第2章 地下空间结构的荷载与可靠度基本原理

2.1 围岩分级

2.1.1 概述

围岩分级从早期较为简单的岩石分类，发展到现在多参数的分类，从定性的分类到半定量定量的分类，经过了一个发展过程。最早采用岩石的单轴抗压强度值作为岩石质量好坏的分级指标，随着人们对岩体认识的不断深入，在评价岩体质量时，又加入了结构面的影响，并考虑了地质的赋存条件——地下水和地应力等的影响，使得评价岩体质量好坏的体系更加全面。部分研究获得了相对比较深入的岩体分级方法，还与岩体的自稳时间、岩体和结构面的力学参数建立了相关关系，这也使得岩体的分级方法在工程中得到广泛应用。

目前，岩体分级方法中比较有代表性的有：①岩石饱和单轴抗压强度分级，它是将岩石饱和单轴抗压强度值，从坚硬到极软分成若干等级评价岩石质量的好坏；②岩石RQD分级，根据修正的岩芯采取率，评价岩体中结构面的发育程度，评价岩体的完整性；③巴顿（N.Barton）的Q分级，是适用于隧道工程的岩体分级，根据统计的结果将Q值与隧道自稳的跨度建立了联系，并给出了相关的参考值；④我国的国标《工程岩体分级标准》（GB 50218—2014），同时采用了定量和定性的两套分类体系，相互校核，相互修正，使得分类更加合理。目前，各种分级方法不下几十种，但每一种方法都有各自的优点和相应的适用条件。各国的岩体分级研究日趋成熟，已经被大中型地下工程设计和施工所采用。

2.1.2 围岩

2.1.2.1 围岩的概念

围岩是指地层中受开挖作用影响的那一部分岩体，围岩的工程性质主要是强度和变形两个方面，与岩体的结构特征及其特性、岩石的物理力学性质、原岩应力及地下水条件等有关。应该指出，这里所定义的围岩并不具有尺寸大小的限制。它所包括的范围是相对的，视研究对象而定，从力学分析的角度来看，围岩的边界应划在因开挖地下空间结构而引起的应力变化可以忽略不计的地方，或者说在围岩的边界上因开挖地下空间结构而产生的位移应该为零，这个范围在横断面上为6～10倍的洞径。当然，若从区域地质构造的观点来研究围岩，其范围要比上述数字大很多。

2.1.2.2 围岩的工程性质

围岩的工程性质一般包括3个方面：物理性质、水理性质和力学性质。而对围岩稳定性最有影响的则是力学性质，即围岩抵抗变形和破坏的性能。围岩既可以是岩体，也可以是土体。

岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造形变和次生蜕变而形成的地质体。它被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割成为大小不等、形状各异的块体。工程地质学中将这些地质界面称为结构面或不连续面，将这些块体称为结构体，并将岩体看作是由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。所以，岩体的力学性质主要取决于岩体的结构特征、结构体岩石的特征及结构面的特性。环境因素尤其是地下水和地温对岩体的力学性质影响也很大。在众多的因素中，哪些因素起主导作用需视具体条件而定。

在软弱围岩中，节理和裂隙比较发育，岩体被切割得很破碎，结构面对岩体的变形和破坏都不起什么作用，所以，软弱岩体的特性与结构体岩石的特性并无本质区别。当然，在完整而连续的岩体中也是如此。反之，在坚硬的块状岩体中，由于受软弱结构面切割，使块体之间的联系减弱，此时，岩体的力学性质主要取决于结构面的性质及其在空间的位置。

岩体的力学性质必然是诸因素综合作用的结果，只不过有些岩体是岩石的力学性质起控制作用，而有些岩体则是结构面的力学性质占主导地位。

1.岩体的变形特性

岩体的抗拉变形能力很低，或者根本就没有，因此，岩体受拉后立即沿结构面发生断裂，一般没有必要专门来研究岩体的受拉变形特性。

（1）受压变形。

图2-1-1 岩体、岩石及软弱结构面的全应力—应变曲线

岩体的受压变形特性，可以用它在受压时的应力—应变曲线（也称本构关系）来说明。岩石的应力—应变曲线线性关系比较明显，说明它是以弹性变形为主。软弱结构面的应力—应变曲线呈现出非线性特征，说明它是以塑性变形为主。而岩体的应力—应变曲线则要复杂得多，图21-1中分别绘出了典型的岩石、软弱结构面和岩体的单轴受压时的全应力—应变曲线。

