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RMR 法评分体系细化及工程应用
2019-02-21
根据RMR 岩体分级法中RQD 值、单轴抗压强度、节理间距3 个指标的取值和对应的 评分值在形式上的相似性,给出了3 个指标评分的统一关系式,对原评分体系进行细化,并将细化 后的关系式应用于钻孔岩芯的分级评价。3 个指标的细化关系式是对原评分体系的一种扩展,为 使用RMR 岩体分级法的工程技术人员提供参考。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 RMR 法评分体系细化及工程应用 1 2 3 4 5 6 杨尚欢 ꢀ 付金阳 ꢀ 李政良 ꢀ 杨ꢀ 威 ꢀ 曲立平 ꢀ 韩ꢀ 青 ( 1. 山东黄金矿业(莱州)股份有限公司三山岛金矿;2. 临沂矿业集团有限公司设计院; 3 . 山东大地矿产资源评估有限公司;4. 山东黄金矿业股份有限公司齐鲁事业部; 5 . 山东黄金集团蓬莱矿业有限公司;6. 山东济矿鲁能煤电股份有限公司阳城煤矿) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 根据 RMR 岩体分级法中 RQD 值、单轴抗压强度、节理间距 3 个指标的取值和对应的 评分值在形式上的相似性,给出了 3 个指标评分的统一关系式,对原评分体系进行细化,并将细化 后的关系式应用于钻孔岩芯的分级评价。 3 个指标的细化关系式是对原评分体系的一种扩展,为 使用 RMR 岩体分级法的工程技术人员提供参考。 关键词ꢀ RMR 法ꢀ 岩体分级ꢀ 评分值ꢀ 细化 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 060 ꢀ ꢀ 在工程实践中, 国内外学者发现 RMR ( rock 评价指标值与评分值之间的数学关系式,对评分体 系进行细化,使得指标在取值区间内和相邻的取值 区间的评分值具有连续性。 mass rating)岩体质量评价体系存在一些不足,并提 [ 1] 出了新的修正方法。 蔡斌等 建立了 BQ、Q、RMR [2] 个分类系统之间的关系。 巫德斌 提出了修正的 [3] 3 1 ꢀ RMR 评分体系的细化 RMR 评分体系中,RQD 值、单轴抗压强度、节 RMR-GSMR 法。 陈沅江等 引入地下水和地温弱 [ 4] 化系数对 RMR 评价系统进行了修正。 刘业科等 理间距这 3 个指标所占分值的权重较大,同时给出 了这 3 个指标量化的区间及区间对应的评分值,根 据区间值与评分值的对应关系,将其评分值进行细 化,能为 RMR 评价值的应用提供相对精确的评分 结果。 引入岩体的水弱化修正系数、热弱化修正系数和岩 石流变弱化修正系数对岩石的单轴抗压强度进行修 正,并在对深部工程岩体进行评价时增加了地应力 [ 5] 修正项。 蔡海兵等 建立了深部岩体分级的层次 [ 6] 结构模型。 齐三红等 提出了加权平均的评分方 1 . 1ꢀ R1 、R2 和 R3 3 个指标统一关系的建立 [ 7] 法对 RMR 分类方法进行修正。 王乐华等 建立了 RMR 岩体质量评价法中包含 RQD 值(R1 )、单 [ 8] 指标值与评分值之间的线性关系式。 冀东等 建 轴抗压 强 度 ( R2 )、 节 理 间 距 ( R3 )、 节 理 面 条 件 [ 9] 立了 M-IRMR 体系。 张琦等 提出基于 Mamdani ( ( R4 )、地下水(R5 )及结构面产状与工程走向的关系 模糊推理的 RMR 岩体分级方法。 Vitthal M. Kha- R6 )6 个基本指标,对各个指标进行评分,其分值总 6 [ 10] tik 等将评价参数增加到 15 个,提出了 GRMR 法。 [ 11] 和作为 RMR 值,即:RMR=iΣ=1Ri 。 Mohammad Mohammadi 等提出岩石锚杆支护因 虽然 R1 、R2 和 R3 这 3 个指标在取值范围内给 出了对应的评分值,但指标在取值区间取上限值和 下限值时,评分结果一样,势必会造成评价结果偏差 较大。 为减少这种偏差,应建立指标值与评分值之 间的数学关系式,对评分体系进行了细化,使指标值 在相邻的取值区间的评分值具有连续性。 素(RSF))对 RMR 体系进行了修正。 利用上述诸法进行岩体质量评价时,对 RMR 岩体分级法中 RQD 值(R1 )、单轴抗压强度(R2 ) 和 节理间距(R3 )3 个指标的评分值仍是基于原评价系 统的,在同一取值区间内评分值不变;不同取值区 间,评分值出现跳跃,为避免这种不连续性,应建立 原评分系统中 R1 、R2 和 R3 3 个指标的取值范 围和对应的评分值分别见表 1 ~ 表 3 所示。 ꢀ ꢀ 杨尚欢(1979—),男,工程师,硕士,261442 山东省烟台市莱州 根据 R1 、R2 和 R3 3 个指标的取值范围和对应 三山岛街道。 