CLASSOFOCATION OF ROCK MASSES 岩盤分類rock.mine.kyushu-u.ac.jp/rock_study/tikakuudou/pawapo/第...講義概要 •岩盤分類の目的 •岩盤分類として考慮すべき項目

CLASSOFOCATION OF ROCK MASSES

岩盤分類

講義概要

• 岩盤分類の目的

• 岩盤分類として考慮すべき項目

• Intact rockの強度による分類

• テルツァギの岩盤荷重分類

• スティニとラウファの岩盤分類

• ディアの岩盤良好度（Rock Quality Designation: RQD）

• 粘土層の断層・グージの影響

• RSR (Rock Structure Rating) Conceptによる岩盤分類

• RMR (Rock Mass Rating) Systemによる岩盤分類

• Q-system (NGI Tunneling Quality Index)による岩盤分類

講義概要











Aims of rock classification

2.1.1 岩盤分類の目的

・同じような挙動を示す場合、グループ化・各グループの特性を把握・定量的なデータを与えること・共通の基礎となること

岩盤分類システム

・簡単で覚えやすい。・技術者に認められること・岩盤の重要な特性を含んでいること・分類パラメータの重みをつけるシステムであること・支保設計に対して定量的なデータが与えられること

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Classification parameter

Intact rock classification

2.1.2 分類されるパラメータ

・岩盤強度の限界点 ⇒ UCS、Is・RQD（Rock Quality Designation）

→ ジョイントの結合度、方向、連続性は無視している。

不連続面の間隔、状態、粗さ連続性、間隔、風化度、充填物の有無、方向、地下水の状態

2.1.3 インタクトロックの分類（ISRM, 1979）

Very Low Low Moderate Medium High Very High

0 5 25 50 100 250超軟岩軟岩中岩中硬岩硬岩超硬岩

単位（MPa）

Rock mass classification

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2.2 テルツァギの岩盤荷重分類

トンネルで鋼製支保が支持すべき荷重を評価するために用いる簡単な岩盤分類（1946年）

トンネル設計をする前に地質調査をすることの重要性岩盤がもつ結果に関する情報収集の必要性

動きが生じる岩盤幅 B₁

岩盤の性質とトンネルの寸法Ht、Bで決まる

・土被り荷重W₁の大部分をトンネル両側の側壁岩盤に伝える。・トンネルの天盤および側壁は高さHpに等価な荷重をバランスさせるのに必要な反力が要求される。

B

W1

B₁

Hp

Ht

H

z

dz

B

q

σz + q + dσz

σz + qσx tanφ

側圧に働く抵抗力

σx = k₀ σz

B : アーチ幅k₀ : 側圧係数γ : 岩盤の単位体積重量

dw = B γ dz

dzの微小部分に作用している力（γ B dz – B dσz）

dzの自重 B {(σz + q + dσz) - (σz + q)}

γ B dz – B dσz = 2k₀ σz dz tanφ ∴𝐝𝛔z𝐝𝐳

= γ - 2𝐤₀𝐁

σz tanφ z = 0のときσz = q

σz = 𝛄𝐁 𝟐𝐤₀𝐭𝐚𝐧𝛗

[1 - exp(-2k₀ 𝐳𝐁

tanφ)] + q exp(-2k₀ 𝐳𝐁

tanφ)

𝐳𝐁が大きい場合

（深度が大）

σz = 𝛄𝐁𝟐𝐤₀𝐭𝐚𝐧𝛗

と側面に作用する抵抗力 k₀ σz tanφ がつり合う。

Rock load

岩盤の状態 Hp (cm)

硬くてインタクト

硬くて層状・片岩状

塊状で普通に節理

普通程度に塊状でシームがある

塊状が多くシームがある

破砕された岩であるが化学的に安定

普通程度の深度で押し出し性岩

大きな深度で押し出し性岩

膨潤性岩盤

0

0 ～ 0.5 B

0 ～ 0.25 B

0.25 B ～ 0.35 (B + Ht)

0.35 ～ 1.10 (B + Ht)

1.10 (B + Ht)

1.10 ～ 2.10 (B + Ht)

2.10 ～ 4.50 (B + Ht)

