第4章软岩巷道的围岩分类

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1、中 国 矿 业 大 学 教 学 课 件Xu Guoan中中 国国 矿矿 业业 大大 学学 建建 筑筑 工工 程程 学学 院院2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安3 3 3目 录第四章第四章 软岩巷道的围岩分类软岩巷道的围岩分类第一节围岩分类概述第二节单因素单指标分类法第三节多因素复合指标分类法第四节围岩松动圈分类法思考题2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安4 4 4第一节 围岩分类概述围岩分类的意义l分类的意义（必要性）l一方面，研究岩体的物理力学性质的主要目的，是为了更好地利用它们来解决地下工程的支护难题，但其物理力学性质本身不能直接反映地下工程围岩支

2、护的难易程度。l另一方面，由于岩体的复杂性，在目前技术水平条件下（理论不完善、主要靠经验），要准确定量岩体强度和围岩应力参数还存在较大的困难；即使得到了二者的准确数值，理论上也难以用数学力学方法对开巷后围岩破坏过程中的“应力应变”特征及支护荷载的变化规律进行准确的表述、分析和计算。l因而，有必要根据地下工程围岩的物理力学性质和工程特征对其进行分类。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安5 5 5第一节 围岩分类概述围岩分类的目的与任务l分类的目的l为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。(对于巷道支护工程来说，是为了恰当评价巷道在所处围岩及应力等环境条件

3、下支护的难易程度，判明支护的主要对象，以便合理地选择支护，确定工程参数及施工工艺。)l便于施工方法的总结、交流、推广，以及行业内的技术改革和管理。l分类的任务l从定性和定量两个方面来评价岩体的工程性质，根据工程类型及使用目的对岩体进行分类。（对于巷道支护工程来说，围岩分类的任务是，以围岩稳定性为主线，从众多的影响因素及其纷繁变化的组合中识别影响围岩稳定性的最显著因素，判明巷道主要支护对象和支护难度，为工程类比法、现场监控设计法提供定量依据。）2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安6 6 6第一节 围岩分类概述围岩分类的发展l单因素单指标分类l单一的岩性指标只能表达岩体特征的某

4、一个方面，不能反映岩体的完整性、各向异性以及地下水和地应力等因素对岩体稳定性的影响。l多因素复合指标分类l以多个分类指标组合而成的一个或多个复合指标作为围岩分类的依据，能够较全面的考虑各种因素，但较为繁杂，不便于工程应用。l多因素综合指标分类l这种分类方法主要是以一定勘察为手段，对开挖后围岩稳定状态进行测试或观察所获得的资料为指标的分类方法。这种分类方法虽然指标单一，但它反映的因素却是综合的。采用单一综合指标分类的优点是既简便又有定量数据，因而获得了广泛应用。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安7 7 7第一节 围岩分类概述围岩分类的原则与主导因素l分类原则l有明确的类级和

5、适用对象。l有定量的指标。l类级一般分五级为宜。l分类方法简单明了、数字便于记忆和应用。l根据适用对象，选择考虑因素。l主导因素l岩石的质量：岩石的强度和变形性质l岩体的完整性：不连续面的组数和密度l结构面条件：结构面产状、粗糙度和充填情况l岩体及结构面的风化程度l地下水的影响：渗流、软化、膨胀、崩解l地应力目目 录录2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安8 8 8第二节 单因素单指标分类法普氏系数分类法l前苏联M.M.普罗托奇雅可诺夫于1907年提出用“坚固性系数”（又称为普氏系数普氏系数）来划分岩石等级。l岩石坚固性系数（普氏系数）以岩块强度为基础，表示岩石在各种工程作业

