围岩分级的概念最早于18世纪由欧洲学者提出,后人陆续对围岩级别的判定进行了理论研究,提出了多种围岩分级方法。围岩分级方法有定性、定量、定性与定量相结合3种方法,且以前两种方法为主。定性分级的做法是,在现场对影响岩体质量的诸因素进行定性描述、鉴别、判断,或对主要因素做出评判、打分,有的还引入分量化指标进行综合分级。定量分级的做法是根据对岩体性质进行测试的数据或参数打分,经计算获得岩体质量指标,并以该指标值进行分级。如国外学者提出的Q系统,中国常用的围岩基本质量指标BQ等方法。
①Q系统。挪威学者N.巴顿等于1974年在分析212个隧道实例的基础上,提出用岩体质量指标Q值对岩体进行分类,Q值的定义如下:
式中RQD为岩石质量指标;Jn为节理组数;Jr为节理粗糙度系数;Ja为节理蚀变系数;Jw为节理水折减系数;SRF为应力折减系数。Q系统考虑的地质因素较全面,而且把定性分析和定量评价结合起来,是比较好的围岩分级方法。
②围岩基本质量指标BQ。中国国家标准《工程岩体分级标准》(GB 50218—94)规定采用二级分级法,首先按岩体的基本质量指标BQ进行初步分级;然后考虑各种影响因素(地应力、地下水和结构面方位等)对BQ值进行修正,再按修正后的BQ值进行详细分级。岩体基本质量指标BQ用下式表示:
式中σcw为岩块饱和单轴抗压强度;Kv为岩体的完整性系数,可通过声波试验得到。
围岩分类的目的在于整理和传授复杂的岩石环境中开挖地下工程的经验,是将以地质条件为主的分散的实践经验加以概略量化的一种框架,是应用前人经验进行支护设计、选择施工方法的桥梁,是计算工程造价和投资的依据。