2 42 ꢀ ꢀ 杨尚欢ꢀ 付金阳等:RMR 法评分体系细化及工程应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 的评分值在形式上具有一定的相似性,可将3个指 表 1ꢀ RQD 值与评分值的对应关系 评分为例,在 20≤JS<60 的区间内可得: JS - 20 × (10 - 8) + 8,(20 ≤ JS < 60) . 6 0 - 20 RQD/ % 90 ~ 100 20 75 ~ 90 17 50 ~ 75 13 25 ~ 50 8 <25 3 ( 3) 评分值 ꢀ ꢀ 在 20≤JS<60 的取值范围内,式(3) 表示:I = 表 2ꢀ JS 值与评分值的对应关系 JS,V1 =20,V2 =60,S1 =8,S2 =10,将 JS 在 20≤JS<60 的不同取值代入上式,可得到对应的评分值 SJS 。 取 JS = 30 可得评分值:S = 8. 5,不再是原评分 值 10。 JS/ cm >200 20 60 ~ 200 15 20 ~ 60 10 6 ~ 20 8 <6 5 评分值 表 3ꢀ UCS 值与评分值的对应关系 UCS / MPa >250 100 ~ 250 50 ~ 100 25 ~ 50 5 ~ 25 1 ~ 5 <1 1 . 2. 3ꢀ 取值为 x≥x0 的区间 评分值 15 12 7 4 2 1 0 在取值区间 x≥x0 内,V1 = x0 ,V2 取实际值,S1 、 标评分的关系式可以统一为式(1): S2 分别取在该范围内的评分值的下限和上限,以 UCS 的评分为例,在 UCS≥250 的区间内可得: S = I - V1 (S2 - S1 ) + S1 ,ꢀ (V1 ≤ I < V2 ) , 1 V - V 2 UCS ꢁ 250 × (15 ꢁ 12) + 12,(UCS ≥ 250) . ( 1) UCS ꢁ 250 式中,S 为 RQD、UCS、JS 这 3 个指标的评分值;I 为 RQD、UCS、JS 3 个指标的实际值;V1 为 RQD、UCS、 JS 这 3 个指标取值范围的下限;V2 为 RQD、UCS、 JS3 个指标取值范围的上限;S1 为 RQD、UCS、JS 这 (4) ꢀ ꢀ 在 UCS≥250 的取值范围内,式(4) 表示:I = UCS,V1 = 250,V2 = UCS,S1 = 12,S2 = 15,将 UCS 在 UCS≥250 的不同取值代入上式,可得到对应的评分 3 个指标在 V1 ≤I<V2 取值范围外 V1 为取值区间上 值 SUCS 。 限时的评分值;S2 为 RQD、UCS、JS 这 3 个指标在 V1 取 UCS =300 可得评分值:S =15。 ≤ I<V2 取值范围内的评分值。 超过该区域的下限的取值后,原评分系统中对 应的评分值取值一样,为了与原系统保持一致性,在 该范围内的取值也选择了同一值。 同时,取值区域 的内对应的岩体强度相对较高,该取值的实用性也 值得商榷。 该关系式在指标取值范围上与原评价系统是一 致性,评分值得到了细化,避免了不同区间的评分值 出现间断和跳跃,保证了评分的连续性。 1 . 2ꢀ 评分系统的细化关系式的解释 上述关系式是将 3 个参数进行了形式上的统 2 ꢀ 工程应用 一,现将具体应用中各字母代表的参数值予以说明。 取 三 山 岛 金 矿 深 部 探 矿 的 部 分 岩 芯, 1 . 2. 1ꢀ 取值为 x<x0 的区间 共 1 206 m、10 600 块岩芯,每 3 m 取 1 组数据,除去 无法取芯做点荷载试验的岩样组,共取得 317 组数 据,应用上述关系式进行分级。 评价过程中,只对 在取值区间 x<x0 内,V1 = 0,V2 = x0 ,S1 = 0,S2 取 在该范围内的原评分值,以 RQD 的评分为例,在 RQD<25 的区间内可得: RMR 岩体分级方法中的 R 、R 和 R 3 个指标进行 2 3 细化,其他指标仍使用原评分方式。 在所取得的 17 组数据中,有 106 组的数据评价结果低于原系 1 RQD - 0 × (3 - 0) + 0,(RQD < 25) . (2) 2 5 - 0 3 ꢀ ꢀ 在 RQD < 25 的取值范围内, 式 (2) 表示: I = RQD,V1 =0,V2 = 25,S1 = 0,S2 = 3,将 RQD 在 RQD< 5 的不同取值代入上式, 可得到对 应 的 评 分 值 统的评价结果,占所取数据的 1 / 3;其余 211 组数据 的评价结果虽与原系统的评价结果相同,但细化后 的评分值均小于原系统的评分值,且连续性较好,其 结果对评价岩体整体的质量更合理,为岩体质量评 价及评价结果的应用提供了更可靠的依据。 2 SRQD 。 取 RQD= 10 可得评分值:S = 1. 2,不再是原评 分值 3。 将 317 组数据中 R1 、R2 和 R3 3 个指标的取值 与其对应的评分值进行回归,对应的回归曲线及回 归方程见图 1 ~ 图 3,回归方程的建立,简化了 RMR 评价体系应用中对 R1 、R2 和 R3 3 个指标评分过程。 1 . 2. 