普氏巖石硬系數(shù)知識

1、普氏系數(shù)是單軸抗壓強度除以10極硬（f20）、 很硬（f15）、 堅硬（f810）、較硬（f56）、 普通（f34）、 較軟（f1.52）、軟層（f0.81）、 松軟（f1）等8類。額分類普氏分類土壤及巖石名稱天然濕度下平均容重極限壓 碎強度用輕鉆孔機鉆進1m開挖方法 及工具緊固系數(shù)Kg/m3Kg/cm2minf四類土壤土含碎石重粘土，其中包括石炭紀、侏羅紀的硬粘土1950用尖鍬并同時用鎬和撬棍開挖1.01.5含有碎石、卵石、建筑碎料和重達25kg的頑石（總體積10%以內(nèi)）等雜質(zhì)的肥粘土和重壤土1950冰磧粘土，含有重量在50kg以內(nèi)的巨礫，其含量為總體積10%以內(nèi)2000泥板巖2000不含或

2、含有重量達10kg的頑石1950松 石 含有重量在50kg以內(nèi)的巨礫（占體積10%以上）的冰磧石2100小于200部分用手鑿工具、部分用爆破米開挖1.51.2矽藻巖和軟白堊巖1800膠結(jié)力弱的礫巖1900各種不堅實的版巖2600石膏2200次堅石 凝灰?guī)r、和浮石11002004003.5用風鎬的爆破法來開挖24灰?guī)r多孔和裂隙嚴重的石灰?guī)r和介質(zhì)石灰?guī)r1200中等硬變的片巖2700中等硬變的泥灰?guī)r2300石灰石膠結(jié)的帶有卵石和沉積巖的礫石22004006006.0用爆破方法開挖46 風化的和有大裂縫的粘土質(zhì)砂巖2000堅實的泥板巖2800堅實的泥灰?guī)r2500礫質(zhì)花崗巖23006008008.5用爆

3、破方法開挖68泥灰質(zhì)石灰?guī)r2300粘土質(zhì)砂巖2200砂質(zhì)云片巖2300硬石膏2900普 堅 石 嚴重風化的軟弱的花崗巖、片麻巖和正長巖25008001000 11.5 用爆破方法開挖 810滑石化的蛇紋巖2400致密的石灰?guī)r2500含有卵石、沉積巖的碴質(zhì)膠結(jié)的礫巖2500砂巖2500砂質(zhì)石灰灰質(zhì)片巖2500 上一頁123下一頁 定額分類普氏分類土壤及巖石名稱天然濕度下平均容重極限壓 碎強度用輕鉆孔機鉆進1m開挖方法 及工具緊固系數(shù)Kg/m3Kg/cm2minf一 、 二類 土 壤 砂1500用尖鍬開挖0.50.6砂壤土1600腐殖土1200泥炭600輕壤土和黃土類土1600用鍬開挖并少數(shù)用鎬開

4、挖0.60.8潮濕而松散的黃土，軟的鹽漬土和堿土1600平均15MM以內(nèi)的松散而軟的礫石1700含有草根的密實腐殖土1400用尖鍬開挖并少數(shù)用鎬開挖0.60.8含有直徑在30MM以內(nèi)根類的泥炭和腐殖土摻有卵石、碎石和石屑的砂和腐殖土含有卵石、或碎石雜質(zhì)的膠結(jié)成塊的填土含有卵石、碎石和建筑料雜質(zhì)的砂壤土三 類 土 壤肥粘土其中包括石炭紀、侏羅紀的粘土和冰粘土1800用尖鍬并同時用鎬和撬棍開挖（30%）0.811.0重壤土、粗礫石、粒徑為15-40MM的碎石或卵石1750干黃土和摻有碎石或卵石的自然含水量黃土1790含有直徑大于30MM根類的腐殖土或泥炭1400摻有碎石或卵石和建筑碎料的土壤190

