方榮豪

(廣西龍勝華美滑石開發(fā)有限公司， 廣西 桂林市 541703)

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0 前 言

巖體質(zhì)量評價的基本方法是巖體工程分類，或稱巖體分級，直接服務(wù)于巖體工程設(shè)計(jì)和施工，是解決巖體工程中多種力學(xué)問題時的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，使用普遍。該項(xiàng)工作以現(xiàn)場調(diào)研為基礎(chǔ)，一般是基于現(xiàn)場巖體工程地質(zhì)調(diào)查而開展的。目前巖體分級的方法有數(shù)十種，大致可分為以下幾類：

(1) 單一力學(xué)指標(biāo)分級法，如巖石抗拉強(qiáng)度分級法、單向抗壓強(qiáng)度分級法、普氏系數(shù)(f)分級法等；

(2) 單一非力學(xué)指標(biāo)分級法，如美國蒂爾(Deer，1969)的巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD分級法、日本小野(1963)的巖體完整性系數(shù)分級法；

(3) 多項(xiàng)指標(biāo)綜合分級法，根據(jù)表達(dá)式的不同，又分為乘積法與和差法兩種，典型的乘積法如揶威巴頓(Barton，1974)的巖石隧道指標(biāo)Q系統(tǒng)、我國的水利水電工程巖體分類(1978)，典型的和差法如南非Bieniawski 的巖體分級系統(tǒng)(RMR分級法，1984)、巖體地質(zhì)力學(xué)分類法(MRMR分類法)，我國的工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(BQ分級法)也屬和差法；

(4) 巖體結(jié)構(gòu)類型分類法，如中國科學(xué)院地質(zhì)研究所巖體分類、鐵道部1972年制定的鐵路隧道圍巖分類、煤炭系統(tǒng)的圍巖分類、冶金系統(tǒng)的圍巖分類等；

(5) 巖體地質(zhì)指標(biāo)分級法，如Hoek 的GSI(地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo))法。

上述幾類方法中，有的簡單、方便，主觀因素干擾小，但考慮涉及巖體質(zhì)量的因素不夠全面；有的則適應(yīng)面較窄，具有行業(yè)局限性；南非Bieniaski的RMR分級法和Barton的巖石隧道指標(biāo)Q系統(tǒng)分級法，考慮的因素較全面，是當(dāng)前國際最具代表性的兩種巖體分級法。此外，巖體地質(zhì)力學(xué)分類法(簡稱MRMR分類法)，與Bieniawski的巖體分級系統(tǒng) RMR分級法類似，但對RMR分級法進(jìn)行了部分修正。本次研究采用RMR分級法、Q系統(tǒng)分級法和MRMR分類法共3種方法進(jìn)行巖體分級。

1 礦床地質(zhì)特征

廣西三門滑石礦床賦存于合桐組上段第三分層的白云石大理巖中，呈似層狀、透鏡狀或不規(guī)則體產(chǎn)出。礦層產(chǎn)狀與圍巖基本一致，明顯受層位控制，具有層控礦床之特征。

本礦床共圈出14層礦，計(jì)40個礦體，礦體傾向由向斜兩翼向核部傾斜，傾向西或東，傾角一般15°～40°，東翼較陡，局部大于45°；礦體走向向南傾斜，傾角15°～45°。礦體沿走向或傾向常具分枝復(fù)合、膨大縮小現(xiàn)象，局部膨大復(fù)合成厚達(dá)89.8 m的復(fù)合礦體，沿向斜兩翼則逐漸變薄，甚至尖滅。

礦體與圍巖界線清楚，局部地段以低含礦率與滑石化白云石大理巖呈漸變過渡關(guān)系。礦體圍巖主要為白云石大理巖。巖石質(zhì)地較堅(jiān)硬，一般具硅化、綠泥石化或弱滑石化。礦體頂?shù)装灏自剖罄韼r中常見不同程度的滑石化，滑石呈不規(guī)則細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀或團(tuán)塊狀分布。個別情況有少量圍巖為綠泥石板巖、千枚巖和蝕變輝綠巖。礦體中的夾石主要為交代殘留的白云石大理巖、滑石化白云石大理巖，局部見少量滑石巖或綠泥石滑石巖，偶含少量黃鐵礦。