6、(钻凿、爆破等)以及地压等外力作用下被破坏的相对难易程度。其取值用 f 表示，等于岩石的单向抗压强度c(MPa)除以10(MPa)，即l普氏分类法将f4岩层划分为软岩，f46为中硬岩，f 7为硬岩。10cRf 2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安9 9 9第二节 单因素单指标分类法l优点优点l指标单一，分类方法简单易行。l缺点缺点l由于定级的标准以岩块强度为基础，不能说明岩体的完整性和稳定性等特征，影响较大的原岩应力因素也没有考虑，所以用普氏分类法不能正确评价围岩稳定性。l由于分类等级较多，实际使用起来不方便。我国工程界按岩石单轴抗压强度将岩体分为四类 类别类别 岩石单轴抗

7、压强度岩石单轴抗压强度c c(Mpa)坚固性坚固性 250160特坚固特坚固 160100坚固坚固 10040次坚固次坚固 40软岩软岩2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安101010第二节 单因素单指标分类法岩石质量指标分类法Rock quality designation index-RQDl美国伊利诺斯大学狄尔（Deere）在1964年形成该标准，1967年以出版的形式首次提出该概念。lRQD是一修正仅考虑长度l大于100mm的完整岩芯的岩芯取出率。100%lRQDL式中：li 所取岩芯中长度10cm的岩芯段的长度；L钻进岩芯的总长度，m。2022-9-15第四章 软

8、岩巷道的围岩分类许许国国安安111111第二节 单因素单指标分类法RQD（%）2525505075759090100岩石质量很差差一般好优秀 当RQD0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度完整程度完整完整较完整较完整较破碎较破碎破碎破碎极破碎极破碎以弹性波为基础的分类方法，实质是用岩体与岩块弹性波速度的差异来定性定量评价岩体强度，充分考虑了结构面对岩体强度的影响，但原岩应力因素仍是围岩分类的盲点。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安151515第二节 单因素单指标分类法围岩自稳时间分类法l围岩自稳时间就是巷道不支护情况下，围岩保持自身稳定的

9、时间。l根据围岩的自稳时间和未支护段的长度，将围岩分为稳定的、易掉块的、极易掉块的、破碎的、很破碎的、有压力的、有很大压力的七级。1 astcL 式中，ts围岩的自稳时间，d；L隧洞未支护段的长度，m；a指数，好的岩石可取0，极差的取1；c常数。目目 录录2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安161616第三节 多因素复合指标分类法巷道稳定性指数分类法l当自重应力与岩石单向抗压强度之比超过一定数值后，围岩变形量迅速增加，将该比值定义为围岩稳定性指数。l当S 0.25 为稳定围岩；S=0.250.40为中等稳定围岩；S0.40为软岩。/cSHR式中，S-围岩稳定性指数；H-自重

10、应力；Rc-岩石单向抗压强度。围岩稳定性指数分类法，考虑到自重应力和岩石强度对围岩稳定性的影响,在构造应力较小和岩体节理裂隙不发育的条件下，能较好地判断围岩稳定性。对于构造应力显著、节理发育的地层不适用。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安171717第三节 多因素复合指标分类法节理岩体地质力学分类（CSIR分类）l该分类法是由南非科学和工业研究委员会（CSIR)提出的分类指标RMR(Rock Mass Rating)，由岩块强度(R1)、RQD值(R2)、节理间距(R3)、节理条件(R4)及地下水(R5)和节理方向对工程影响的修正参数（R6）6种指标组成，即：123456

11、RMRRRRRRR围岩类别IIIIIIIVV稳定性评价很好好中等差很差RMR值10081806160414021400kPa300400 kPa200300 kPa100200 kPa45354525351525820015 4810020012 245010071225 504不采用10 252不采用3 101不采用 302022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安191919第三节 多因素复合指标分类法l对应于岩芯质量的岩体评分值R2l对应于最有影响的节理组间距的岩体评分值R3RQD（）91100 769051752650 3 130.310.0050.3 0.005评分值30

