的岩体质量及可崩性评价方法建立新型岩体质量及可崩性级别连续量化评价体系，并得到了新体系中各指标的连续评价函数，基于连续评价函数和修正系数对现场凝灰岩、黄铁矿、铜硫矿的岩体质量及可崩性级别进行了初步评估。对比传统岩体质量评价法和本发明所得结果可知，除采用单因素评价的RQD法外，其他评价方法最终得分大致处于同一区间，可信度较高。而本发明方法所得岩体质量和可崩性等级介于RMR和Q法所得结果之间，相对于传统主观性评价方法更为精确，反映出凝灰岩岩体质量和可崩性处于分界处的特点，与现场情况相吻合，充分体现了本发明的优势。同时本发明方法相对传统方法省去了专家主观评价的过程，而采用连续评价函数计算进行代替，方法简单，计算快捷，具备良好的应用前景。
Claims (8)
1.一种岩体质量及可崩性评估方法，包括如下步骤：
S1.基于RMR89方法、RMR14方法、Q方法和MRMR方法，建立岩体质量及可崩性连续化评价体系；
S2.针对步骤S1构建的评价体系，建立评价体系中各个评价指标的连续性评价函数；
S3.对待分析的岩体，按照步骤S1构建的连续化评价体系进行评价；
S4.将步骤S3的评价指标值，采用步骤S2的连续性评价函数进行处理；
S5.将步骤S4得到的处理数据，基于结构面方向、开挖方法和围岩应力应变特性进行修正，计算得到岩体质量及可崩性评估得分；
S6.根据步骤S5的岩体质量及可崩性评估得分，完成最终的岩体质量及可崩性评估结果。
2.根据权利要求1所述的岩体质量及可崩性评估方法，其特征在于步骤S1所述的基于RMR89方法、RMR14方法、Q方法和MRMR方法，建立岩体质量及可崩性连续化评价体系，具体包括如下步骤：
岩体质量及可崩性连续化评价体系包括完整岩石的抗压强度指标、节理密度指标、节理面状况指标和地下水状况指标；
其中，完整岩石的抗压强度指标的总分值为15分，节理密度指标的总分值为40分，节理面状况指标的总分值为30分，地下水状况指标的总分值为15分；
完整岩石的抗压强度指标的评分规则为：
实际应用中点荷载强度及单轴抗压强度均作为完整岩石的抗压强度指标；优先采用单轴抗压强度σc作为完整岩石的抗压强度指标，且当点荷载强度小于1或单轴抗压强度小于25时必须采用单轴抗压强度作为完整岩石的抗压强度指标；
若点载荷强度PLSI≥10或单轴抗压强度σc≥250，评分为15；
若点载荷强度PLSI满足4≤PLSI＜10或单轴抗压强度σc满足100≤σc＜250，评分为12；
若点载荷强度PLSI满足2≤PLSI＜4或单轴抗压强度σc满足50≤σc＜100，评分为7；
若点载荷强度PLSI满足1≤PLSI＜2或单轴抗压强度σc满足25≤σc＜50，评分为4；
若点载荷强度PLSI＜1且单轴抗压强度σc满足5≤σc＜25，评分为2；
若点载荷强度PLSI＜1且单轴抗压强度σc满足1≤σc＜5，评分为1；
若点载荷强度PLSI＜1且单轴抗压强度σc满足σc＜1，评分为0；
节理密度指标的评分规则为：
若节理密度为0，评分为40；若节理密度为1，评分为34；
若节理密度为2，评分为31；若节理密度为3，评分为29；
若节理密度为4，评分为28；若节理密度为5，评分为27；
若节理密度为6，评分为26；若节理密度为7，评分为25；
若节理密度为8，评分为24；若节理密度为9，评分为23；
若节理密度为10，评分为22；若节理密度为11，评分为21；
若节理密度为12，评分为20；若节理密度为13，评分为19；
若节理密度为14，评分为18；若节理密度为15，评分为17；
若节理密度为16，评分为17；若节理密度为17，评分为16；
若节理密度为18，评分为15；若节理密度为19，评分为14；
若节理密度为20，评分为14；若节理密度为21，评分为13；
若节理密度为22，评分为13；若节理密度为23，评分为12；
若节理密度为24，评分为12；若节理密度为25，评分为11；
若节理密度为26，评分为11；若节理密度为27，评分为10；
若节理密度为28，评分为10；若节理密度为29，评分为9；
若节理密度为30，评分为9；若节理密度为31，评分为9；
若节理密度为32，评分为8；若节理密度为33，评分为8；
若节理密度为34，评分为7；若节理密度为35，评分为7；
若节理密度为36，评分为7；若节理密度为37，评分为6；
若节理密度为38，评分为6；若节理密度为39，评分为6；
若节理密度为40，评分为5；若节理密度为41，评分为4；
若节理密度为42，评分为3；若节理密度为43，评分为3；
