国标岩体质量分级的简化方法

我国现行的《工程岩体分级标准》GB 50218-94在确定岩体基本质量指标BQ时较繁琐,为此将BQ公式和规范条文表格制成曲线图,根据岩石的单轴饱和抗压强度和岩体完整性系数,由曲线图可以方便地确定BQ和质量等级。为了便于在施工中确定岩体强度等多种物理力学指标,还编制了BQ与指标的关系图表。通过在工程实例中的应用,证明上述图表简单实用。     

隧道层状岩体质量评价的BQ分级改进

国标BQ分级方法是一种多因素、多变量、定性与定量结合的分级方法,该方法选取岩石饱和单轴抗压强度和岩体完整性指数计算出岩体基本指标,再考虑到工程岩体现场工况对其修正,既保证了分级的客观性,又降低了现场分级的难度。但在一些复杂地质条件下,如层状岩体等,BQ分级存在修正系数定性评价的局限性。由于现场工程人员的主观判断不同,导致两种岩体分级交界处往往会出现分级交错的现象。基于室内力学试验,本文阐述了层理倾角与围压对层状岩体力学参数的影响规律。采用Jaeger-Donath与Mogi-Coulomb强度准则提出针对层状岩体的结构面产状修正系数K₂以及初始地应力状态修正系数K₃的计算公式,并通过木寨岭铁路隧道围岩分级计算进行了验证。     

基于冲切破坏模式的嵌岩桩桩端溶洞顶板临界厚度确定方法研究

桩端下伏溶洞顶板厚度是影响嵌岩桩竖向承载力的一个重要影响因素,在工程实践中,我国相关规范要求桩端平面以下的顶板厚度不小于3倍桩径。根据规范确定溶洞顶板厚度具有一定的经验性和笼统性,没有考虑溶洞顶板岩体质量,亦忽略了溶洞自身尺寸的影响。基于桩端岩体的冲切破坏模式,并结合广义Hoek-Brown准则和极限定理上限法建立了溶洞顶板临界厚径比(h/d,即顶板厚度h/基桩直径d)的计算方法,给出了不同岩体基本质量级别的临界厚径比建议值。结果表明:极限端阻力、岩石坚硬程度和岩体质量均对临界厚径比产生影响,极限端阻力越小、岩体质量越好、岩石越坚硬,则溶洞顶板的临界厚径比越小;以《工程岩体分级标准》(GB/T50218-2014)中岩体基本质量分级为参考依据,Ⅰ~Ⅳ级岩体的临界厚径比建议值分别是Ⅰ级岩体h/d≤2.41、Ⅱ级岩体2.41≤h/d≤2.96、Ⅲ级岩体2.96≤h/d≤3.73、Ⅳ级岩体3.73≤h/d≤4.91。     

《工程岩体分级标准》中边坡工程岩体质量指标计算方法的讨论

岩体质量等级指标是岩石边坡稳定性评价的基础,新修订的《工程岩体分级标准》增加了边坡工程岩体质量(QISERM)指标[BQ]的计算公式,包含一个反映边坡倾角与主要结构面倾角间关系影响的修正系数F_3,其由结构面倾角与边坡坡面倾角之差确定。文中讨论了规范中F_3的确定方法存在的缺陷,建议其取值改由结构面倾角与边坡坡面在结构面倾向方向上的视倾角之差来确定。通过13 357个算例的对比计算,统计了新标准取值方法和文中建议方法获得的边坡工程岩体质量指标[BQ]值之间的差值。结果表明,当主要结构面类型与延伸性修正系数λ=0.6时,差值在40以内,其中78.3%的算例中差值小于5;当λ=1时,差值在60以内,其中有68.7%的算例中差值小于5。文中提出的方法相比新标准取值方法在理论上更完备,精度上更准确,可为边坡工程岩体质量指标计算提供参考。     