12、25201052022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安202020第三节 多因素复合指标分类法l对于节理状态的岩体评分值R4 说明评分值尺寸有限的粗糙的表面、硬岩壁25略粗糙的表面、张开度1mm，硬岩壁20略粗糙的表面、张开度5mm的断层泥充填的张开节理;张开度5mm的节理，延伸超过数米02022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安212121第三节 多因素复合指标分类法l取决于地下水状态的岩体评分值R5每10m洞长的流入量（L/min）节理水压力与最大主应力的比值总的状态评分值无0干燥20250.00.2湿12251250.20.5有中等压力水61250.5有严重

13、地下水问题02022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安222222第三节 多因素复合指标分类法l节理方向对RMR的修正值R6方向对工程的影响评价隧道地基边坡很有利000有利225较好5725不利101550很不利12252022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安232323第三节 多因素复合指标分类法l节理走向与倾角对隧道掘进的影响节理走向垂直于隧道轴线节理走向平行于隧道轴线倾角00200顺倾向掘进逆倾向掘进倾角4509002004504 50900200450450900200450不 考 虑走向很有利有利一般不利很不利一般一般2022-9-15第四章 软岩巷道的

14、围岩分类许许国国安安242424第三节 多因素复合指标分类法巴顿岩体质量（Q）分类l挪威巴顿（Barton）等人于1974年根据隧道工程的调查，提出一个用6个参数表达的岩体质量指标Q，作为岩体质量分类的依据。wrnaJJRQDQJJSRF式中：RQD岩体质量指标；Jn节理组系数；Jr节理粗糙系数；Jw节理水折减系数；Ja节理蚀变系数；SRF应力折减系数。Q反映了岩体质量的三个方面：nJRQDarJJSRFJw为岩体的完整性；表示结构面的形态、充填物特征及次生变化程度；表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安252525第三节 多因素复合指

15、标分类法l节理组数影响（Jn)2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安262626第三节 多因素复合指标分类法l节理粗糙度影响（Jr)2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安272727第三节 多因素复合指标分类法l节理蚀变程度影响（Ja)2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安282828第三节 多因素复合指标分类法l裂隙水影响（Jw)2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安292929第三节 多因素复合指标分类法l地应力折减系数（SRF)l开挖后可能引起岩体松脱的破碎带中的地下工程其地应力折减系数的取值：含有黏土或因化学作用崩

16、解的岩石，一组破碎带一般取2.5（H50m）或5.0（H50m）或5.0（H60 60303015155 0.750.750.550.550.350.350.150.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安333333第三节 多因素复合指标分类法RC与点荷载强度指数的关系：是指直径50mm圆柱试件径向加压时的点荷载强度。Jv35Kv0.750.750.550.550.350.350.15 90Kv+30 时，应以RC=90Kv+30 代入上式计算BQ值；当Kv 0.04RC+0.4时，应以Kv=0.04RC+0.4代入上式计算BQ值；式中：

17、BQ岩体基本质量指标；RC岩石饱和单轴抗压强度(Mpa);Kv岩体完整性指数。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安353535第三节 多因素复合指标分类法lB、按BQ值进行岩体基本质量分级基本质量级别岩体基本质量定性特征岩体基本质量指标(BQ)坚硬岩，岩体完整；550坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整；550451坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整；450351坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整较破碎；软岩，岩体完整较完整；350251较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎；全部极

18、软岩及全部极破碎岩；26.5602.133 0.260502.11.533200.20.2526.524.550391.50.72060.250.324.522.539270.70.261.30.30.3522.5270.2 0.352022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安383838第三节 多因素复合指标分类法基本质量级别两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度内摩擦角(0)粘结力C(Mpa)坚硬、结合好37 0.22坚硬较坚硬、结合一般；软弱岩，结合好37290.220.12坚硬较坚硬、结合差；较软弱岩，结合一般29190.120.08较坚硬较软岩、结合差很差；软弱岩、结合差软

