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)分類法的認識

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)

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

圍巖，分類，Q系統(tǒng)，參數(shù)

0 引言

目前國內(nèi)外工程地質(zhì)工作中對于圍巖分類方法眾多，針對不同的目的及行業(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、國際《工程巖體分級標準》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，所以對其做分類評價時不同的分類方法對各種影響地質(zhì)體的條件認識側(cè)重點有所不同，所以各分類方法對圍巖分類時所采用的評價指標也各成一體。HC法的評價指標為T值，BQ法采用的指標為［BQ］值，RMR法采用的評價指標為RMR值，Q系統(tǒng)的評價指標為Q值。同時由于不同的分類方法對影響地質(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)狀五項因素來做判定的［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度Rc、巖石質(zhì)量指標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)值也有定性評價的分類評價。

2 Q系統(tǒng)參數(shù)的選擇

對于使用Q系統(tǒng)對圍巖做分類，涉及到巖體的6個基本參數(shù)，并通過以下公式得到Q值以對圍巖做分類：

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個類別，見表1。

表1 Q系統(tǒng)圍巖分類描述

下面對使用的6個參數(shù)的選取做個說明。

巖體質(zhì)量指標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;并且在工程中當涉及面積較大時，也難以以點代面，所以在使用中我們是常采用一個統(tǒng)計換算法，用一個估計值表示實際的RQD值(見表2)。我們采用體積節(jié)理數(shù)Jv來做統(tǒng)計，Jv{Xn，Yn，Zn}，即取三個方向節(jié)理數(shù)之和，Xn表示水平方向，垂直于洞室走向的節(jié)理條數(shù)，Yn表示豎直方向節(jié)理條數(shù)，Zn表示沿洞室延伸方向節(jié)理條數(shù)［5］。

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

表2 巖石質(zhì)量指標

參數(shù)RQD對應(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，其值在選取時同時考慮到復(fù)雜洞室，比如洞室相交或者洞室掛口進洞時，對Jn值分別取3×Jn或2×Jn，一般在取值時的洞室影響范圍一般為2倍～3倍洞徑。

Jn值的取值標準見表3。

表3 節(jié)理組數(shù)的對應(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，以查表選擇對應(yīng)性狀的取值，同時反映節(jié)理面性狀的還有一個參數(shù)節(jié)理風化蝕變系數(shù)Ja，此兩個參數(shù)Jr，Ja反映了節(jié)理面的抗剪強度，可反映不利節(jié)理面對洞室穩(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)評價。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，對地下水對洞室穩(wěn)定的影響都有統(tǒng)一的認識，但是在取值時，由于表格中的值是近似的估計值，所以使用中要求技術(shù)人員要有豐富的野外工作經(jīng)驗，取值見表6。

應(yīng)力折減系數(shù)SRF，在SRF取值時先是分成不同的圍巖應(yīng)力狀態(tài)及巖石強度，再對不同應(yīng)力狀態(tài)及巖石強度的巖體作進一步細化，由于Q系統(tǒng)中沒有直接涉及巖石強度的參數(shù)，但是其對洞室的影響是通過應(yīng)力折減參數(shù)來表現(xiàn)，見表7。

表4 節(jié)理粗糙度對應(yīng)的取值標準Jr

表5 節(jié)理面風化蝕變狀況對應(yīng)的取值Ja

表6 地下水影響系數(shù)Jw取值標準

3 Q系統(tǒng)分類法與其他分類方法的不同點

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

表7 應(yīng)力折減系數(shù)SRF取值

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

下面我們通過一個例子對Q系統(tǒng)的計算作一個對比。

某水電站工程的引水隧洞，圍巖為二云石英片麻巖，巖石微風化，巖石強度25 MPa，巖體較完整，我們對其幾個部位做分析數(shù)值對比，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 分類計算參數(shù)

表9 相應(yīng)的圍巖分類類別

4 結(jié)語

在工程實踐中，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)分類做對比，一般我們認為Q系統(tǒng)分類與HC法分類的對照關(guān)系如表8，表9所示。Q系統(tǒng)圍巖分類方法對比HC法等可以發(fā)現(xiàn)，HC法更是對巖體本身條件參數(shù)的確認及圍巖的劃分，對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，工程巖體分級標準［S］．

［3］［加］Evert Hoek．實用巖石工程技術(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》編委會．工程地質(zhì)手冊［M］．第4版．北京：中國建筑工業(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