从图2-1-1中可以看出，典型的岩体全应力—应变曲线可以分解为4个阶段：压密阶段（OA）、弹性阶段（AB）、塑性阶段（BC）和破坏阶段（CD）。

从岩体的全应力—应变曲线的分析中可以看出，岩体既不是简单的弹性体，也不是简单的塑性体，而是较为复杂的弹塑性体。整体性好的岩体接近弹性体，破裂岩体和松散岩体则偏向于塑性体。

（2）剪切变形。

岩体受剪时的剪切变形特性主要受结构面控制。根据结构体和结构面的具体性状，岩体的剪切变形可能有3种方式：①沿结构面滑动；②结构面不参与作用，沿结构体岩石断裂；③在结构面影响下，沿岩石剪断。

通过试验和实践还发现，无论岩体是受压还是受剪切，它们所产生的变形都不是瞬时完成的，而是随着时间的增长逐渐达到最终值的。岩体变形的这种时间效应，称为岩体的流变特性。严格来说，流变包括两个方面：一种是指作用的应力不变，而应变随时间增长，即蠕变；另一种则是作用的应变不变，而应力随时间衰减，即松弛，如图2-1-2所示。

图2-1-2 岩体流变应力—应变曲线

对于那些具有较强的流变性的岩体，在隧道工程的设计和施工中必须加以考虑。属于这类的岩体大概有两类：一类是软弱的层状岩体，如薄层状岩体、含有大量软弱层的互层或间层岩体；另一类是含有大量泥质物的，受软弱结构面切割的破裂岩体。整体状、块状、坚硬的层状等类岩体，其流变性不明显，但是，在这些岩体中为数不多的软弱结构面，具有相当强的流变性，有时将对岩体的变形和破坏起控制作用。

2.岩体的强度

从上述可知，岩体和岩石的变形、破坏机理是很不相同的，前者主要受宏观的结构面所控制，而后者则受岩石的微裂隙所制约。因而岩体的强度要比岩石的强度低得多，并具有明显的各向异性。岩体的抗压强度不仅因层面倾角增大而减小，同时其破坏形式也发生变化，如图2-1-3所示。只有当岩体中结构面的规模较小，结合力很强时，岩体的强度才能与岩石的强度相接近。一般情况下，岩体的抗压强度只有岩石的70%～80%，结构面发育的岩体仅有5%～10%。

图2-1-3 岩体抗压强度与层面倾角关系

图2-1-4 岩体、岩石和结构面抗剪强度包络线

岩体的抗剪强度和抗压强度一样，主要也是取决于岩体内结构面的性态。包括它的力学性质、充填状况、产状、分布和规模等。同时还受剪切破坏方式所制约。当岩体沿结构面滑移时，多属于塑性破坏，峰值剪切强度较低，其强度参数φ（内摩擦角）一般在10°～45°之间变化；c（黏聚力）在0～0.3MPa之间变化，残余强度和峰值强度比较接近。沿岩石剪断属脆性破坏，剪断的峰值剪切强度较上述的高得多，其φ值在30°～60°之间，c值有高达几十MPa的，残余强度与峰值强度之比随峰值强度的增大而减小，但仅限于0.3～0.8之间变化。受结构面影响而沿岩石剪断，其强度介于上述两者之间。在τ-σ平面上画出岩体、岩石和结构面的抗剪强度包络线就能看出这三者之间的关系，如图2-1-4所示。

2.1.2.3 围岩稳定性

地下工程所赋存的地质环境的内涵很广，包括地层特征、地下水状况、原始地应力状态及地温梯度等。但对于地下工程来说，最关键的问题则是地层被挖成地下空间后的稳定程度。因为地层稳定就意味着开挖地下空间所引起的地层向隧道内的变形很小，而且在较短的时间内就可基本停止，这对施工过程和支护结构都是非常有利的。地层被挖成地下空间结构后的稳定程度称为地下空间结构围岩的稳定性，这是一个反映地质环境的综合指标。因此，研究地下工程地质环境问题，归根到底就是研究地下结构围岩的稳定性问题。