19、质岩的泥化面19130.080.05较坚硬及全部软质岩、结合很差；软质岩泥化层本身13 0.05l2.岩体结构面抗剪强度参数的选用2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安393939第三节 多因素复合指标分类法基本质量级别自稳能力跨度20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方跨度1020m，可基本稳定，局部发生掉块或小塌方跨度 10m，可长期稳定，偶有掉块跨度1020m，可稳定数日至1个月，可发生小至中塌方跨度510m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小至中塌方跨度5m，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、小塌方，可发展为中至大塌方。跨度5m，可稳定数日至1个月无自稳能力注：

20、小塌方：塌方高度3m，或塌方体积6m，或塌方体积 100m3目目 录录l3.地下工程岩体自稳能力的确定2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安404040第四节 围岩松动圈分类法概念及分类表l松动圈的概念开挖应力集中和强度衰减应力岩石强度松动圈(破裂区)在巷道开挖前，岩体处于三向应力平衡状态，开挖后，一方面破坏了围岩原有的三向应力平衡状态，使应力重新分布，一是切向应力增加，二是径向应力降低，巷道周边处达到零；另一方面围岩受力状态由三向变成近似二向，岩石强度大大下降。如果此时的应力值小于岩石强度，围岩将处于弹塑性状态而自稳，不存在巷道支护问题；如果应力值大于岩石强度，围岩将发生破

21、裂，这种破裂从周边开始逐渐向深部扩展，直至达到另一新的三向应力平衡状态为止，此时围岩中出现一定厚度的破裂带，这个破裂带称为围岩松动圈围岩松动圈。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安414141第四节 围岩松动圈分类法l围岩松动圈分类表围岩类别分类名称围岩松动圈/cm支护机理及方法备注小松动圈I稳定围岩040喷混凝土支护围岩整体性好，不易风化的可不支护中松动圈较稳定围岩40100锚杆悬吊理论锚喷支护局部锚杆支护一般围岩100150锚杆悬吊理论锚网喷支护刚性支护有局部破坏，采用可缩性支护大松动圈一般不稳定围岩(软岩)150200锚杆组合拱理论锚梁网喷支护刚性支护大面积破坏，采用

22、可缩性支护不稳定围岩(较软围岩)200300锚杆组合拱理论锚梁网喷支护围岩变形有稳定期极不稳定围岩(极软围岩)300组合拱理论二次支护理论联合支护围岩变形在一般支护下无稳定期2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安424242第四节 围岩松动圈分类法l突出优点l松动圈厚度值是一个包含岩体强度、结构面特征、自重应力和构造应力以及水的影响多因素互相作用后的产物，是一个综合指标。l不需要分别测取各影响因素的值，绕过了地应力、围岩强度、结构面性质测定等难题。l松动圈厚度为实测所得，未在重要方面作任何假设。l松动圈大小很容易用声测法获得，确定支护参数时直观简单，现场应用十分方便。2022

23、-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安434343第四节 围岩松动圈分类法松动圈的影响因素l松动圈厚度与岩体强度、原岩应力的关系l理论分析l根据软岩工程围岩分别处于弹塑性状态、应变软化状态和残余强度状态特点，对于静水应力状态下的无限长圆形巷道，假设其围岩近似满足弹塑性理论的基本假设并且忽略围岩的自重，松动圈的半径可以用下式计算11*200113130*1121KcccpcciinPK nPCPKK KK KRrPPKK2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安444444第四节 围岩松动圈分类法l地应力（埋深）的影响1c=4.8MPa,c*=0.2MPa,=25o2c=

24、9.8MPa,c*=0.49MPa,=30o3c=19.6MPa,c*=0.98MPa,=35o4c=49MPa,c*=2.45MPa,=45oH0Lp=0状态下的最大开采深度埋深对围岩松动圈厚度的影响程度与岩体强度关系密切，强度越大，影响越小，反之则影响大。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安454545第四节 围岩松动圈分类法l岩石强度的影响当岩体的残余强度不足其极限强度的5%10%，随着岩体残余强度的降低，将导致松动圈厚度的急剧增加。而当岩体的残余强度达到其极限强度的20%以上时，松动圈厚度的减小不明显。研究表明：岩体的残余强度一般远小于极限强度。因此，对于深埋巷道支

