H&B強度準則與該領域的實際地質觀測聯繫起來,以工程地質學為投入，對弱岩和複雜節理岩層進行分類。

霍克和布朗的強度準則(Hoek and Brown’s failure criteria)制定后，從事將強度準則與該領域的實際地質觀測聯繫起來，以獲得其實際價值。因此，地質強度指數（GSI）的發展開始於多倫多，1992年Hoek等人以工程地質學為投入，對弱岩和複雜節理岩層進行分類。

地質強度指數 （GSI ;The geological strength index） 是最特殊的岩石質量分類系統之一，它用於通過不同的方法評估非常弱和高度風化節裡的岩石品質，並涉及到岩石質量的地質力學特性，包括廣化霍克和布朗常數(Hoek & Brown constants)、變形模組deformation modulus、強度特性strength properties和 Poisson 比例(Poisson’s ratio)，用於適當設計隧道、洞穴、 和其他工程結構。該系統與岩石質量評價（RMR）、Q系統和其他經驗方法的比較,獨特性如下;在岩石質量評價過程中，它利用了現場觀測、岩體塊狀和表面節理特性，有效地支援利用數值建模來評估大地工程建構前預知穩定所需岩體的地質力學特性。更了解現場專業人員（地質學家、採礦和土木工程師）對GSI的定性和定量估計及其作為岩石質量環境中適當設計工程結構的經驗估計工具的應用。

岩體不整合面及非均質體造成岩石品質的複雜性和不確定行為。使岩石質量成為經驗和數值建模困難的基礎材料。以精確的方式類比如此複雜的性質和岩石品質的不確定行為，以減少與定性過程相關的不確定性，是複雜的工作。Hudson 和Feng 提出了四種主要建模方法（A、B、C和 D）和八個子測控器，這些子模型分為兩個級別，用於使用圖中顯示的基於前後分析的設計對複雜岩石品質條件進行工程解決方案及結構設計模型建立。

工程結構的設計過程從現場勘察開始，然後採用A、B、C、D四種主要方法完成工程。在任何岩石工程專案的初級階段，有關該地區地質和岩土工程的細節數據無法用於工程結構的適當設計。因此，為了應對這種情況，開發了稱為經驗設計方法的不同岩體品質分類系統，以便在專案的初步階段完成所需的設計。

經驗設計方法被認為非常有助於將岩石品質定性並分類為具有相似特徵的不同類別，以便快速理解和構建基於岩體不連續性和物理力學特性的地下工程結構 ，以便在工程結構的有效設計初期捕捉原位條件的真實圖像 。

根據各研究人員的土木和採礦工程相關案例研究，制定了大量經驗設計方法，為隧道、洞穴、岩坡和一般用途的設計,處理岩石質量的複雜性質。

這些經驗方法在民用和採礦領域具有廣泛的應用。每種經驗方法都使用定義的輸入參數，包括現場觀測和實驗室測試，用於解決岩石工程專案的相異。在上述經驗方法中，RMR 和 Q 系統被廣泛用於岩石工程中各種用途的分類系統，並被視為開發其他分類系統的基礎。

岩石質量等級 （RMR） 和隧道質量指數 （Q 系統） 使用岩石品質指定 （RQD） 作為評估岩石質量的整體輸入參數，用於設計地下結構支撐系統 。RQD 的價值由核心鑽探決定，是一個非常繁瑣的過程 。該過程較經濟，但對於非常弱的岩石，RQD 的價值通常被認為是零 。這種情況導致對RMR和Q系統對岩石品質分類的估計失真。RMR 和 Q 系統分類系統主要用於簡單的岩石質量行為，這些系統不太適宜於受擠壓岩材、定義岩體破壞、周圍岩壓大情況下的岩石爆裂及取數值用於建立定量模型的岩石品質屬性估計。同時RMR和Q系統對在弱岩品質條件下,隧道工程支撐及岩面保護接續設置後的擠壓變形施工控管資訊獲得貧瘠。針對RMR和Q系統弱點，GSI岩體品質分類系統應運產出。以適應和評估最弱、節塊複雜和異質的風化岩層，為設計工程結構和量化數值建立量化模型。GSI系統各方面的研究需進行系統和全面的審查，以便讓現場專業人員（地質學家、採礦和土木工程師）更好地瞭解GSI系統,作為經驗分類和岩石質量估計工具的應用。瞭解 GSI 評估岩石品質的定性和定量估計,進行工程結構適當的設計和數值建立量化模型是GSI的宗旨。