礦區(qū)地下水賦存于風(fēng)化裂隙、溶蝕裂隙和構(gòu)造裂隙中，主要接受大氣降水的補(bǔ)給，次為溪流補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按其走向大致有NE、NNW和近EW向三組，以前兩組最為發(fā)育，延伸數(shù)百米至數(shù)公里。構(gòu)造破碎帶寬數(shù)米至數(shù)十米，一般由壓碎巖、斷層泥及構(gòu)造透鏡體組成，泥質(zhì)膠結(jié)，比較緊密，透水性差；而破碎帶兩側(cè)與圍巖接觸帶裂隙發(fā)育，導(dǎo)水性能好。礦區(qū)巖溶主要發(fā)育于白云石大理巖層中，發(fā)育程度不均勻，該巖層含裂隙巖溶水，富水性中等，是礦床充水最主要的含水層。

礦區(qū)水文地質(zhì)條件中等復(fù)雜；工程地質(zhì)條件屬中等偏復(fù)雜。

2 巖體質(zhì)量評價

2.1 RMR分級

RMR分級法采用完整巖石單軸抗壓強(qiáng)度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理狀態(tài)(連續(xù)性與充填狀況)和地下水情況5項(xiàng)參數(shù)與節(jié)理方向的修正參數(shù)，共6項(xiàng)指標(biāo)。分級步驟分為三步：首先，參照表格獲取各單項(xiàng)參數(shù)的評分值，把各單項(xiàng)分值加在一起得到總評分值，按照總評分值劃分巖體級別；第二步，依據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀及地下水對工程的影響大小，對巖體的總評分值稍作修正；第三步，為分級應(yīng)用，即根據(jù)本方法建議的巖體工程圍巖分類表，預(yù)測圍巖的自穩(wěn)時間以及開挖難易程度等。

滑石、白云石大理巖、滑石化大理巖和輝綠巖是廣西龍勝三門滑石礦的4種主要巖石，根據(jù)巖體的物理力學(xué)性質(zhì)和工程地質(zhì)特征，按照RMR分級法進(jìn)行巖體分類，結(jié)果見表1。

表1 三門滑石礦巖體RMR分級

2.2 Q系統(tǒng)分級

該法也稱巖石隧道指標(biāo)Q系統(tǒng)分級法，由挪威土工研究所(NGI)的巴頓(N.Barton)等人依據(jù)200多個隧道的實(shí)測資料于1974年提出來的，至2013年止累積案例已達(dá)1600多個。Q是巖體質(zhì)量的簡稱。其表達(dá)式如下：

(1)

式中:RQD——巖石質(zhì)量指標(biāo)值；

Jn——節(jié)理發(fā)育情況評分；

Jr——節(jié)理面粗糙度評分；

Ja——節(jié)理蝕變程度評分；

Jw——裂隙水影響系數(shù)；

SRF——地應(yīng)力影響系數(shù)。

該式可看作三個參數(shù)的函數(shù)：(1)結(jié)構(gòu)體尺寸大小(RQD/Jn)，比蒂爾的單獨(dú)用RQD指標(biāo)好；(2)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度(Jr/Ja)，考慮了不連續(xù)面的形態(tài)、蝕變和充填物特征；(3)有效應(yīng)力(Jw/SRF)，是一個復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)參量。

根據(jù)對三門滑石礦有關(guān)資料的分析比對，參閱相關(guān)文獻(xiàn)，選擇相對應(yīng)的評分值代入公式(1)中，對巖體質(zhì)量Q值進(jìn)行計(jì)算。表2為三門滑石礦巖體的Q系統(tǒng)分級結(jié)果。