2.1.2.4 影响围岩稳定性的因素

影响围岩稳定性的因素很多，根据性质来分，基本上可以归纳为两大类：第一类是属于地质环境方面的自然因素，是客观存在的，它们决定了地下空间结构围岩的质量；第二类则属于工程活动的人为因素，如地下空间结构的形状、尺寸、施工方法、支护措施等。它们虽然不能决定围岩质量的好坏，但却能给围岩的质量和稳定性带来不可忽视的影响。

1.地质环境因素

围岩在开挖地下空间结构时的稳定程度乃是岩体力学性质的一种表现形式。影响岩体力学性质的各种因素在这里同样起作用，只是各自的重要性有所不同而已。

（1）岩体结构特征。

岩体的结构特征是长时间地质构造运动的产物，是控制岩体破坏形态的关键。从稳定性分类的角度来看，岩体的结构特征可以简单地用岩体的破碎程度或完整性来表示。在某种程度上它反映了岩体受地质构造作用严重的程度。实践证明，围岩的破碎程度对地下空间结构的稳定与否起主导作用，在相同岩性的条件下，岩体越破碎，地下空间结构就越容易失稳。因此，在近代围岩分级法中，都将岩体的破碎或完整状态作为分级的基本指标之一。

岩体的破碎程度或完整状态是指构成岩体的岩块大小，以及这些岩块的组合排列形态。关于岩块的大小通常都是用裂隙的密集程度，如裂隙率、裂隙间距等指标表示。裂隙率就是指沿裂隙法线方向单位长度内的裂隙数目，裂隙间距则是指沿裂隙法线方向上裂隙间的距离。在分类中常将裂隙间距大于1.0～1.5m者视为整体状的，而将小于0.2m视为碎块状的。当然，这些数字都是相对的，仅适用于跨度在5～15m范围内的地下工程。据此，可以按裂隙间距将岩体分为图2-1-5所示的几种。

图2-1-5中所说的裂隙都是广义的，包括层理、节理、断裂及夹层等结构面。硅质、钙质胶结的，具有很高节理强度的裂隙不包括在内。

（2）结构面性质和空间的组合。

在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是软弱结构面的性质，以及它们在空间的组合状态。对于地下空间结构来说，围岩中存在单一的软弱面，一般并不会影响地下空间结构的稳定性。只有当结构面与地下空间结构轴线相互关系不利时，或者出现两组或两组以上的结构面时，才能构成容易坠落的分离岩块。例如，有两组平行但倾向相反的结构面和一组与之垂直或斜交的陡倾结构面，就可能构成屋脊形分离岩块。至于分离岩块是否会塌落或滑动，还与结构面的抗剪强度以及岩块之间的相互联锁作用有关。因此，在围岩分级中，可以从下述的5个方面来研究结构面对地下空间结构围岩稳定性影响的大小：

图2-1-5 岩体按裂隙间距的分类

d—裂隙间距

1）结构面的成因及其发展史。例如，次生的破坏夹层比原生的软弱夹层的力学性质差得多，如再发生次生泥化作用则性质更差。

2）结构面的平整、光滑程度。

3）结构面的物质组成及其充填物质情况。

4）结构面的规模与方向性。

5）结构面的密度与组数。

（3）岩石的力学性质。

在整体结构的岩体中，控制围岩稳定性的主要因素是岩石的力学性质，尤其是岩石的强度。一般来说，岩石强度越高，地下空间结构越稳定。在围岩分级中所说的岩石强度指标，都是指岩石的单轴饱和极限抗压强度。

此外，岩石强度还影响围岩失稳破坏的形态，强度高的硬岩多表现为脆性破坏，在地下空间开挖过程中可能发生岩爆现象。而在强度低的软岩中，则以塑性变形为主，流变现象较为明显。

（4）围岩的初始应力场。

围岩的初始应力场是地下空间结构围岩变形、破坏的根本作用力，它直接影响围岩的稳定性。所以，在某些分级方法中曾有所反映。例如，泰沙基（K.Terzaghi）分类法中，曾将同样是挤压变形缓慢的岩层视其埋深不同分为两类，其预计的岩石荷载值相差1倍左右，这就是考虑初始应力的结果。