25、护来说，我们首先应该考虑的是加固围岩以提高它的残余强度。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安464646第四节 围岩松动圈分类法l应变软化程度的影响其它条件一定时，软化系数n越小说明岩石的软化程度越大，对围岩稳定性影响也越大，则松动圈的厚度越大。因此，通过及时加固围岩减小应变软化程度可提高巷道围岩稳定性。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安474747第四节 围岩松动圈分类法l物理模拟分析l松动圈厚度Lp理论上是原岩应力P0、岩体强度Rc、巷道跨度D和支护阻力Pi的相互作用结果。即l在影响围岩稳定程度的众多因素中，最主要的是岩体强度和围岩应力。相似模型试

26、验研究了P0、Rc、D三者与松动圈Lp的关系，模拟巷道跨度D的范围为37m。试验统计分析证明巷道跨度D对松动圈影响的最小，在模拟37m巷道跨度条件下对松动圈的影响可以忽略不计。于是得出松动圈厚度与岩体强度和原岩应力的实验函数式为：0pciLf PRDP，057.80/51.56pcLpR式中的P0是自重应力和构造应力的合力原岩应力；Rc所反映的是包含风化、节理、层理、裂隙等弱面以及水影响的岩体强度。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安484848第四节 围岩松动圈分类法l数值模拟分析l采用ANSYS软件研究巷道围压（P）、围岩强度（Sc）和巷道的宽高比（K）对巷道围岩松动圈

27、（Lp）的影响程度，得出巷道不同方向的松动圈厚度的回归公式如下：3.67763.75611.16733.72733.87481.18983.32643.51381.28743.34173.38221.29594.16794.17771.4503110.3205215.3179316.447548.9023510.9724LpPScKLpPScKLpPScKLpPScKLpPScK由以上的5个回归公式可以看出，矩形巷道围岩松动圈与巷道围压P、围岩强度Sc及跨高比K密切相关，但围压P和围岩强度Sc对松动圈的影响最为显著，跨高比K的影响程度在三个因素中是最小的。2022-9-15第四章 软岩巷道的围

28、岩分类许许国国安安494949第四节 围岩松动圈分类法l实测分析l下表是在开滦赵各庄矿不同生产水平相同岩层的松动圈测试结果。同一水平条件下，岩石强度越低，松动圈越大；随着开采深度的增加，同一岩层的松动圈逐渐增大。由此可见，松动圈对岩石强度和应力变化的反映非常敏感。水 平开采深度/m岩石性质观测结果/m四水平343.0中砂岩/粉砂岩0.68/0.86十水平876.9细砂岩/粉砂岩1.25/1.45十一水平961.1细砂岩/粉砂岩1.48/1.54十二水平1056.8中砂岩1.48十三水平1159.0细砂岩/粉砂岩1.64/1.712022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安50505

29、0第四节 围岩松动圈分类法l支护阻力Pi与松动圈Lp的关系支护强度越大，松动圈厚度越小，尤其是在支护阻力较小时影响更为突出。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安515151第四节 围岩松动圈分类法l爆破对松动圈的影响l当松动圈比较大时，松动圈在不均匀炮震裂隙的基础上还要继续扩展，达到应力平衡条件下的松动圈。爆破只是加快了瞬时松动圈的形成，对最终的稳定松动圈厚度影响很小。l在松动圈较小时，爆破形成的破碎带有时会因为测孔较少而影响围岩分类，因此，在进行分类测试时，往往在同一岩层内布设两个以上的测试断面，以区别爆破震裂带和松动圈。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国