表2 三門滑石礦巖體Q系統(tǒng)分級

2.3 巖體MRMR分級

巖體MRMR分級法，即巖體地質(zhì)力學(xué)分類法的簡稱，也稱Lanbscher巖石力學(xué)分類法。該分類法采用了與南非Bieniawski 分級法相同的5項(xiàng)參數(shù)，但在某些細(xì)節(jié)上有所變動。五個級別中的每一級又細(xì)分為子級A 和B，對于完整巖石單向強(qiáng)度指標(biāo)值的評分范圍進(jìn)行新的劃分，對節(jié)理疏密和節(jié)理?xiàng)l件也采用了新的評價標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用巖體評價指標(biāo)之前，要對有關(guān)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行必要的修正，需要考慮的弱化因素有：爆破振動、采動應(yīng)力或誘發(fā)應(yīng)力、風(fēng)化作用、已經(jīng)暴露的基巖產(chǎn)狀、巖體蠕變和松馳等。依據(jù)現(xiàn)場巖體環(huán)境情況對5項(xiàng)參數(shù)值進(jìn)行必要修正后，按照修正后的總分值，對照表格劃分巖體的質(zhì)量級別。

根據(jù)三門滑石礦的物理力學(xué)性質(zhì)和現(xiàn)場地質(zhì)情況，按照Laubscher提出的巖體地質(zhì)力學(xué)分類法進(jìn)行巖體質(zhì)量分類，得到三門滑石礦4種巖體的MRMR分類結(jié)果，見表3。

2.4 評價結(jié)果綜合與分析

雖然對巖體質(zhì)量的描述有別，但實(shí)際上按照五級劃分標(biāo)準(zhǔn)，本次RMR分級、Q系統(tǒng)分級和MRMR分級三種分級方法的分級結(jié)果是完全一致的。

RMR分級和Q系統(tǒng)分級是當(dāng)前國際上最具代表性的兩種巖體分級法，在巖體工程的穩(wěn)定性評價中應(yīng)用十分廣泛。二者之間存在一定的關(guān)系，不少研究者對此進(jìn)行過較為深入的研究。MRMR分級法和RMR分級法十分類似，這兩種分級法的結(jié)果應(yīng)該接近或者一致。從本次應(yīng)用來看，二者總的評分值雖然有少許差別，但最終的分級結(jié)果是一致的。MRMR分級法是RMR分級法的修正和細(xì)化，其結(jié)果應(yīng)該更加理想，但其操作性不如RMR分級法好。

3 結(jié) 論

同時采用RMR分級法、Q系統(tǒng)分級法和MRMR分級法對三門滑石礦4種主要巖體的質(zhì)量進(jìn)行評價，結(jié)果為：滑石的巖體質(zhì)量級別為Ⅳ級，屬于“差巖體”類型；白云石大理巖的巖體質(zhì)量級別為Ⅱ級，屬于“好巖體”類型；滑石化大理巖和輝綠巖的質(zhì)量級別為Ⅲ級，屬于“中等巖體”類型。

參考文獻(xiàn)：

[1]Bieniawski Z T. 工程巖體分類[M]. 吳立新，譯. 北京：中國業(yè)大學(xué)出版社，1993.

[2]陳向華，張世奎，唐紹輝，等. 對會澤鉛鋅礦深部10號礦體巖體質(zhì)量的評價[J]. 礦業(yè)研究與開發(fā)，2002，22(2).

[3]李愛兵，李庶林，陳際經(jīng)，等. 柿竹園多金屬礦床開采地壓研究[C]//第八次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會論文集. 北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2004：514-518.

[4]長沙礦山研究院. 廣西龍勝三門滑石礦上朗礦區(qū)采空區(qū)頂板最小安全厚度研究[R].長沙：長沙礦山研究院，2011.

[5]采礦設(shè)計(jì)手冊編委會.采礦設(shè)計(jì)手冊(礦床開采卷)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987..