基于RQD的岩石地基允许承载力估算

1 引言

RQD是Deere等人(1967年)提出的最早的经验分类系统中的岩石质量评级指数。RQD最初被定义为沿岩石暴露的任何方向大于10厘米的完整岩芯长度之和与岩石取样总长度的比值。通过RQD，岩块被细分为从极差(Very poor)到极好(Excellent)五个等级。如下图所示.  尽管RQD不是一种设计方法，它仅是一个定量化描述岩体完整度的指标，但是后来发展的工程岩石分类系统Q-System和RMR是直接基于RQD而产生出来的，因而RQD对于20世纪岩石力学和岩石工程的发展产生了决定性的影响。RQD除了用于岩体分类外, 也可以与其它一些岩体参数建立关系, 如岩体的变形模量和单轴抗压强度. 不过对于岩体地基的允许承载力很少有文献提及, 这个笔记显示了如何使用RQD来确定岩石地基的允许承载力.

2 使用Jv估算RQD

除了使用钻孔数据计算RQD外, 也可以通过体积节理数Jv来估算RQD。这种估算方法在没有钻孔数据的条件下非常有用. 工程师可以根据场地附近的岩石露头估算RQD. Palmstrom (2005) 提出了下面的关系：

RQD = 110-2.5Jv

其中Jv 是体积节理数(volumetric joint count)，定义为一立方米的岩体内节理数目之和, Jv=4至44。

Jv=1/S1 1/S2 1/S3 ...1/Sn Nr/5

其中S1, S2 and S3是每组节理节理间距的平均值，Nr是随机节理且节理间距为5m的节理数目。

3 估算岩体强度和变形

使用RQD直接估算岩体强度和变形的研究很少, Zhang and Einstein (2004) 建立了两个关系式，使用RQD估算岩体的单轴抗压强度和岩体的变形模量，如下所示。 

4 估算地基允许承载力

对于土来说, 可以使用许多现场测试方法得到土的地基允许承载力, 例如使用标准贯入试验(SPT)和静力触探试验(CPT). 但是对于岩石地基来说, 没有经济简便的方法测出岩石地基允许承载力, 而这个值对于岩石天然地基和嵌岩桩的设计来说至关重要. 这方面的研究工作很少, 下面所示的经验关系可以根据RQD粗略地估算岩石地基的允许承载力.

(1) 硬岩: 对于结晶基岩的火成岩和沉积岩，主要包括花岗岩、透辉岩、片麻岩、透闪岩以及状况良好的硬石灰岩和白云岩。

(2) 硬岩: 对于片麻岩或板岩等变质岩以及层状石灰岩，并且状况良好。

(3) 对于沉积岩，包括坚硬的页岩和砂岩，状况良好。 

(4) 对于软岩或破碎的基岩 (不包括页岩)和软石灰岩。

(5) 对于软的页岩, 基本上得不到RQD的值, 在这种情况下,允许承载力取383kPa.

5 参考文献

[1] Deere, D.U., Hendron, A.J., Patton, F.D. and Cording, E.J. 1967. Design of surface and near surface construction in rock. In Failure and breakage of rock, proc. 8th U.S. symp. rock mech., (ed. C. Fairhurst), 237-302. New York: Soc. Min. Engrs, Am. Inst. Min. Metall. Petrolm Engrs.

[2] Palmstrom, A., 2005. Measurement of and Correlations between block size and Rock Quality Designation (RQD). Journal of tunneling and underground space Technology, Vol.20, pp.362–377.

[3] Zhang L, Einstein HH. Using RQD to estimate the deformation modulus of rock masses. Int J Rock Mech Min Sci 2004;41(2):337–41.  

[4] NYSDOT (2013) Geotechnical Design Manual.

岩体强度计算: RMi---Rock Mass index

边坡工程岩体分类系统Q-slope

工程岩体分类的简要回顾

Deere's RQD---现代岩体工程分类方法的基石 (Part II)

Q-System岩石块体尺寸的估算(RQD/Jn)