2ꢀ 取值为 x1 ≤x<x2 的区间 在取值区间 x1 ≤x<x2 内,V1 = x1 ,V2 = x2 ,S1 、S2 分别取在该范围内的评分值的下限和上限,以 JS 的 2 43 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 3 ꢀ 结ꢀ 论 ( 1)基 于RMR岩体分级法中RQD值( R1 ) 、单 2 44 ꢀ ꢀ 杨尚欢ꢀ 付金阳等:RMR 法评分体系细化及工程应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 ꢀ ꢀ (4)RQD 值、单轴抗压强度(UCS) 和节理间距 JS)3 个指标的取值和对应的评分值之间的关系式 ( 的建立,为使用 RMR 岩体分级法的工程技术人员 提供了有力的参考,为岩体质量评价提供了更可靠 的依据。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 图 1ꢀ RQD 值与评分值拟合曲线 [ 1]ꢀ 蔡ꢀ 斌,喻ꢀ 勇,吴晓铭. 《 工程岩体分级标准》 与 Q 分类法、 RMR 分类法的关系及变形参数估算[J]. 岩石力学与工程学 报,2001,20(S):1677-1679. [ [ 2]ꢀ 巫德斌. 层状岩体边坡工程力学参数研究[ D]. 南京:河海大 学,2004. 3]ꢀ 陈沅江,吴ꢀ 超,傅衣铭,等. 基于修正 RMR 法的深部岩体工 程围岩质量评价研究[ J]. 防灾减灾工程学报,2007,27(2): 141-146. 图 2ꢀ 单轴抗压强度 (UCS) 值与评分值拟合曲线 [ 4] ꢀ 刘业科,曹ꢀ 平,衣永亮,等. 基于地下深部工程岩体特性的 RMR 系统修正[ J]. 中南大学学报( 自然科学版),2010,41 ( 4):1497-1505. [ [ 5]ꢀ 蔡海兵,程ꢀ 桦. 基于 FDAHP 理论的深部岩体分级方法[ J]. 水文地质工程地质,2012,39(6):43-49. 6]ꢀ 齐三红,杨继华,郭卫新,等. 修正 RMR 法在地下洞室围岩分 类中的应用研究[J]. 地下空间与工程学报,2013,9(2):1922- 图 3ꢀ 节理间距 (JS) 值与评分值拟合曲线 1925 轴抗压强度(R2 ) 和节理间距(R3 )3 个指标值与其 评分值在形式上的相似性,给出了 3 个指标评分的 统一关系式,对原评分体系进行了细化,使得指标在 取值区间内和相邻的取值区间的评分值具有连续 性,减少了评分误差。 [7]ꢀ 王乐华,李建荣,李建林,等. RMR 法评价体系的修正及工程应 用[J]. 岩石力学与工程学报,2013,32(2):3309-3316. [ [ [ [ 8]ꢀ 冀ꢀ 东,吕三和,姜德鸿,等. 基于修正 RMR 法评价体系的滨 海深部开采矿山岩体质量评价[ J]. 工程地质学报,2015(8): 6 42-650. 9]ꢀ 张ꢀ 琦,朱合华,黄贤斌,等. 基于 Mamdani 模糊推理的山岭隧 道围岩 RMR14 分级[J]. 岩石力学与工程学报,2017,39(11): 2116-2124. ( 2)应用细化后的关系式对三山岛金矿深部探 矿所取得的部分岩芯进行分级,在所取得的 317 组 数据中,评分值均小于原系统的评分值,且有 1 / 3 的 10]ꢀ VITTHAL M. KHATIK,ARUP K. Nandi. A generic method for rock mass classification [ J ]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering,2018(10):102-116. ( 106 组)数据评价结果低于原系统的评价结果;其 余的评价结果虽与原系统的评价结果相同,但细化 后的评分值均小于原系统的评分值。 11]ꢀ MOHAMMAD M,MOHAMMAD F H. Modification of rock mass rating system: Interbedding of strong and weak rock layers [ J]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering,2017 (9):1165-1170. ( 3)将所取数据中的 R1 、R2 和 R3 3 个指标的取 值与其对应的评分值进行回归,建立了相应的回归 方程,简化了 R1 、R2 和 R3 3 个指标的评分过程。 (收稿日期 2018-10-09ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ꢂ 欢ꢀ 迎ꢀ 投ꢀ 稿ꢀ ꢀ ꢀ 欢ꢀ 迎ꢀ 订ꢀ 阅 ꢂ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ 2 45
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