30、国安安525252第四节 围岩松动圈分类法l水对松动圈的影响l对于非膨胀性围岩，水会使围岩强度出现一定程度的降低，使松动圈厚度增大。l对于吸水膨胀性较强的围岩，水的浸入不仅使围岩强度大幅度降低，使松动圈厚度增大，而且其膨胀变形也会使松动圈扩大。l因此，在进行围岩分类时，要对不同含水状态下的围岩分别对待。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安535353第四节 围岩松动圈分类法l断面形状对松动圈厚度的影响l虽然巷道断面形状不同，使得围岩中应力集中程度差别较大。l但围岩松动圈的产生是一个发展过程（如图），围岩应力集中系数较大的部位首先破坏，破坏后再高的集中应力都要大幅度降低到岩体

31、的残余强度应力水平。l因此，巷道断面形状对松动圈的影响没有想象的那么大。而且在围岩松动圈分类过程中，断面形状的影响可以通过相同断面巷道之间松动圈的类比予以消除。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安545454第四节 围岩松动圈分类法松动圈厚度与支护难度的关系l巷道支护的主要对象是松动圈形成发展过程中的碎胀变形压力。松动圈较小，围岩碎胀变形也较小，支护较容易；松动圈较大时，由此而产生的碎胀变形量也较大，支护较困难。现场观测表明：l当松动圈Lp=0时，如果围岩比较完整，可以裸体不支护；l当松动圈Lp=040cm时，只喷混凝土就能有效维护；l当松动圈Lp=130150cm，料石碹

32、等刚性支护不适应；l当松动圈Lp150cm之后，刚性支护普遍遭到破坏。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安555555第四节 围岩松动圈分类法大松动圈软岩分类l破裂围岩的碎胀是造成巷道收敛的主要原因；松动圈越大，巷道收敛变形量越大，支护越困难；松动圈的大小能够确实反映出支护的难易程度，因此可用松动圈厚度值分类围岩。l当围岩松动圈厚度Lp150cm时，围岩突出地表现为软岩工程特征，所以我们把软岩与硬岩的界限划定在松动圈厚度值150cm处，大于该值时称为大松动圈软岩。l依据其支护对象（碎胀变形、水胀变形、复合变形）及支护对策上的差异又可将分类表中大松动圈软岩分成碎胀型、水胀型、

33、复合型三类。Lp/cm围岩类别围岩类型支护机理及方式备 注150200一般软岩锚杆组合拱理论锚喷网支护200300较软软岩锚杆组合拱理论全断面锚喷网支护300极软软岩组合拱理论二次支护理论联合支护2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安565656第四节 围岩松动圈分类法l碎胀型软岩l碎胀型软岩遇水不膨胀或弱膨胀，变形以碎胀变形为主，支护的主要对象是围岩的碎胀变形。松动圈越大，碎胀变形越大，支护越困难。碎胀型软岩是由于围岩应力相对岩体强度较大，围岩中产生了显著的松动圈(Lp1.5m)所致。l岩石强度相对较低：地质软岩、节理化软岩l围岩应力相对较高：高应力软岩l埋深大l构造应力大

34、l采动应力2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安575757第四节 围岩松动圈分类法l水胀型软岩l水胀型软岩是指支护主要对象是水胀变形，而且岩石在自然状态下岩石强度并不低，但岩石遇水后岩石体积膨胀，同时伴随强度急剧下降，甚至软化成泥的大松动圈软岩。l主要是富含蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物的岩石。l采取严格控制水的措施后，围岩性质被转化为碎胀型软岩，个别强度较高的地层甚至转化为中松动圈围岩。l根据蒙脱石含量和块状饱和吸水率可把软岩分为3级：级别块状干燥饱和吸水率%蒙脱石含量%较膨胀软岩2050302022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安585858第四节 围

35、岩松动圈分类法l复合型软岩l复合型大松动圈软岩是指两种软岩变形因素复合存在，围岩碎胀变形及水胀变形均较大，一方面由于围岩应力较大而出现大松动圈；另一方面水的作用降低了围岩强度，围岩吸水发生体积膨胀。l采取严格控制水的措施后，可将围岩性质转化为单一碎胀型软岩，从而降低支护难度。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安595959第四节 围岩松动圈分类法松动圈厚度的获取l现场实测l超声波测试法l原理l各类岩石中声波速度不同，同种岩石则随破裂程度的增加，声速降低。l仪器lBA-型围岩松动圈测试仪2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安606060第四节 围岩松动圈分类

