巖體質(zhì)量Q系統(tǒng)分類方法及工程應(yīng)用

陳俊池 張景武 谷中元

(中國鋼研科技集團吉林工程技術(shù)有限公司)

巖體質(zhì)量Q系統(tǒng)分類方法及工程應(yīng)用

陳俊池 張景武 谷中元

(中國鋼研科技集團吉林工程技術(shù)有限公司)

巖體質(zhì)量Q分類方法是在當今巖體質(zhì)量分類中應(yīng)用最廣泛的方法之一，該方法在長期的工程和生產(chǎn)實踐中被進行了反復(fù)的論證和修正。在對2002年巴頓修正后的Q系統(tǒng)分類方法深入分析的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用到山東黃金天承礦業(yè)公司巖體質(zhì)量分級中，取得了較好的效果。

巖體質(zhì)量分級Q系統(tǒng)分類方法 工程應(yīng)用

Q系統(tǒng)分類法是目前應(yīng)用最廣的巖體質(zhì)量分類方法，由挪威巖土工程研究所的巴頓等人根據(jù)212個隧道案例，于1974年提出的用于實現(xiàn)巷道(采場)巖石質(zhì)量指標分類[1-2]。該方法特征有：①詳盡敘述了節(jié)理蝕變度與節(jié)理粗糙度，并且將它們當做Q分類系統(tǒng)主要參數(shù)，同時將巖石應(yīng)力也加入到Q分類系統(tǒng)中的重要參數(shù)當中；②按照Q值大小不同，將支護劃分為38個類別；③將地下礦石、圍巖的分級、分類與支護聯(lián)系到一起。在對該方法進行深入分析的基礎(chǔ)上，介紹了該方法在山東黃金天承礦業(yè)公司巖體質(zhì)量分級中的應(yīng)用。

1 Q分類系統(tǒng)

1.1 計算方法

根據(jù)礦區(qū)的水文信息、工程地質(zhì)條件以及礦體的賦存情況，礦區(qū)的地應(yīng)力調(diào)查，礦山巖石各種力學(xué)、物理試驗結(jié)果和節(jié)理裂隙發(fā)育情況等，采用巴頓巖體質(zhì)量(Q)分類評價方法，將礦區(qū)各中段分布的巖組進行巖體質(zhì)量分級[3]，該標值Q由下式確定

(1)

式中，RQD為巖石質(zhì)量指標；Jn為節(jié)理組數(shù)；Jr為節(jié)理粗糙系數(shù)；Ja為節(jié)理蝕變系數(shù)；Jw為節(jié)理水折減系數(shù)；SRF為應(yīng)力折減系數(shù)。當評估巖體質(zhì)量系數(shù)(Q)時，應(yīng)注意[4-5]：

(1)當鉆孔巖芯不可靠時，可通過采用單位體積巖體含有的節(jié)理數(shù)進行評估得到RQD值，對節(jié)理組按每米節(jié)理數(shù)進行計算。

(2)節(jié)理組數(shù)主要受面理、片理、流劈理、層理等影響，如果節(jié)理極其發(fā)育，平行節(jié)理應(yīng)被看作完整的節(jié)理組。如果存在幾條節(jié)理，或者在巖芯偶爾僅存幾條節(jié)理，在評估節(jié)理組數(shù)時，可被看作自由節(jié)理。

(3)如果節(jié)理組或最小Jr/Ja值的不連續(xù)性偏于穩(wěn)定方向，或多或少節(jié)理組或不連續(xù)性比較明顯，評估Jn時，Jr/Ja可取大值。

(4)當巖體含有黏土時，評估SRF值適合松散荷載，此時無需關(guān)注完整巖石強度。然而，當巖石節(jié)理最小或完全無黏土時，完整巖石的穩(wěn)定性取決于圍巖應(yīng)力與巖石強度的比值。

