Deere's RQD---现代岩体工程分类方法的基石 (Part II)

1 引言

在Part I《Deere's RQD---现代岩体工程分类方法的基石 (Part I)》中主要介绍了RQD的发明者Dr. Deere的工作概况，Deere的地质学教育背景让他意识到岩体是不连续的，而他的采矿工程和土木工程教育背景让他意识到岩体的不连续引起岩体不稳定性的主要诱因，因而导致了他把地质信息定量化用于工程稳定性评价，发明了RQD, 现在看起来似乎是一件简单的工作，但在当时这是非常了不起的做法。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，不过后来发展的Q和RMR系统是直接基于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。

2 RQD的计算方法

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。下面所示的两个例子。

(1) RQD计算例子1

(2) RQD计算例子2

(2) RQD计算例子3

下图所示的是一个泥岩试样，估算的RQD是10%。在实践的岩石工程中泥岩具有迷惑性。在没有水的情况下RQD值也许很高，但当遇水后某些泥岩会快速泥化，导致抗剪强度迅速降低。在实践中，岩土工程勘察总是与岩土工程施工有一定的时间间隔，如果设计时不考虑这种时间和季节的变化，可能在施工过程中会发生事故。去年6月在中国南宁发生的基坑塌落事故在某种程度上是由于设计时没有充分考虑到泥岩遇水导致岩体强度降低的这个因素。 

3 RQD的注意事项

岩芯的长度应沿岩芯中心线测量（ISRM 1978e，Goodman 1993），如上面的图例所示。在钻探过程中，有时钻具在钻探过程中会造成岩芯产生裂缝，如果这种裂缝可以辨认，那么在确定岩芯长度时应予忽略。

RQD的取值取决于钻探方法、岩心质量、岩心直径和勘探方法等诸多影响因素，在确定RQD时必须细心考虑所有的影响因素。作为一个极端的例子 (Sommer, 2009)，下图左边显示了一个1米长的钻孔壁进行光学扫描的结果，扫描结果显示了钻孔内有两条间距超过10厘米的不连续面，导致RQD的计算值为100%。右边显示了从同一深度获得的同一岩石的常规岩心照片, 不过由于钻探过程，常规岩心被分离成小于10厘米的碎片，对应的RQD值为0。

下图显示了一个正交的不连续地层。该地层由水平的填土层，一组平行的水平节理和一组垂直节理组成。从三个不同的方向(垂直钻孔、45度倾斜钻孔和水平钻孔)来获得RQD，结果显示平均RQD的取值从19%到100%。因此，RQD很大程度上取决于钻孔相对于不连续系统的方位，在这种情况下，RQD提供的信息非常有限，而且还能引起误导。

4 体积节理数与RQD的关系

在很多情况下，由于无法获得岩芯钻孔数据，实际需要促使岩石工程师建立RQD和其他不连续性几何特征之间的关系。Palmstrom (2005) 提出了以下关系，将体积节理数(Jv)与RQD联系起来。Palmstrom (2005) 提出了一个关系式， 使用体积节理数来估算RQD。

RQD = 110-2.5Jv

其中Jv 是体积节理数，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。

Palmström (1982) 提出的关系式与上面的关系式类似。

RQD = 115 - 3.3 Jv

此外，Priest and Hudson (1976)也提出过一个类似的关系式，

其中x是岩体节理之间的平均间距，假定节理间距呈指数分布。

必须指出，在实践中应该非常小心使用这些关系式。

5 使用RQD估算岩体强度值

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。同样，在实践中必须非常小心使用这些关系式。 

6 结束语

本文简要描述了RQD的计算方法和注意事项。其中RQD与体积节理数之间的关系以及使用RQD估算岩体强度值已经超出了本科课程的内容，带有非常强的研究性质，更适合于研究生课程的讲授。目前，我们正在进行使用DFN估算RQD的研究工作。

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.  

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