若节理密度为44，评分为2；若节理密度为45，评分为2；
若节理密度为46，评分为1.5；若节理密度为47，评分为1；
若节理密度为48，评分为1；若节理密度为49，评分为0.5；
若节理密度为50，评分为0；
节理面状况指标包括连续性指标、张开度指标、粗糙度指标、充填物指标和风化指标；具体的评分规则为：
连续性指标：迹线长度DL，单位为m：
若迹线长度DL＞1，评分为6；
若迹线长度DL满足1≤DL＜3，评分为4；
若迹线长度DL满足3≤DL＜10，评分为2；
若迹线长度DL满足10≤DL＜20，评分为1；
若迹线长度DL满足DL＞20，评分为0；
张开度指标：张开度DA，单位为mm：
若未张开，评分为6；
若张开度DA满足DA＜0.1，评分为5；
若张开度DA满足0.1≤DA＜1，评分为4；
若张开度DA满足1≤DA＜5，评分为1；
若张开度DA满足DA＞5，评分为0；
粗糙度指标：
若评定为“很粗糙”，评分为6；若评定为“粗糙”，评分为5；
若评定为“轻度粗糙”，评分为3；若评定为“光滑”，评分为1；
若评定为“仅有擦痕”，评定为0；
充填物指标：
若无充填物，评分为6；
若为硬质充填物且充填物小于5mm，评分为4；
若为硬质充填物且充填物大于或等于5mm，评分为2；
若为软质充填物且充填物小于5mm，评分为2；
若为软质充填物且充填物大于或等于5mm，评分为0；
风化指标：
若评定为“未风化”，评分为6；若评定为“微风化”，评分为5；
若评定为“中等风化”，评分为3；若评定为“高风化”，评分为1；
若评定为“崩解”，评分为0；
地下水状况指标的评分规则为：
若评定为“干燥”，评分为15；若评定为“稍潮湿”，评定为10；
若评定为“潮湿”，评分为7；若评定为“滴水”，评定为“4”；
若评定为“流水”，评分为0。
3.根据权利要求2所述的岩体质量及可崩性评估方法，其特征在于步骤S2所述的针对步骤S1构建的评价体系，建立评价体系中各个评价指标的连续性评价函数，具体包括如下步骤：
A.对主观描述性指标，采用如下步骤建立连续性评价函数：
针对粗糙度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
Rα＝0.3JRC
式中JRC为用于评价粗糙度的节理粗糙度系数值，且取值范围为0～20；
针对风化指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中I5为标准N型锤对同一岩性的风化面及未风化面的冲击回弹值，且
Ru5为相同、独立且未风化岩性上第5次冲击的平均R值，Rw1为风化面第一次冲击的平均值；
针对地下水状况指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中GWI为每10m地下涌水量；
B.对非连续性指标，采用如下步骤建立连续性评价函数：
实际应用中点荷载强度及单轴抗压强度均作为完整岩石的抗压强度指标；优先采用单轴抗压强度σc作为完整岩石的抗压强度指标，且当点荷载强度小于1或单轴抗压强度小于25时必须采用单轴抗压强度作为完整岩石的抗压强度指标；
针对完整岩石的点载荷指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中PLSI为完整岩石的点载荷强度；
针对完整岩石的单轴抗压强度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中σc为完整岩石的单轴抗压强度；
针对节理密度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中DD为节理密度；
针对节理面状况的连续性指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中DL为迹线长度；
针对节理面状况的张开度指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
式中DA为节理面张开度；
针对节理面状况的充填物指标，采用如下算式作为对应的连续性评价函数：
若充填物为硬质充填物，则对应的连续性评价函数为
HI为硬质充填物厚度；
若充填物为软质充填物，则对应的连续性评价函数为
SI为软质充填物厚度。
4.根据权利要求3所述的岩体质量及可崩性评估方法，其特征在于步骤S5所述的将步骤S4得到的处理数据，基于结构面方向、开挖方法和围岩应力应变特性进行修正，计算得到岩体质量及可崩性评估得分，具体包括如下步骤：
