近水平复杂层状岩体质量分级与评价研究

第1章 概论

1．1 引言

1．2 课题来源与研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 地下洞室围岩质量分级方法

1．3．2 坝基岩体质量分级方法

1．3．3 岩体质量智能分级方法

1．3．4 岩体质量分级方法存在的问题与发展趋势

1．4 主要研究内容与关键技术路线

1．5 本课题研究的主要创新点

1．6 研究成果的工程应用情况与推广前景分析

1．6．1 研究成果在某大型水利枢纽工程中的应用情况

1．6．2 研究成果推广应用前景分析

1．7 小结

第2章 层状岩体结构类型划分方案及其工程应用

2．1 引言

2．2 层状岩体结构类型划分现状

2．3 层状岩体结构类型划分方案（标准）

2．4 层状岩体结构类型划分方案及其工程应用

2．4．1 地层岩性

2．4．2 地质构造与结构面特征

2．4．3 层状岩体结构面间距统计情况

2．4．4 层状岩体结构类型划分方案

2．5 小结

第3章 近水平层状岩体结构特征对岩体质量分级的影响

3．1 引言

3．2 层状岩体结构对岩体质量分级指标的影响

3．3 层状岩体中的各向异性问题

3．3．1 层状岩体强度的各向异性特征

3．3．2 层状岩体变形的各向异性特征

3．4 层状岩体中的层间剪切带问题

3．5 坝址区层状岩体结构发育特征

3．5．1 地层岩性特征

3．5．2 相变与层间剪切带问题

3．5．3 节理裂隙与地下水发育规律

3．5．4 各向异性或横观各向同性问题

3．6 近水平层状岩体质量分级的几个问题

3．7 小结

第4章 含层间剪切带的层状复合岩体失稳机制研究

4．1 引言

4．2 层问剪切带对层状复合岩体稳定性影响的作用机制

4．2．1 含层间剪切带的层状复合岩体系统力学模型

4．2．2 层间剪切带对层状复合岩体系统稳定性的影响分析

4．3 含层间剪切带的层状复合岩体失稳突变理论模型

4．4 层间剪切带引起层状复合岩体变形破坏的演化过程

4．5 小结

第5章 含层间剪切带的层状复合岩体质量分级研究

5．1 引言

5．2 坝址区层间剪切带发育特征

5．2．1 坝址区层间剪切带的勘察方法与空间分布规律

5．2．2 坝址区层间剪切带的抗剪强度参数取值

5．3 含层间剪切带的层状岩体质量分级评价方法

5．3．1 有关岩体质量分级方法对层间剪切带的考虑

5．3．2 含层间剪切带的层状复合岩体质量分级评价指标

5．3．3 含层间剪切带的层状复合岩体质量分级评价方法

5．4 层状复合岩体质量分级修正BQ法的有效性验证

5．4．1 工程地质条件

5．4．2 考虑层间剪切带影响的层状岩体质量分级结果

5．4．3 修正的BQ法与其他分级方法的比较

5．5 小结

第6章 近水平复杂层状岩体质量初步分级研究

6．1 引言

6．2 岩体质量分级基本方法

6．2．1 南非地质力学RMR分级法

6．2．2 岩体质量指标Q系统分级法

6．2．3 《工程岩体分级标准》BQ分级法

6．2．4 《水利水电工程地质勘察规范》HC分级法

6．3 岩体质量分级考虑因素

6．3．1 分级因素的选取原则

6．3．2 分级指标的定性描述与定量划分

6．3．3 分级指标权重的分配

6．4 坝基岩体质量分级初步研究

6．4．1 坝址区地层岩性、地质构造特征

6．4．2 坝基岩体结构分类

6．4．3 坝基岩体质量分级因素与指标

6．4．4 坝基岩体质量分级初步结果

6．5 地下洞室围岩质量分级初步研究

6．5．1 洞室围岩质量分级方法

6．5．2 洞室围岩质量分级指标

6．5．3 洞室围岩质量初步分级的几种方案

6．5．4 主要建筑物洞室围岩质量初步分级结果与评价

6．5．5 四种岩体质量分级方法之间的相关性分析

6．6 小结

第7章 改进的距离判别-层次分析法及其在复杂层状岩体质量分级中的应用

7．1 引言

7．2 距离判别法基本原理

7．2．1 马氏距离判别法

7．2．2 判别准则的有效性评价

7．3 距离判别法存在的不足及其改进

7．3．1 基于主成分分析的加权距离判别法

7．3．2 基于层次分析法的加权距离判别法

7．4 基于改进的距离判别-层次分析法的岩体质量分级

7．4．1 岩体质量分级指标的选择与级别划分的确定

7．4．2 改进的距离判别-层次分析法的岩体质量分级步骤

7．4．3 改进的距离判别-层次分析法岩体质量分级模型

7．4．4 改进的距离判别-层次分析法模型的有效性检验

7．5 改进的距离判别-层次分析法在近水平复杂层状岩体质量分级中的应用

7．5．1 近水平层状岩体质量分级指标体系

7．5．2 近水平层状岩体质量等级划分

7．5．3 基于改进的层次分析的指标体系权重确定

7．5．4 层状岩体质量分级的改进的距离判别一层次分析法模型及检验

7．6 小结

第8章 近水平复杂层状岩体质量分级评价体系与工程实践

8．1 引言