5、0 123下一頁 定額分類普氏分類土壤及巖石名稱天然濕度下平均容重極限壓 碎強度用輕鉆孔機鉆進1m開挖方法及 工具緊固 系數(shù)Kg/m3Kg/cm2minf普堅石白云石27001000 200015.0用爆破 方法 開挖1012堅固的石灰?guī)r2700大理巖2700石灰?guī)r質(zhì)膠結(jié)的致密礫石2600堅固的砂質(zhì)片巖2600特堅石粗花崗巖28001200 140018.5用爆破 方法 開挖1214非常堅硬的白云巖2900蛇紋巖2600石灰質(zhì)膠結(jié)的含有火成巖之卵石的礫石2800石英膠結(jié)的堅固砂巖2700粗粒正長巖2700具有風化痕跡的安山巖和玄武巖27001400 160022.0用爆破 方法 開挖1416片

6、麻巖2600非常堅固的石灰?guī)r2900硅質(zhì)膠結(jié)的含有火成巖之卵石的礫巖2900粗石巖2600中?；◢弾r31001600 180027.5用爆破 方法 開挖1618堅固耐用的片麻巖2800輝綠巖2700玢巖2500堅固的粗面巖2800中粒正長巖2800非常堅硬的細?；◢弾r33001800 200032.5用爆破 方法 開挖1820花崗巖麻巖2900閃長巖2900高硬度的石灰?guī)r3100堅固的玢巖2700安山巖、玄武巖、堅固的負頁巖31002000 250046.0用爆破 方法 開挖2025高硬度的輝綠巖和閃長巖2900堅固的輝長巖和石英巖2800拉長玄武巖和橄欖玄武巖3300大 于 2500小 于

7、60用爆破 方法 開挖大 于 25 ：小塌方：塌方高度3m，或體積6m，或體積100m3；表1-9 按堅固性系數(shù)對巖石可鉆性分級表 巖石級別堅固程度代 表 性 巖 石f最堅固最堅固、致密、有韌性的石英巖、玄武巖和其他各種特別堅固的巖石。20很堅固很堅固的花崗巖、石英斑巖、硅質(zhì)片巖，較堅固的石英巖，最堅固的砂巖和石灰?guī)r。15堅固致密的花崗巖，很堅固的砂巖和石灰?guī)r，石英礦脈，堅固的礫巖，很堅固的鐵礦石。10a堅固堅固的砂巖、石灰?guī)r、大理巖、白云巖、黃鐵礦，不堅固的花崗巖。8比較堅固一般的砂巖、鐵礦石6a比較堅固砂質(zhì)頁巖，頁巖質(zhì)砂巖。5中等堅固堅固的泥質(zhì)頁巖，不堅固的砂巖和石灰?guī)r，軟礫石。4a中等堅

8、固各種不堅固的頁巖，致密的泥灰?guī)r。3比較軟軟弱頁巖，很軟的石灰?guī)r，白堊，鹽巖，石膏，無煙煤，破碎的砂巖和石質(zhì)土壤。2a比較軟碎石質(zhì)土壤，破碎的頁巖，粘結(jié)成塊的礫石、碎石，堅固的煤，硬化的粘土。1.5軟軟致密粘土，較軟的煙煤，堅固的沖擊土層，粘土質(zhì)土壤。1a軟軟砂質(zhì)粘土、礫石，黃土。0.8土狀腐殖土，泥煤，軟砂質(zhì)土壤，濕砂。0.6松散狀砂，山礫堆積，細礫石，松土，開采下來的煤。0.5流沙狀流沙，沼澤土壤，含水黃土及其他含水土壤。0.3奧國礦物學家摩氏(Frederich Mohs)創(chuàng)立一種硬度表，作為評判礦物硬度的標準。最軟者為滑石，最硬者為金剛石，共有十種礦物，定為十級，分別為： 滑石(Tal

9、c) 石膏(Gypsum) 指甲 2.5 方解石(Calcite) 銅幣 3.5-4 螢石(Fluorite) 磷灰石(Apatite) 鋼刀 5.5 玻璃 5.5 -6 正長石(Orthoclase) 鋼銼 6.5 石英(Quartz) 黃玉(Topaz) 剛玉(Corundum) 金剛石(Diamond) 摩氏硬度表中所刊載的數(shù)字，并沒有比例上的關系。例如正長石硬度6，并不表示他是方解石硬度的兩倍，數(shù)字的大小僅表明硬度排行而已。當鑒定硬度時, 如果沒有以上的摩氏硬度計, 可用其他東西代替,如小刀其硬度約為5.5;銅幣約為3.5至4; 指甲約為2至3;玻璃硬度為6。 關于礦石硬度等級的劃分礦