在围岩分级中，如何根据地质构造特征引进围岩初始应力场的影响，仍是一个需要进一步研究解决的问题。

（5）地下水作用。

地下工程施工的实践证明，地下水是造成施工坍方，使地下工程围岩丧失稳定性的最重要因素之一，因此，在围岩分级中切不可忽视。当然，在岩性不同的岩体中，水的影响也是不相同的，归纳起来有以下几种：

1）使岩质软化，强度降低，对软岩尤其突出；对土体则可促使其液化或流动。

2）在有软弱结构面的岩体中，会冲走充填物质或使夹层软化，减少层间摩阻力促使岩块滑动。

3）在某些岩土体中，如含有生石膏、岩盐，或以蒙脱土为主的黏土岩和土层，遇水后将产生膨胀，其势能很大。在未胶结或弱胶结的砂岩中，水的存在可以产生流砂和潜蚀。

因此，在围岩分级中，对软岩、碎裂结构和散体结构岩体、有软弱结构面的层状岩体及膨胀岩等，应着重考虑地下水的影响。

在目前的分级法中，对地下水的处理方法有3种：①在分级时不将水的影响直接考虑进去，而是根据围岩受地下水影响的程度，适当降低围岩的等级；②分级时按有水情况考虑，当确认围岩无水则可提高围岩的等级；③直接将地下水的状况（水质、水量、流通条件、静水压等）作为一个分级的指标。前两种方法是定性的，第三种方法虽可定量，但对这些量值的确定，在很大程度上还是要靠经验。例如，在某些分级法中，先按岩性分级，而后再按地下水涌出量分为0～100L/min、101～1000L/min、>1000L/min 3种，最后定出它们对围岩稳定性的影响系数，见表2-1-1。

在有些分级中，除了考虑上述因素外，还补充了结构面状态和地下水压力的影响，将地下水的作用进一步细分。

2.工程活动所造成的人为因素

施工等人为因素也是造成围岩失稳的重要条件。其中尤其以地下空间结构的尺寸（主要指跨度）形状以及施工中所采用的开挖方法等影响较为显著。

（1）地下空间结构尺寸和形状。

实践证明，在同一类围岩中，地下空间结构跨度越大，地下空间结构围岩的稳定性就越差，因为岩体的破碎程度相对加大了。例如，裂隙间距为0.4～1.0m的岩体，对中等跨度（5～10m）的地下空间结构而言，可算是大块状的，但对大跨度（大于15m）的地下空间结构来说，只能算是碎块状的。因此，在近代的围岩分级法中，有的就明确指出分级法的适用跨度范围；有的则采用相对裂隙间距，即裂隙间距与地下空间结构跨度的比值作为分类的指标。例如，相对裂隙间距为1/5的属完整的；在1/5～1/20范围内的属破碎的；小于1/20的属极度破碎的。但也有人反对这样做，认为将跨度引进围岩分级法中会造成对岩体结构概念的混乱和误解。比较通用的做法，是将跨度的影响放在确定围岩压力值和支护结构类型和尺寸时考虑，这样就将分级的问题简化了。

地下空间结构的形状主要影响开挖后围岩的应力状态。圆形或椭圆形地下空间结构围岩应力状态以压应力为主，这对维持围岩的稳定性是有好处的。而矩形或梯形地下空间结构，在顶板处的围岩中将出现较大的拉应力，从而导致岩体张裂破坏。但是，在目前的各种分级法中都没有考虑这个因素，可能是因为深埋地下空间结构的断面形状绝大部分都接近圆形或椭圆形的缘故。

（2）施工中所采用的开挖方法。

从目前的施工技术水平来看，开挖方法对地下空间结构围岩稳定性的影响较为明显，在分类中必须予以考虑。例如，在同一类岩体中，采用普通的爆破法和采用控制爆破法，采用矿山法和采用掘进机法，采用全断面一次开挖和采用小断面分部开挖，对地下空间结构围岩的影响都各不相同。所以，目前大多数围岩分级法都是建立在相应的施工方法的基础上的。