36、法l测试方法l单孔测试法2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安616161第四节 围岩松动圈分类法l双孔测试法双孔对测需要一对平行钻孔，其中一孔放发射传感器，另一孔在相应深度安放接受传感器，它所反映的是径向裂隙特征。双孔测试对钻孔平行度要求较高，操作不便，目前应用渐少。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安626262第四节 围岩松动圈分类法l测站布置l（1）在同一应力水平下，不同的岩性（具有代表性）各布置一个测站；l（2）在应力水平及岩性相同的条件下，不同的断面各布置一个测站；l（3）每个测站布置2个相距23m的断面；l（4）每个断面布置712个测孔，每个

37、测孔深度不小于2.5m，眼孔要求圆、直，并把孔中岩粉吹干净。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安636363第四节 围岩松动圈分类法l测试结果分析2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安646464第四节 围岩松动圈分类法l多点位移计法测试法l原理l采用多点位移计测量围岩内部不同深度的岩体位移，然后根据位移量的相对大小，找到松动区与不松动区的分界点。l仪器l机械式l电子式多点位移计测试方法优点是测试数据可靠，但缺点是观测工作量大；仪器大部分为一次性消耗，费用高，所需时间长，需要13 个月。2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安656565第

38、四节 围岩松动圈分类法l地质雷达测试法l原理l用仪器从巷道外表面发射高频电磁脉冲波，利用其在介质内部界面上的反射波来探测裂缝的位置。l仪器l地质雷达l测试方法l先在巷道内布置探测线，雷达探头沿探测线等距离移动，将雷达图像记录下来，图像的横坐标为测线位置，纵坐标为围岩内部的深度线，将横坐标上每条测线松动深度绘制在断面图上，把这些点连接起来，即是松动圈外边界。地质雷达天线T发射高频电磁波(一般500MHz)进入巷道围岩内，经裂缝反射后返回巷道壁由天线R接收，得到波的传播时间t。因为界面两侧介质的电磁波传播速度差异越大，反射能量越大，岩石与空气或水的传播速度相差较大，所以可以得到很好的反射波。202

39、2-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安666666第四节 围岩松动圈分类法l特点l优点是不需钻孔，精度、效率和分辨率高，灵活方便，剖面直观，测试快速，现场即可得到裂缝位置图，得出松动圈范围，缺点是仪器昂贵，测试成本高。泥岩砂岩砂岩煤层2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安676767第四节 围岩松动圈分类法l人工智能预测l自适应神经模糊推理系统(ANFIS)开发流程2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安686868第四节 围岩松动圈分类法l人工智能预测l自适应神经模糊推理系统(ANFIS)结构原理f 1f 2A1A2B1B2x1x2yx1x2x2

40、x1L1L2L3L4L5122022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安696969目目 录录第四节 围岩松动圈分类法l松动圈智能预测系统的程序界面2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安707070思考题1.围岩分类有什么意义？2.围岩分类的发展经历了哪三个阶段？3.普氏系数f表示岩体的什么特性？如何求值？软岩的f值在什么范围？4.RQD是何含义？如何求值？5.以弹性波为基础的分类法主要反映岩体的什么特性？6.巷道稳定性指数指什么？依据它如何划分围岩？2022-9-15第四章 软岩巷道的围岩分类许许国国安安717171目目 录录思考题7.RMS分类法和Q分类法各考虑了岩体的哪些因素？8.如何通过岩体分级确定其有关力学参数？9.何为围岩松动圈？10.根据松动圈厚度将围岩分为哪几类？11.松动圈分类法的突出优点是什么？12.依据支护对象和对策的差异，大松动圈软岩可分为哪些类型？13.松动圈厚度的获取方法有哪些？