10、石硬度等級Kg/cm2普氏硬度系數(shù)可碎性系數(shù)可磨性系數(shù)巖石實例很軟2002000200.650.750.5硬花崗巖，玄武巖，含鐵石英巖M. M. 普羅托齊雅科諾夫基于實際工程觀察和模型試驗結(jié)果，提出了天然平衡拱法分析圍巖應力。此法在我國簡稱為普氏fk法，得到了普遍的應用。此法認為，洞室開挖后圍巖一部分砂體失去平衡而向下塌落，塌落部位以上和兩側(cè)砂體，處于新的平衡狀態(tài)而穩(wěn)定。塌落邊界輪廓呈拱形。若洞室側(cè)圍砂體沿斜面滑動，洞頂仍塌落后呈拱形。若有支撐或襯砌，作用在支撐或襯砌上的壓力，便是拱圈以內(nèi)塌落的砂體重量，而拱圈以外的砂體已維持自身平衡。這個拱便稱為“天然平衡拱”。設洞壁鉛直，把側(cè)圍三角形滑塌體

11、內(nèi)最大主應力方向視為鉛直的，則天然條件下滑塌斜面就會與側(cè)壁呈45/2的夾角。由此，對散粒土體根據(jù)靜力平衡的平面問題做出假定條件后，便可求出拱圈(塌落體)高度。普氏將此方法推廣到巖體上，認為被許多裂隙切割的巖體也可以視為具一定凝聚力的松散體，并認為堅固系數(shù)為巖石抗壓強度的1100；對fk4的巖土，按上述方法計算洞頂和洞壁的圍巖壓力；對fk4的巖石，則只有洞頂出現(xiàn)圍巖壓力，一般沒有側(cè)壁圍巖壓力。fk反映了巖土強度特性。軟弱巖石fk值均小于4，土的fk值均小于1.0。對于40的浮砂及飽水淤泥，一般可按靜水壓力原則計算圍巖壓力。普氏平衡拱理論有一定優(yōu)點，把塌落體的重量視為圍巖壓力，很直觀，易理解，也有

12、理論根據(jù)。但把所有圍巖塌落體均視為拱形，便有很大局限性。實際上，除一般土體外，巖體塌落體大都不呈拱形。普氏理論完全不考慮巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造應力，特別是圍巖應力重分布的影響。目前，由于長期實踐，多數(shù)部門仍沿用堅固系數(shù)fk，并按fk法確定圍巖塌落的拱高度，計算圍巖壓力。當確定巖體堅固系數(shù)時，使其帶有經(jīng)驗性質(zhì)的系數(shù)，即反映了巖體具體的地質(zhì)條件，如巖性、風化破碎及構(gòu)造特征等，便更符合實際。盡管如此fk法最好只用于土體和軟弱巖體，對堅硬巖石的圍巖應具體分析巖體結(jié)構(gòu)等特征，去確定圍巖壓力熟悉新奧法施工的原理和技術要點；了解礦山法(爆破法)的原理及技術要點；熟悉掘進機法、盾構(gòu)法的特點及適用條件；了解太沙基理論的

13、分析方法；熟悉土體應力、地應力、應變測試和彈性波測試方法及應用。15.1 散體地壓的兩種計算方法l 地壓的普氏計算方法(1) 破碎巖石強度條件的修正圍巖未破碎時的強度條件： =c+tan 15.1-1產(chǎn)生散體地壓時，非彈性變形區(qū)內(nèi)的巖石已被破壞，c、值有所降低，強度曲線由原來的AA/，變BB/，如圖15.1-1所示，相應c、值降低為c/、/。由于降低后的c/、/很難測定，且松散巖體黏聚力很低，故可以通過原點的斜直線OD近似代替BB/，即用角相對于角的變化，反映c、的降低值c/、/。稱角為“似內(nèi)摩擦角”或“內(nèi)阻力角”。因此，破碎巖石的強度條件近似為：=tan。式中tan=，為普氏堅固性系數(shù)，=S