(B + Ht)に無関係に75以上

CordingとDeere ⇒ 鋼製支保を用いたトンネルに対してやや安全側であるが、適切な値をとっている。

Cecil ⇒ 岩盤の性質に関しては、定量的な評価を与えない。

2.3 スティ二 (Stini) とラウファ (Lauffer) の岩盤分類

Stini : 岩盤内の構造的欠陥の重要性を指摘(1950)Lauffer : Active span（能動スパン）とStand-up time（自立時間）の重要性を指摘(1958)

自立時間 : 地下空洞掘削後無支保の状態で維持できる時間能動スパン : 切羽と支保のトンネル断面における最大の無支保スパン

s

S : 能働スパン自立時間

能働スパン

対数グラフ

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2.4 ディアの岩盤良好度（RQD）

𝒙𝒊𝑳

𝒊 𝒏

𝒙 𝟏RQD = 100

(Rock Quality Designation)

𝒙𝒊 = 0.1 mより長いi番目のコアn = 0.1 mより長いコアの数

RQD (%) 𝟏𝟎𝟎 長さ100 mm以上のコアの累計長さボーリング孔の長さ

1 m 1 m

岩盤の状態が良好（RQDが高い）

岩盤の状態が悪い（RQDが低い）

RQD 岩盤の状態

< 25%25-5050-7575-9090-100

非常に悪い悪い普通良好

非常に良い

Prist&Hudson(1973)

𝒇 𝒙 𝝀𝒆 𝛌𝒙x : 不連続面の間隔f(x) : xの確率分布λ : 1 mあたりの

不連続面数の平均

xとx+dxの間をとる確率 f(x)dx長さLに沿ったインタクトな部分の総数 λL f(x)dxi番目のコアの長さは 𝒙𝒊=λL x f(x)dx

𝐑𝐐𝐃 𝟏𝟎𝟎 · 𝝀𝟐 𝒙𝒆 𝝀𝒙𝑳

𝟎.𝟏𝒅𝒙

Lが十分大きく 𝒆 𝝀𝑳 ⟶ 𝟎ならば 𝐑𝐐𝐃 𝟏𝟎𝟎 𝟎. 𝟏 𝝀 𝟏 𝒆 𝟎.𝟏𝝀

Terzaghi’s rock load classification (Deere等の修正）

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Influence of clay seams and fault gouge

2.5 粘土層の断層・グージの影響

Fault gouge : 断層面に沿って岩盤が移動した結果として断層壁面間に生じる粘土状の物質

Brekke & Howard (1972) : 不連続面充填物のトンネルへの影響について論じる。

断層グージの充填物

膨潤性粘土／不活性粘土／緑泥石・滑石・石墨・蛇紋岩／砂状グージ・方解石・石膏

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2.6 Rock Structure Rating (RSR) Concept

Wickham(1972) アメリカ鉱山局 Breau Mines

不連続面の出現頻度、方向、インタクトな部分の強度、地圧、水圧→これらを考慮した岩盤分類が必要

RSRパラメータ

A : 地質状況 Max. 30点B : 節理パターン、掘進の方向 Max. 45点C : 地下水、節理の状態 Max. 25点

RSR = (A + B) + CMax. 100点

Rock Structure Rating (RSR)

RSRパラメータ

A : 地質状況 Max. 30点B : 節理パターン、掘進の方向 Max. 45点C : 地下水、節理の状態 Max. 25点

RSR = (A + B) + C

種々のアーチ断面における支保の間隔、ボルト間隔、吹きつけコンクリート厚さの決定にRSRが用いられている。

ロックボルト

6H20

4.0ft

RSR 50

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2.7 Geomechanics Classification (RMR system)

South African Council for Scientific and Industrial Reserch － CSIR法ともいう。

ビニアウスキー(Bieniawski)提案

1. インタクトロックの強さ（UCS or Is）2. RQD3. 節理間隔4. 節理の状態（節理の連続性、表面の粗さ、面の条件、充填物の有無）5. 地下水の条件（流入速度、節理内の水圧と最大主応力の比）

(b) 節理の方向性による評点の調整（節理の方向と傾斜）

1. RQD2. 風化の状態3. インタクトロックの一軸圧縮強度（UCS）4. 節理の間隔5. 走向と傾斜6. 節理の分離性7. 節理の連続性8. 地下水の流れ

by Bieniawski

修正

RMR = (1 + 2 + 3 + 4 + 5) – (b)