以上所述的工程活动所造成的人为因素，虽然对地下空间结构围岩稳定性的影响很大，但为了简化围岩分级问题一般都是以分级的适用条件来控制，而分级的本身则主要从地质因素考虑。

2.1.3 围岩分级

2.1.3.1 围岩分级的目的

围岩分级是根据地质勘探和少量的岩体力学试验的结果，确定一个区分岩体质量好坏的规律，据此将工程岩体分成若干个等级，对工程岩体的质量进行评价，确定其对工程岩体稳定性的影响程度，为工程设计、确定支护类型和施工提供必要的参数。

围岩分级的目的，是从工程的实际需求出发，对工程建筑物地基或围岩的岩土体进行分类，并根据其好坏进行相应的试验，赋予它必不可少的计算参数，以便合理地设计和采取相应的工程措施，达到经济、合理、安全的目的。因此，工程岩体分级是为岩体工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。根据用途的不同，工程岩体分级有通用分级和专用分级两种。通用分级是较少针对性、原则上的和大致的分级，是供各学科领域及国民经济各部门笼统使用的分级。专用分级是专为某种工程目的服务而专门编制的分级，所涉及的面窄一些，考虑的影响因素少一些，但更深入、细致。

围岩分级的最终目的是在工程界统一认识，便于交流，便于预测可能出现的岩土体力学问题。因此，围岩分级的主要目的有以下几个方面：

（1）作为选择施工方法的依据。

（2）进行科学管理及正确评价经济效益。

（3）确定结构上的荷载（松散荷载）。

（4）给出衬砌结构的类型及其尺寸。

（5）制定劳动定额、材料消耗标准的基础等。

对于一些重大工程，可以通过地质勘察、力学试验、物理模拟和数值分析等方法进行评价；而对于常规的小型工程，一般不需要投入大量的人力、物力、财力以及花费大量的时间进行评价，可采取工程类比法或经验法进行评价。以围岩分级作为工程类比的尺度，是一种快速、经济、简单易行的分析方法。同时，可根据围岩的分级来预测岩体的强度及变形指标。因此，围岩分级在工程建设及事故处理中具有重要的意义和价值。

2.1.3.2 围岩分级的原则

进行围岩分级，一般考虑以下几个方面：

（1）围岩的分级应该与所涉及的工程性质，即与使用对象密切地联系在一起。需要考虑分级是适用于某一类工程、某种工业部门的通用分级，还是一些大型工程的专门分级。

（2）分级应该尽可能采用定量的参数，以便在应用中减少人为因素的影响，并能用于技术计算和定额的制定上。

（3）分级的级数应合适，不宜太多或太少，一般分为4～6级。

（4）围岩分级方法与步骤应简单明了，分级的参数在工程现场容易取得，参数所赋予的数字便于记忆和应用。

（5）由于目的、对象不同，考虑的因素也不同。各因素应有明确的物理意义，并且还应该是独立的影响因素。

目前，在国际上，围岩分级的一个明显趋势是利用根据各种技术手段获取的“综合特征值”来反映围岩的工程特性，用它来作为围岩分级的基本定量指标，并力求与工程地质勘察和岩体测试工作相结合，用一些简便的方法，迅速判断岩体工程性质的好坏，根据分级要求判定级别，以便采取相应的工程措施。

2.1.3.3 围岩分级的依据

地下洞室岩体质量分级是对地下工程岩土体工程地质特性进行综合分析、概括及评价的方法，是评价围岩稳定性及结构设计支护的重要方法，是工程支护设计必不可少的前期阶段。影响围岩稳定性的因素是多方面的，要在围岩分级过程中全面反映各个因素的影响是非常困难的，因此在围岩分级中指标的选取是非常重要的，其主要考虑以下几个方面。

1.岩体的结构特征及其完整性

岩体的结构特征及其完整性是由各种结构面切割围岩的程度决定的，可以简单地用岩体的破碎程度或完整性来表示，它取决于岩体结构类型、地质构造影响与结构面的发育等情况。而岩体的破碎程度或完整状态是指构成岩体的岩块大小及这些岩块的组合排列形态。