基于优化组合权-模糊可变集的坝基岩体质量分级

为解决坝基岩体质量指标参数不确定性问题,特别是处于相邻等级分界线附近的岩体分类问题,本文提出基于优化组合权-模糊可变集的坝基岩体质量分级模型。首先选取岩石单轴饱和抗压强度(R_c)、结构面间距(J_d)、岩石质量指标(RQD)、完整性系数(K_v)、声波纵波速度(V_P)和地应力修正系数(Q)等6个主要影响指标,将每个指标划分为5个等级;然后利用改进的序关系分析法(G1法)和最大离差法分别确定指标的主客观权重,通过矩估计法优化指标的组合权值,同时借助单因素轮换法(OAT)分析指标的敏感性;最后以金沙江旭龙水电站坝基岩体的7个标准样本作为实例,应用模糊可变集模型进行坝基岩体质量分级评判,将分级结果与云模型的判定结果进行了对比。结果表明：7个样本中,除岩体样本N3的分级结果存在差异外,其余样本的分级结果均吻合;根据野外实地勘测结果,样本N3属于Ⅱ类的概率高达80%,与本文分级结果相吻合,验证了本文方法的可靠性,也弥补了云模型关于评判坝基岩体质量的不足。此外,指标的敏感性由高到低的排序为R_c...     

某抽水蓄能电站地下洞室围岩岩体质量特征分析

采用BQ和Q两种岩体质量分级系统对某抽水蓄能电站地下厂房围岩岩体质量进行分级,并指明了岩体质量较差部位,结果表明,该地下洞室围岩岩体质量等级以Ⅱ级、Ⅲ级为主。根据勘探平洞洞壁波速测试结果发现:Ⅱ级、Ⅲ级围岩岩体波速为4200~5300 ms-1,相应平洞岩体自稳性好,Ⅳ级、Ⅴ级围岩波速一般小于4000 ms-1,特别是Ⅴ级围岩波速一般小于2200ms-1。根据对不同分级法得到的岩体质量指标相关性分析结果表明,两种分级法得到的岩体质量指标之间呈指数关系,波速-呈线性关系。对同一工程,岩体质量评价的两种分级方法所得的分级结果不同,但是它们的分级基础是相似的,即都以地质因素为主导,因此各种分级方法之间是可以换算和对比的。     

西南某水电站坝基岩体质量分级研究

坝基岩体质量分级关系到大坝工程的安全性和经济性.通过对坝基岩体质量分级要素及各要素之间的联系进行研究,得出岩体分级各要素界限指标的对应值.在此基础上提出适用于本工程坝基岩体质量分级的单因素和双因素标准.并应用此标准对该坝基进行岩体质量分级.     

坝基岩体质量分级中的几个基本问题

本文提出的坝基岩体质量分级定义是,坝基岩体质量分级应从工程的实际要求出发、对坝基范围内的岩体依其对工程的适宜程度进行分级,赋于它必不可少的计算参数,以便于工程的设计,保证工程的安全、经济、合理. 文中依上述定义对岩体的工程地质分类、岩体风化程度分带同坝基岩体质量分级之间关系进行了探讨。文中还从坝基岩体与坝体系统的整体性原则讨论了坝基岩体的结构与功能,建立了坝基岩体质量的功能—因素模型,提出了坝基岩体质量分级工作程序框图,并阐述了确定坝基岩体利用标准的原则和坝基岩体质量分级方法。     

隧道岩体质量智能动态分级KNN方法

施工期隧道岩体质量动态分级,是评价隧道工作面围岩质量最直接的方法,也是预防隧道施工地质灾害,决定施工开挖工法与支护措施的重要依据。由于传统的Q值法和国标BQ岩体质量分级评价方法需要进行现场和室内试验及分析,岩体质量评价时间滞后,常常降低施工效率,或错过预防突发性施工地质灾害的窗口时间,快速准确地对隧道工作面进行岩体质量分级,成为施工期公路隧道岩体质量动态分级需要解决的重要问题。人工智能算法为解决隧道岩体质量实时快速准确评价提供了方法和手段。以北京冬奥会延庆—崇礼高速公路为例,提出了工作面采用隧道掌子面图片人工智能岩体结构参数辨识,建立7个指标参数体系,采用KNN智能算法对隧道岩体质量进行评价,选取8条隧道40个工作面150个样本进行训练学习,另外选取50个样本进行岩体质量评价校验,与BQ岩体质量评价结果相比,准确率达到了90%,得出如下结论:(1)公路隧道岩体质量智能动态分级KNN方法—一种利用人工智能技术快速高效进行岩体质量动态分级的方法,能够在现场实时获得岩体质量评价结果;(2)KNN分级方法中选用了7个判定指标,综合考虑了隧道围岩体的赋存环境、岩体构造、地质结构等特性,并体现了这些指标在实际工程评判中的可操作性和适用性;(3)KNN分级方法误判率很低,在判别分类中排除了评分时人为因素的干扰,具有较强的判别能力,为TBM围岩实时分级做方法储备。     