8．1．1 层状岩体质量分级的影响因素

8．1．2 层状岩体质量分级的主要原则

8．2 近水平复杂层状岩体质量分级体系

8．2．1 近水平复杂层状岩体质量分级指标体系

8．2．2 近水平复杂层状岩体质量分级方法体系

8．3 基于层状岩体质量分级方法的岩体力学参数与支护措施

8．4 近水平复杂层状岩体质量分级的工程实践

8．4．1 坝基岩体质量分级

8．4．2 洞室围岩质量分级

8．4．3 岩体力学参数建议值与支护措施

8．5 小结

第9章 结论与建议

9．1 结论

9．2 建议

参考文献 2100433B

《近水平复杂层状岩体质量分级与评价研究》立足层状岩体结构特点，在全面调研国内外相关文献资料的基础上，从层状岩体结构类型划分标准、层状岩体结构特征对岩体质量分级的影响、层间剪切带对复合岩体稳定性影响机制、含层间剪切带的岩体质量分级方法、岩体质量分级智能预测方法等方面对近水平复杂层状岩体质量分级与评价问题进行了系统深入的研究。结合黄河中游地区某大型水利枢纽工程地质条件，建立了适用于近水平层状岩体的质量分级指标体系和评价方法体系，并利用该体系完成了坝基岩体、地下洞室围岩质量分级的工程实践。《近水平复杂层状岩体质量分级与评价研究》研究成果丰富和完善了岩体质量分级理论方法与实践体系，可为层状岩体地区相关工程设计优化与施工安全提供参考依据和科学指导。

它将工程地质评价和岩体工程地质特性参数，以及岩体工程设计定量地联系起来，使工程实践经验得以定量表述。因此，它是工程地质评价定量化的重要发展。国际上应用较广的有3类：岩石结构评价RSR系统、岩体地质力学评价RMS系统及岩体质量Q系统。在中国，有杨子文提出的岩体质量指标，谷德振、黄鼎成提出的岩体质量分级等多种方案。岩石结构评价RSR系统。岩体质量的表述式为RSR＝A＋B＋C式中A代表一般地质状态、岩石类型、岩石坚硬程度及地质构造扰动程度的参数；B代表节理状态、密集程度和走向与洞轴关系的参数；C代表地下水涌水量及节理状态的参数。岩石地质力学评价RMS系统。根据岩石强度、岩心获得率、节理间距、节理状态、地下水涌水量等分级，并考虑节理和隧洞的相对关系，进行分数校正。岩体质量Q系统。岩体质量Q值表述式为式中RQD为长于10厘米的岩心获得率；Jn为节理组数；Jr为节理面粗糙度；Ja为节理蚀变程度；Jw为裂隙水的影响；SRF为地应力的影响。杨子文认为岩体的工程性质，主要受岩体的完整程度、岩块的质量、风化程度和水的作用等4方面因素的影响。岩体性质的变化，必然要表现为这4个因素指标的变化。他提出的岩体质量表达式为M=ISKYKR　或　式中M为岩体质量指标；I为岩体完整性系数，，其中Vp为岩体弹性波纵波速度，V0为岩块弹性波纵波速度，S为岩石质量系数，，其中RD、ED分别为欲测岩块的单轴干抗压强度和干岩块的弹性模量，RS为软弱岩块抗压强度的上限，取300千克／平方厘米，ES代表软弱岩块弹性模量的上限，取6.6×104千克／平方厘米；KY为岩石风化系数，，其中RC为新鲜岩块的干抗压强度；KR为岩石软化系数，，其中RW为欲测岩块的饱和抗压强度。根据I、S、KY、KR4个参数可以计算出岩体质量M。M值愈大，岩体质量愈好。按照M值的大小，将岩体分为5类：M＞3，好岩体；1～3，较好岩体；0.12～1.0，中等岩体；0.01～0.12，较坏岩体；＜0.01，坏岩体。在以上各种岩体质量评价方法中，均考虑了岩体的完整性、节理状态和岩石特性等因素，相互之间有一定的可比性。目前，岩体质量评价方法还在研究和发展中，采用模糊数学或灰色评判是进一步研究的方向。 2100433B

工程岩体质量评价是用半定量指标岩体质量系数（z)）评定岩体质量优劣，为工程设计提供依据的工作。

学科：工程地质学

词目：工程岩体质量评价

英文：rock mass quality evaluation in engineering

释文：工程岩体质量指标包含三个因素：岩体的完整性、结构面的抗剪特性、结构体或岩块的坚强性。岩体的完整性，是指岩体的开裂程度或破碎程度，即结构面在岩体中存在的情况，用完整性系数来表示。结构面的抗剪特性用抗剪强度或摩擦系数表征。岩块的坚强性是指岩块对变形的抵抗能力，以岩石的单轴抗压强度Rc表示,坚强系数为s，以Rc/100表示。 2100433B

结构-地基动力相互作用求解是核电结构、大坝、桥梁以及高层建筑等抗震安全评价的重要内容。复杂地基对基础以及上部结构的动力特性有十分重要的影响，尤其当地基具有非均质特性和各向异性特性时，相关研究依然存在着大量亟需解决的问题，其对结构-地基动力相互作用的影响机理也有待于进一步的研究。本项目基于对复杂层状地基波动方程的积分变换，结合对偶方程和精细积分算法的应用，深入研究结构与复杂地基相互作用问题。主要研究内容包括：给出复杂层状地基自由场位移和应力动力响应的严密解；建立结构-复杂地基动力相互作用求解的高效率、高精度数值模型；在此基础上研究复杂地基非均质特性和各向异性特性对结构-地基相互作用的影响机制。本项研究对于复杂层状地基上结构设计和抗震安全评价有重要的科学意义和研究价值。