2.岩土体的物理力学性质

岩土体的物理力学性质是决定岩土体稳定性的最主要因素，包括围岩的强度、物理性质、水理性质等。

3.地下水的影响

地下水对围岩稳定性有很大的影响，是造成围岩失稳的重要原因之一，特别是软岩其含有较多的黏土矿物遇水易软化。因此，在围岩分级中通常根据围岩性质、地下水的性态及流通条件将围岩级别进行适当的降级。但对于较好的围岩，地下水影响小，一般不做降级处理。

地下水对围岩的影响主要表现在软化围岩、软化结构面和承压水作用与渗透作用。

4.原岩应力的影响

原岩应力场是地下工程围岩变形、破坏的根本作用力，它直接影响围岩的稳定性。因此，岩体的初始应力常常作为判断围岩级别的依据。在围岩分级中，应当考虑初始应力场的影响。

5.某些综合因素

在围岩分级中还有一些综合指标，它同时反映了上述多种因素，如应用隧道洞室的围岩自稳时间或塌落量来反映工程的稳定性、应用巷道顶面的下沉位移量来反映工程的稳定性等。这些因素是岩石质量、结构面、水、地应力等因素的综合反映。在有的岩体分类中，把它作为岩体分类以后的岩体稳定评价指标来考虑。

2.1.3.4 我国目前围岩分级的方法

围岩分级的原则有多种，它是在人们对地下空间结构工程的不断实践和对围岩的地质条件逐渐加深了解的基础上发展起来的。不同的国家、不同的行业都根据各自的工程特点提出了各自的围岩分级原则。现行的许多围岩分级方法中，作为分类的基本要素大致有三大类：

（1）与岩性有关的要素。例如，分为硬岩、软岩、膨胀性岩等，其分类指标是采用岩石强度和变形性质等，如岩石的单轴抗压强度、岩石的变形模量或弹性波速度等。

（2）与地质构造有关的要素。如软弱结构面的分布与性态、风化程度等。其分类指标采用岩石质量指标、地质因素评分法等。这些指标实质上是对岩体完整性或结构状态的评价。这类指标在划分围岩的类别中一般占有重要的地位。

（3）与地下水有关的要素。

我国目前具有代表性的围岩分级方法主要有工程岩体分级、公路隧道围岩分级、铁路隧道围岩分级三种。

1.工程岩体分级

我国较早开展了有关工程岩体分级的研究，提出了适合我国地质条件的工程岩体分级。在1994年11月颁布了国家工程岩体分级标准，并于1995年7月开始施行。该标准是一个通用性的标准，适合于各类型岩体工程的分类。

（1）工程岩体分级的基本方法。

1）确定岩体基本质量。国标岩体分级采用了定性、定量两种方法分别确定岩体质量的好坏，相互协调，相互调整，以确定岩石的坚硬程度与岩体完整性指数。

①定量地确定岩体基本质量。

a.岩石坚硬程度定量指标的确定和划分。采用岩石单轴饱和抗压强度Rc，定量地确定岩石的坚硬程度。当无条件取得Rc时，亦可采用实测的岩石的点荷载强度指数（Is（50））进行换算，（Is（50））指直径50mm圆柱形试件径向加压时的点荷载强度。Rc与（Is（50））的换算关系见式（2-1-1），即

根据Rc划分的岩石坚硬程度的对应关系，见表2-1-2。

b.岩石完整程度定量指标的确定和划分。岩石完整性指数（Kv）可用弹性波测试方法确定，即

式中 vPm——岩体弹性纵波速度，km/s；

v Pr——岩石弹性纵波速度，km/s。

当现场缺乏弹性波测试条件时，可选择有代表性露头或开挖面进行节理裂隙统计，根据统计结果计算岩体体积节理数，即

式中 Sn——第n组节理每米长测线上的条数；

Sk——每立方米岩体中，长度大于1m的非成组节理条数。

JV与Kv相互对照关系见表2-1-3，Kv与岩体完整程度定性划分的对应关系见表2-1-4。

Kv一般用弹性波探测值，若无探测值时，可用岩体体积节理数JV对应的Kv值表示。岩体完整程度的划分见表2-1-5。

②定性地确定岩体基本质量。定性确定岩体基本质量仍然采用岩石坚硬程度和岩体完整性两个参数，但确定的方法主要根据进行地质调查的工程技术人员对工程岩体实际观察的结果。虽然会受到一定的人为因素的影响，但是对岩体进行调查的具体做法及其对鉴定的详尽描述，对于有一定经验的地质工作者而言，应该能够掌握，并能做出比较客观的评价，从而获得真实反映工程岩体的实际状况，加上与定量分级的对比使得该方法相对比较合理。