14、c/100(Sc為巖石單軸抗壓強度)?！纠}1】按照地壓的普氏理論，破碎巖石的強度近似條件為：=tan，巖石破碎前、后的內(nèi)摩擦角分為、/，關于及、/的比較，下列各項中正確的是( )。A、/；B、/；D、/；答案：A【例題2】當?shù)叵露词业膰鷰r產(chǎn)生散體地壓時，被破壞的巖石是指( )。A、彈性變形區(qū)內(nèi)的巖石；B、塑性變形區(qū)內(nèi)的巖石；C、被軟弱結(jié)構(gòu)面切割成塊體的圍巖；D、原已破碎的圍巖；答案：B、C、D(2)平巷地壓普氏計算法普氏理論即自然平衡拱理論。其主要之點是：視冒落巖體為具有一定凝聚力的松散體；巷道頂板的冒落形式呈拱形最終穩(wěn)定下來，這種拱稱作自然平衡拱；自然平衡拱的輪廓線是一條拋物線。 如圖15

15、.1-2所示，拱上作用有均布重力荷載q，取脫離體OM，如圖15.1-2(b)，設M點的坐標為x、y。作用于OM上的外力有右半拱的水平推力T，垂直均布荷載q和左半半拱被截掉部分的反力R。由拱的平衡條件取MM=0普氏堅固性系數(shù)可按單軸抗壓強度的百分之一，Sc/100。為了更確切的反映巖體的實際強度，可結(jié)合地下工程具體條件加以修正?！纠}3】按照普氏理論，對于產(chǎn)生散體地壓的圍巖，其作用于支護結(jié)構(gòu)上的壓力為( )。A、大于拱內(nèi)巖石的重量；B、等于拱內(nèi)巖石的重量；C、小于拱內(nèi)巖石的重量；D、以上A、B、C三種情況均有可能產(chǎn)生；答案：B【例題4】關于普氏堅固性系數(shù)，下列各項中不正確的是( )。A、可按單軸

16、抗壓強度的百分之一；B、可按抗剪強度的百分之一；C、為了更確切的反映巖體的實際強度，值可結(jié)合地下工程具體條件加以修正； D、可按抗拉強度的百分之一； 答案：B、D【例題5】自然平衡拱理論是指( )。A、普氏理論；B、太沙基理論；C、TBM施工理論；D、NATM施工理論； 答案：A【例題6】按照普氏理論，自然平衡拱的輪輪廓線為( )。A、一條直線；B、一條對數(shù)線；C、一條單曲線；D、一條拋物線；答案：D2 地壓太沙基計算方法太沙基理論也把破裂巖體看成松散體。它的特點是從應力傳遞的概念出發(fā)，推導出作用于支架上的垂直應力計算公式。當巷道埋深不大時，支護結(jié)構(gòu)的彎曲和下沉引起覆蓋巖層下滑，【例題8】太沙

17、基計算法的適用范圍是( )。A、一般用于埋深不大的巷道地壓計算；B、一般用于埋深較大的巷道地壓計算；C、一般用于沖擊地壓計算；D、一般用于變形地壓的計算；答案：A從松散體理論分析圍巖壓力計算公式中，不難看出，產(chǎn)生圍巖壓力的根本原因，在于兩種不同的土體塌落：整體塌落或土柱底部局部塌落，從而建立兩種圍巖壓力的計算公式。當埋深較淺，土柱重量(作用力)大于土柱兩側(cè)的摩擦力和粘結(jié)力(反作用力)，地層不能形成拱作用，開挖地道時所引起的應力重分布會波及到地表面，這時土體塌落是整體的塌落；當埋深較大時，土柱兩側(cè)的摩擦力和粘結(jié)力迅速增大，并大于土柱的重量，這時地層能形成拱作用，地層中應力重分布不波及地面，土柱底部局部變形或塌落便是土層壓力的來源。由此不難看出，土柱理論和壓力拱理論是相聯(lián)系的，土柱的穩(wěn)定是壓力拱存在的必要條件。如果從整體來看土柱不能處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，壓力拱當然也不可能形成?！纠}9】某地下洞室以上覆蓋層為松散破碎體，按照太沙基理論，下列各項中不正確的是( )。A、土體塌落為整體塌落，作用于支護結(jié)構(gòu)上的力由塌落土體的重量決定；B、土體塌落為局部塌落，作用于支護結(jié)構(gòu)上的力由拱內(nèi)塌落土體的