隧道岩质围岩亚级分级可靠度分析方法及其工程应用

在隧道工程岩体分级中,由于岩土体参数本身的不确定性,加之各定性、定量评定指标在获取过程中由仪器误差、人为操作等产生的离散性及随机性,往往是应用同一评价体系及分级标准,却得出不同的评判等级,尤其是在围岩亚级分级中,评定结果鲁棒性差,甚至出现跳级,这就决定了围岩类别的可靠性的存在。据此,基于《工程岩体分级标准》,通过分析岩石强度及岩体完整程度等评价指标的概率分布规律,引入体系可靠度分析理论,构建不同围岩等级的功能函数,经Monte Carlo法计算围岩隶属于各评定等级的可靠概率,进而提出了基于国标BQ法的围岩亚级分级可靠度分析方法。该方法充分利用了分类系统本身蕴含的信息,考虑了评价指标的不确定性及离散性,所计算可靠性指标可更为直观地对围岩等级作出稳健评估,且可靠概率在一定程度上综合考虑了包括局部破碎带、软弱夹层等掌子面围岩信息的离散程度。研究成果应用于济南绕城高速老虎山超大断面隧道的围岩亚级分级中,所评价结果与实际围岩等级完全吻合,且各等级可靠指标的延续性可对隧道施工过程中地质属性的变化情况进行定量表征,有助于工程地质人员据此对围岩质量的渐变过程进行动态评估,为合理确定工法转换区间,优化支护参数提供数据支撑。研究成果对类似超大断面隧道的围岩亚级分级有一定参考价值。     

Joint Frequency in the Rock Mass Rating 2014 Classification System Based on Field P-wave Propagation Velocity Tests: A New Rating Method

The joint frequency rating index accounts for 40% of the weight in the hundred-mark Rock Mass Rating 2014 (RMR14) classification system. However, owning to the natural variations of in-situ rock mass, this parameter is difficult for site engineers to obtain along the tunnel axis, especially in groundwater-rich conditions or prior to any disturbances made to rock mass. In this study, we propose an equivalent joint frequency, expressed quantitatively in terms of the ratio of the P-wave propagation velocity in the rock mass to that of the intact rocks, which is mainly based on engineering statistics easily obtained from the Chinese National Standard, GB/T 50218. We also explore a new rating method, based on field P-wave propagation velocity tests, for the joint frequency in the RMR14 classification system. Literature from in-situ databases is discussed to verify the applicability of the proposed rating method. The verifications demonstrate that, compared with the results of on-site parameters ratings as per the RMR classification system, the new rating method using P-wave propagation velocity can obtain a certain degree of accuracy. Hence, this enables the presentation of the primary state of integrity of an in-situ rock mass in accordance with the RMR14 classification system, through simple and non-destructive field P-wave velocity tests.

     

某水电站地下厂房岩体质量分级研究

根据某水电站地下厂房各勘探平硐现场统计的基础数据,采用RMR分类、Q系统法、水电系统分类法(HC法)、BQ法对地下厂区围岩岩体质量进行了分析评价,然后综合4种方法的评价结果,得到了各硐段的综合岩体质量类别,使这4种分类法相互补充、相互验证,达到综合确定围岩类别的目的,以此作为围岩稳定性分类的基础.此外,还对不同方法所得的评价结果进行了相关性分析.     