(5)如果符合當前或未來圍巖條件，飽和條件下完整巖石的單軸抗壓或抗拉強度應(yīng)被計算，當暴露潮濕或飽和條件下時，應(yīng)非常保守地評估巖石單軸抗壓或抗拉強度。

1.2 分類參數(shù)選取

1.2.1 巖石質(zhì)量指標(RQD)

RQD計算公式為

RQD=115-3.3Jv，

(2)

式中，Jv為單位巖體節(jié)理數(shù)目。

1.2.2 節(jié)理組系數(shù)(Jn)

Jn可按表1進行選取，取值原則為：在同1個分類區(qū)段中當節(jié)理裂隙不大于6條，且分散分布時可以當成作為很少的節(jié)理組數(shù)，Jn值取為1；當不大于3條或無節(jié)理時，Jn取0.5。若當1個分類區(qū)段有6條或6條以上的節(jié)理裂隙時，同一方向不小于3條節(jié)理裂隙算成1組，少于3條時則為隨機節(jié)理。

1.2.3 節(jié)理組粗糙程度系數(shù)(Jr)

Jr值可按表2進行選取。

1.2.4 節(jié)理組風化蝕變系數(shù)(Ja)

Ja值可按表3進行選取。

表1 Jn取值

表2 Jr取值

表3 Ja取值

1.2.5 節(jié)理水折減系數(shù)(Jw)

Jw取值見表4。

表4 Jw取值

1.2.6 應(yīng)力折減系數(shù)(SRF)

SRF取值見表5。

利用巴頓巖體質(zhì)量(Q)分類方法，計算所得到Q值為0.001～1 000，這代表了圍巖是從極差破碎性巖石到極好堅硬性完整巖石范圍，劃分了5個質(zhì)量的等級，見表6。

圍巖質(zhì)量描述見表7。

2 應(yīng)用實例

研究區(qū)域為天承公司所屬的4個礦區(qū)(紅布、東季、馬塘、二采)，在紅布礦區(qū)的-300 m水平中段，在東季礦區(qū)的-130，-170 m水平中段，在馬塘礦區(qū)的-260 m水平中段，在二采礦區(qū)的-475，-500 m 水平中段選取勘測點，開展地質(zhì)調(diào)查，取樣包含了上、下盤礦石及圍巖。RQD值可參照表8選取。

根據(jù)上述指標，對巖體質(zhì)量進行分級評價，結(jié)果見表9。

表5 SRF取值

表6 巴頓巖體質(zhì)量(Q)圍巖分類

表7 巴頓巖體質(zhì)量(Q)圍巖的分類表述

表8 RQD平均值統(tǒng)計

表9 巴頓巖體質(zhì)量(Q)分類方法評價結(jié)果

3 結(jié) 語

在對Q系統(tǒng)分類方法進行了詳細分析的基礎(chǔ)上，對天承礦業(yè)公司下轄的各礦區(qū)進行Q系統(tǒng)分類。結(jié)果表明，Q系統(tǒng)可以詳細、直觀地反映出各礦區(qū)巖體的分類情況，有助于進行礦山的巖體穩(wěn)定系分析，對于確保礦山支護系統(tǒng)的正常運行有一定的作用。

[1] 康小兵.巖體質(zhì)量Q系統(tǒng)分類法及其應(yīng)[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2008(4)：60-66.

[2] 景海濤.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的巖石隧道風險分析[D].南京：南京理工大學(xué)，2012.

[3] 喬 蘭，蔡美峰.新城金礦深部節(jié)理裂隙調(diào)查及巖體質(zhì)量分級評價研究[J].中國礦業(yè)，2000，9(4)：70-74.

[4] 王環(huán)玲，余宏明，晏鄂川.結(jié)構(gòu)面模擬分析在巖體質(zhì)量研究中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2002(4):25-29,34.

[5] 張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京：地質(zhì)出版社，1994．

2014-08-11)

陳俊池(1988—)，男，助理工程師，碩士，130022 吉林省長春市亞泰大街3218號。