采用如下算式对量化结果进行修正，从而计算得到岩体质量及可崩性评估得分T：
T＝(T0+F0)·Fe·FS
式中T0为步骤S4得到的处理数据计算得到的原始总得分值；F0为巷道轴线方向上主要结构面组对岩体影响的调整因子；Fe为考虑开挖方法的调整因子；FS为考虑巷道工作面岩体应力应变特性的调整因子。
5.根据权利要求4所述的岩体质量及可崩性评估方法，其特征在于所述的巷道轴线方向上主要结构面组对岩体影响的调整因子，具体为采用如下步骤进行取值：
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿倾向掘进且倾角δ满足45°≤δ＜90°，则认定为非常有利，F0取值为0；
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿倾向掘进且倾角δ满足20°≤δ＜45°，则认定为有利，F0取值为-2；
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿反倾向掘进且倾角δ满足45°≤δ＜90°，则认定为中等有利，F0取值为-5；
若主结构面走向垂直于巷道轴线、沿反倾向掘进且倾角δ满足20°≤δ＜45°，则认定为不利，F0取值为-10；
若主结构面走向平行于巷道轴线且倾角δ满足45°≤δ＜90°，则认定为非常有利，F0取值为-12；
若主结构面走向平行于巷道轴线且倾角δ满足20°≤δ＜45°，则认定为中等有利，F0取值为-5；
若不考虑主结构面走向且倾角δ满足0°≤δ≤20°，则认定为中等有利，F0取值为-5。
6.根据权利要求5所述的岩体质量及可崩性评估方法，其特征在于所述的考虑开挖方法的调整因子，具体为采用如下步骤进行取值：
若采用***开挖法，则Fe取值为1；
若采用机械开挖法，则Fe取值为
式中T0为步骤S4得到的处理数据计算得到的原始总得分值。
7.根据权利要求6所述的岩体质量及可崩性评估方法，其特征在于所述的考虑巷道工作面岩体应力应变特性的调整因子，具体为采用如下步骤进行取值：
FS的取值计算公式为：
式中ICE为第一中间参数，且取值规则为
K0为水平原始应力与垂直原始应力的比值，σci为完整岩石的单轴抗压强度，T0为步骤S4得到的处理数据计算得到的原始总得分值，H为巷道深度，F为形状系数；
形状系数F的取值规则为：
若地下开挖圆形巷道且巷道直径为6m，F取值为1.3；
若地下开挖圆形巷道且巷道直径为10m，F取值为1.0；
若地下开挖传统巷道且巷道宽度为14m，F取值为0.75；
若地下开挖25m宽、60m高的空间，F取值为0.55。
8.根据权利要求7所述的岩体质量及可崩性评估方法，其特征在于步骤S6所述的根据步骤S5的岩体质量及可崩性评估得分，完成最终的岩体质量及可崩性评估结果，具体包括如下步骤：
若岩体质量及可崩性评估得分小于或等于20，则岩体质量判定为Ⅴ级且岩体质量描述为“极差”，可崩性级别为Ⅴ级且可崩性描述为“极易崩”；
若20＜岩体质量及可崩性评估得分≤40，则岩体质量判定为Ⅳ级且岩体质量描述为“差”，可崩性级别为Ⅳ级且可崩性描述为“易崩”；
若40＜岩体质量及可崩性评估得分≤60，则岩体质量判定为Ⅲ级且岩体质量描述为“一般”，可崩性级别为Ⅲ级且可崩性描述为“中等可崩”；
若60＜岩体质量及可崩性评估得分≤80，则岩体质量判定为Ⅱ级且岩体质量描述为“好”，可崩性级别为Ⅱ级且可崩性描述为“难崩”；
若80＜岩体质量及可崩性评估得分≤100，则岩体质量判定为Ⅰ级且岩体质量描述为“非常好”，可崩性级别为Ⅰ级且可崩性描述为“极难崩”。
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| CN202210926805.3A Pending CN115169975A (zh) | 2022-08-03 | 2022-08-03 | 岩体质量及可崩性评估方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115169975A (zh) |
-
2022
- 2022-08-03 CN CN202210926805.3A patent/CN115169975A/zh active Pending
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