岩体强度计算: RMi---Rock Mass index

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1 引言

岩体工程分类从最初的RQD (Deere et al.,1967)发展出RMR, Q-System, MRMR, GSI等多种现代岩体分类方法，本文简要描述另一种分类方法：RMi---Rock Mass index, 可以称之为岩体质量指数。尽管许多人把RMi归到岩体分类方法中，但实际上RMi是一种岩体强度的计算方法。

2 Rock Mass Index(RMi)

本质上来说，岩体质量指数（RMi）是计算折减的岩体强度。RMi是Palmström在他1995年完成的博士论文中提出的这一方法。选定的输入参数是基于早期的研究和岩石质量分类以及Palmström自己在该领域的经验。RMi的主要重点是表征岩块中的缺陷对完整岩石强度的影响。RMi只代表了岩体的固有属性，不包括原岩应力或水压力。因此，荷载或应力的方向、结构要素和渗透性以及人类活动的影响都不包括在RMi内。块体形状也不直接包括在RMi中。这样做的主要原因是为了保持RMi的简单结构。RMi的输入参数包括：

(1) 由节理划定的块体尺寸，以块体体积测量；

(2) 块体材料的强度，以单轴抗压强度测量；

(3) 块体表面的抗剪强度，以摩擦角测量；

(4) 节理尺寸和终止，以长度和连续性测量；

用于标定RMi的数据和试验来自(1)对Panguna安山岩的三轴实验室试验(Hoek and Brown，1980); (2) 对Stripa花岗岩的大规模压缩实验室试验; (3)对Laisvall矿区砂岩矿柱的现场试验; (4)从Långsele矿区滑坡的反分析得到的强度数据；(5) 在德国对Thüringer Wald粘土淤泥片岩的大规模实验室三轴试验。

RMi主要是指由节理引起的降低的岩石强度，用下列公式表示：

其中JP实际上是一个强度折减系数，称为节理参数(jointing parameter)，它综合地代表了块体的尺寸以及节理的摩擦性质，JP的值从碎石几乎为0到完整岩石1不等。按照下图所示的流程计算RMi。

节理条件系数(Joint Condition Factor) jC表示块体之间的摩擦性能，用下面的公式表示：

其中jL是表示节理尺寸和终止影响的尺寸系数(joint size factor)，较大的节理对岩块的行为影响大于较小的节理；jR是节理粗糙度系数(joint roughness factor)，表示节理表面的不平整度，它由节理表面的光滑度(js)和节理壁的波动度(jw）组成; jA是节理变化系数(joint alteration factor)，表示节理的特性，它由岩石壁的强度，或可能的填充物的厚度和强度组成。

因子jR和jA与Q-System系统中的Jr和Ja相似。最后JP使用下面的表达式计算：

其中Vb是块体体积，单位是立方米， D=0.37*jC^(-0.2)

3 体积节理数与RQD的关系

Palmström (1982) 提出一个关系式，将体积节理数(Jv)与RQD联系起来。

RQD = 115 - 3.3 Jv

Palmstrom (2005) 修正了上面的关系式，如下式来表示。

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。

6 结束语

本文简要描述了RMi的计算流程，更详细的内容可参看下面的参考文献。

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. (1995). RMi--- a rock mass characterization system for rock engineering purposes. Ph.D. thesis, Oslo University, Norway, 400p.

[3] Palmstrom, A. (1996). RMi- A system for characterizing rock mass strength for use in rock engineering. Journal of rock mechanics and tunnelling technology, 1, 69-108.

[4] Palmström, A. (1996). Characterizing rock masses by the RMi for use in practical rock engineering,part 2: some practical applications of the rock mass index (RMi). Tunnelling and underground space technology, 11(3), 287-303.

[5] Palmström, A., and Singh,R. (2001). The deformation modulus of rock masses—comparisons between in situtests and indirect estimates. Tunnelling and Underground Space Technology,16(2), 115-131.

[6] Palmstrom, A.; Milne, D.; Peck, W. (2001). The reliability of rock mass classification used in underground excavation and support design. ISRM News Journal. Vol.6, 40–41.

[7] Palmstrom, A., (2005). Measurement of and Correlations between block size and Rock Quality Designation (RQD). Journal of tunneling and underground space Technology, Vol.20(4）, pp.362–377.

[8] Palmstrom, A. and Broch,E. (2006). Use and misuse of rock mass classification systems with particular reference to the Q-system. Tunnels and Underground Space Technology, 21,575-593.

[9] Palmstrom, A.; Stille H. (2007). Ground behaviour and rock engineering tools for underground excavations. Tunnellingand underground space technology, Vol.22 , 363–376.