公路隧道施工期围岩快速分级的一种新方法

施工期围岩快速分级是保证隧道施工安全和工程质量的关键措施。结合绩黄、宁绩高速公路隧道群施工期围岩分级实践,在大量现场测试和室内试验的基础上,提出了一种基于国标BQ分级的新分级体系,并给出了每个分级指标的现场快速测试方法。用新分级体系进行隧道施工期围岩的快速分级工作,并以分级结果作为进化支持向量回归算法分级的训练样本,建立了隧道围岩分级的进化支持向量回归智能模型。为了方便现场使用,依据支持向量回归理论,将智能模型进一步转化为初等函数数学模型,经隧道围岩分级实例验证了该初等函数数学模型的准确性,为隧道施工期围岩快速分级提供了一种简便的新方法。     

Comparisons of Evaluation Factors and Application Effects of the New [BQ]<Subscript>GSI</Subscript> System with International Rock Mass Classification Systems

The basic quality (BQ) system is regarded as the national rock mass classification system that can be appropriate for use in most types of rock engineering in China. Two underlying parameters that the uniaxial compressive strength (UCS) and the rock intactness index (K_V) are taken into account to access the basic BQ value. However, The K_V was usually measured by an indirect acoustic wave approach which often cannot reflected the actual conditions. In this study, a direct measured parameter K_GSI is recommended to obtain by means of the GSI system to replace the original K_V, and a new method [BQ]_GSI expressed by the new parameter K_GSI is proposed. In particular, a graphic method is also presented to determine rapidly and rationally the rock mass classification by the X, Y coordinates of the UCS and the K_GSI. In order to further compare the evaluation results and application effects between the [BQ]_GSI and the international rock mass classification systems, a comprehensive solution is carried out. First, the evaluation factors of rock mass qualities from all these system are classified according to three groups: the rock mass inherent parameters, external parameters, and construction parameters. Second, the correlations among these evaluation factors in the new [BQ]_GSI system and the common international systems (i.e. RMR, Q, and RMi) were compared. And the formulas or charts among the three groups are presented. Finally, five hydropower underground excavations are chosen to analysis the comparison results of the [BQ]_GSI system and the international common RMR, Q, or RMi systems. The applicability scope of these international RMR, Q, or RMi systems is also discussed in the context of China’s rock characteristics and geological stress conditions.     

基于Hoek-Brown准则的岩体分级法在地下工程中的应用

根据Hoek-Brown破坏准则和等面积原则,通过岩石力学试验数据和野外地质调查结果,算出工程岩体主要的力学参数,可用于地下工程的岩体分级。该方法能够较好地反映岩体的赋存条件和力学状态,对岩体的工程力学性质认识更加深入,为地下工程设计和施工支护提供更加科学、合理的依据。实践表明,相比于最常用的BQ分级法,文中方法在深埋地下工程中更加科学、适用     

APPLICATION OF FUZZY MATHEMATICS IN COMPREHANICS EVALUATION AND ENGINEERING CLASSIFICATION OF ROCK MASSES

The engineering classification of rock masses is one of the basic problems in rock mechanics .The main purpose of engineering classification of rock masses is comprehensively to evaluate rock masses ,to divide the rock masses into several proper classes and to offer guantitative data for engineering design .therefore engineering classification of rock masses is very important for engineering practice and aroused a great interest to the investigators of rock mechanics .On the basis of Bieniawski’s geomechanics classification of rock masses , a new method of engineering classification of rock masses has been proposed by means of the theory of modern fuzzy mathematics .In this classification the rock masses are evaluated on the basis of six parameters :the uniaxial compressive strength of the rock material drill core quality RQD, spacing ,orientation and condition of joints ,and ground water inflow. The rating for each parameter is determined and total rating for rock mass is specified by the method of weighted average .The rating and the weight for each parameter were considered as fuzzy variables . Therefore not only the total rating but also varying Range of total rating(or pthe membership of total rating ) are given .The randomly varying state of in situ rock masses can be described by this method of classification so that the result of comprehensively evaluating is more accurate than others . In additional, an accurate and simple evaluating method that is suitable for the engineers has been given .