a.岩石坚硬程度的定性划分，参见表2-1-6。

岩石的风化程度可通过定性指标和某些定量指标来表述。定性指标主要有颜色、矿物蚀变程度、破碎程度等；定量指标主要有波速比和风化系数，波速比是指风化岩石与新鲜岩石压缩波速度比值的平方，用Kv表示，风化系数是指风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度的比值，用Kf表示。岩石的风化程度分类见表2-1-7。

b.岩体完整程度的定性划分。岩体完整程度的定性划分，参见表2-1-8。

2）岩体基本质量分级。

①岩体基本质量指标（BQ）按式（2-1-4）计算，即

式中 BQ——岩体基本质量指标；

R c——岩石单轴饱和抗压强度值，MPa；

Kv——岩体完整性指数值。

在使用式（2-1-4）时，应遵守下列限制条件：

a. Rc>90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv值代入公式计算BQ值。

b. Kv>0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc值代入公式计算BQ值。

②岩体基本质量的确定。按上述公式所确定的BQ值，根据表2-1-9进行岩体基本质量的分级。

3）工程岩体质量分级的确定。在确定了岩体基本质量的基础上，根据工程所具有的特性以及地质条件与工程的关系，可按式（2-1-5）进一步确定工程岩体的质量分级的修正值，即

式中 ［BQ］——岩体基本质量指标修正值；

K 1——地下水影响修正系数；

K 2——主要软弱结构面产状影响修正系数；

K 3——初始应力状态影响修正系数。

K 1、K2、K3的值可按表2-1-10至表2-1-12确定。若无表中所列的地质条件时，修正系数应该取0。

（2）工程岩体分级标准的应用。

1）岩体物理力学参数的选用。工程岩体基本级别确定以后，可按表2-1-13选用岩体的物理力学参数，按表2-1-14选用岩体结构面抗剪断强度参数。

2）地下工程岩体自稳能力的确定。利用表2-1-15可以对跨度不大于20m的地下工程作稳定性初步评估，当实际自稳能力与表中相应级别的自稳能力不相符时，应对岩体级别做相应调整。

2.公路隧道围岩分级

《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）规定，隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级。首先，根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ综合进行初步分级。然后，在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响（如地下水、软弱结构面产状、初始应力状态等），修正岩体基本质量指标值，按修正后的岩体基本质量指标［BQ］，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级，见表2-1-16。

（1）岩石坚硬程度。

岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度Rc表达。Rc一般采用实测值，若无实测值时，可采用实测的岩石点荷载强度指数Is（50）换算值，近似由式（2-1-1）计算。

岩石坚硬程度的划分见表2-1-2和表2-1-6。

（2）岩体的完整程度。

岩体完整程度的定量指标用岩体完整性系数Kv表达。

Kv一般用弹性波探测值，若无探测值时，可用岩体体积节理数JV对应的Kv值。岩体完整程度的划分见表2-1-5。

（3）围岩基本质量指标。

围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标Rc值和Kv按式（2-1-4）计算。

当隧道围岩处于高地应力区或围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用或有地下水作用时，应对岩体基本质量指标BQ进行修正，修正值［BQ］按式（2-1-5）计算。

表2-1-17所列为高初始应力地区围岩在开挖过程中出现的主要现象。

3.铁路隧道围岩分级

2005年颁布实施的最新《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2005）的围岩分级方法是在1975年铁路隧道围岩稳定性分类法及1985、2001规范的基础上提出的，并与国标《工程岩体分级标准》（GB 50218—2014）接轨，考虑了岩石的坚硬程度和岩体的完整性，结合地下水和地应力状态的修正因素。从过去的围岩分类改成围岩分级，分为Ⅰ～Ⅵ级，围岩稳定性由好到差，与公路隧道围岩分级相似。铁路隧道设计规范将围岩分为Ⅰ～Ⅵ级，分级标准见《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2005）。