1. インタクトロックの強さ（UCS or Is）2. RQD3. 節理間隔4. 節理の状態（節理の連続性、表面の粗さ、面の条件、充填物の有無）5. 地下水の条件（流入速度、節理内の水圧と最大主応力の比）

(b) 節理の方向性による評点の調整（節理の方向と傾斜）

RMR = (1 + 2 + 3 + 4 + 5) – (b)

評点による岩盤分類

節理性岩盤の分類①グループ化②岩盤特性の基本条件の整備③岩盤内構造物の設計を容易にすること④共通の基礎となること

用語が簡単野外で迅速

分類評点記述平均自立時間岩盤の粘着力 (kPa) 岩盤の内部摩擦角

Ⅰ 100-81 非常に良好スパン5 mで10年 > 300 > 45°Ⅱ 80-61 良好スパン4 mで6ヶ月 200~300 40°~ 45°Ⅲ 60-41 普通スパン3 mで1週間 150~200 35°~ 40°IV 40-21 悪いスパン1.5 mで5時間 100~150 30°~ 35°V < 20 非常に悪いスパン0.5 mで10分 < 100 < 30°

岩盤のヤング率

𝐄𝐌 𝟐 𝐑𝐌𝐑 𝟏𝟎𝟎（GPa）(RMR > 50)

𝐄𝐌 𝟏𝟎𝐑𝐌𝐑 𝟏𝟎

𝟒𝟎 （GPa)

(RMR ≦ 50)

Lafferの無支保区間

RMRを適用＜岩盤分類の適用＞

＜具体例＞

分類パラメータ値

1. UCS2. RQD3. 節理の間隔4. 節理の状態

5. 地下水

150 MPa70%0.5 m

わずかに粗い間隙1 mm以下壁面は硬い

中程度の圧力水

121320

20

4 Total 69点

Ⓑ節理の走向がトンネル軸に直交、傾斜が掘削方向と逆に30° 不利・・・－10

RMR = 69 – 10 = 59点クラス区分はⅢの上限

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2.8 NGI Tunneling Quality Index (Q-system)

Norwegiam Geotechnical Instituteノルウェー地盤工学研究所

Barton, Lien, Lundl (1974)

非常に数多くの地下空洞の安定性に関する考察からトンネル掘削のための岩盤の質を判定するインデックスを提案

QRQD

JnJrJa

JwSRF

𝐉𝐧 : 節理数𝐉𝐫 : 節理面の粗さ係数𝐉𝐚 : 節理の変質係数𝐉𝐰 : 節理内の水による応力低減係数SRF : 応力低減係数

QRQD

JnJrJa

JwSRF


𝐑𝐐𝐃𝐉𝐧

: block size（岩盤構造）𝟏𝟎𝟎𝟎. 𝟓 ~

𝟏𝟎𝟐𝟎

200 cm ~ 0.5 cm

QRQD

JnJrJa

JwSRF


𝐉𝐫𝐉𝐚

: 岩塊間のせん断強さ

面の粗さ、ジョイントの摩擦特性

QRQD

JnJrJa

JwSRF


𝐉𝐰𝐒𝐑𝐅

: 作用している応力状態

等価寸法空洞スパン・直径or高さ m

ESR（空洞支保比）

(Excavation Support Ratio) AB・・E

仮設採掘空洞 ESR = 3 ~ 5恒久的な鉱山の空洞 ESR = 1.6

地下の原子力発電所 ESR = 0.8

安全率の逆数

(De)

Qシステムの適用例

123456

岩盤の質節理数

節理の粗さ係数節理の変質度節理間の水応力の低減

良好2

粗い粘土グージ多層に流入

中程度

RQD = 80%Jn = 4Jr = 3Ja = 4

Jw = 0.33SRF = 1.0

QRQD

JnJrJa

JwSRF

804

34

0.331 𝟓

De空洞のスパン（無支保）

ESR (m)

4x

1.6 恒久的な鉱山の空洞

無支保のスパン= De ESR=4 1.6=6.4 m

De=4

RMR = 9 lnQ + 44

Lafferの無支保区間をQとRMRのそれぞれの値で図示

Q値

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