數值方法(The numerical methods)採用隧道周圍岩體的物理力學(physiomechanical )和變形(deformation)特性作為輸入參數。由於岩石品質條件現地調查不確定和困難，岩石質量的這些特性在野外難以測量。因此專注於估計岩石品質的特性描述。霍克和布朗在1980年首次嘗試估計岩石質量屬性。霍克和布朗制定了評估岩石品質特性的破壞標準。在霍克和布朗的破壞標準(Hoek and Brown’s failure criteria)制定后，從事將破壞標準與該領域的實際地質觀測聯繫起來，以獲得其實際價值。

地質強度指數 （GSI） 地質強度指數 （GSI） 是為隧道、洞穴設計開發的岩石品質特徵工具， 和其他基於現場觀測的地下結構，包括岩石品質的地質數據、合格和專業的現場地質學家/工程師對岩石結構的視覺印象的輸入，包括以節理特徵（粗糙度和變異）為代表的不連續性的塊狀和表面條件，並以岩石品質強度特性的形式提供可靠的數據，這些數據用作數值分析或公式解決方案的輸入參數。GSI分類系統作為估計複雜節理岩塊品質強度和變形特性的實證工具，GSI與霍克和布朗的岩體破壞規範進一步聯繫在一起，霍克和凱撒在1995年[29]和霍克和布朗在1997年提出1994年估計岩石質量真實屬性。GSI 系統根據對岩石品質結構的實地觀察，將岩石質量環境分為五類，從非常好到非常差，範圍從塊狀到解體（緊密相連和嚴重破碎的岩石品質）。岩質量分為五大類、四大岩質量體結構領域(GSI 岩石質量的結構類型-the rock mass structure ranging)。基本 GSI 圖表顯示。

Hoek等人於1998年在GSI分類系統中進行了擴展，以容納最弱的雅典希斯特岩群。該區域的片/層壓/剪切岩石質量類別添加到基本 GSI 圖表中，如;薄層壓岩片、葉狀和結構剪切的弱岩石。這一類的岩石品質與良好的表面質量無關，而與表面品質差有關。由於奇差的岩石品質和剪切行為，岩石質量屬於解體和葉片/層壓類別，GSI 值從 5 到 30 不等。

從1974年至1998年，GSI值的估計’定性’基於對實地的徹底地質視覺觀測和專業人員收集數據的專門知識。GSI 值的正確性程度主要取決於數據收集器的專業知識，反之亦然。意味著不同人員根據專業知識的程度對 GSI 值的估計可能有所不同。因此，在估計GSI價值時,必須克服這些困難。從質量估計到定量估計GSI值的時代始於1999年初，目的是盡可能適當地估計GSI值 在這方面，Sonmez和Ulusay於1999年首次嘗試開發一個精準的定量數基，用於估計GSI值，建議將岩石質量強度估計(SR-structure rating)為一種增加量化工具，並將GSI應用於斜坡的穩定性分析。在 GSI 圖表量化開發過程中，Sonmez 和 Ulusay 沒有考慮 Hoek 等人在基本 GSI 圖表中所做的擴展 。對於 GSI 量化，Sonmez 和 Ulusay 建議基於（體積接頭計數）進行結構評級 （SR），該評級根據關節的粗糙度、風化和填充性質描述了岩石質量結構和表面條件評級（SCR）。SCR 的細項評分為 Rr、Rw 和 Rf 。

Jv是估算岩塊中接頭計算獲得,岩塊為均向性’均勻’均質的(isotropic’

Homogenous) 。

J_v=N₁/L₁+ N₂/L₂+ N₃/L₃+ ….+ N_n/L_n

J_v=1/S₁+1/S₂₊1/S₃+…+1/S_n

S-節塊間距(joint spacing)

N-掃描得到節塊接頭數量

L-掃描長度

Jv - 岩塊為高度風化,複雜的多向’非均質節塊,岩體評估式

Jv=N_x/L_x*N_y/L_y*N_z/L_z… .

Jv - 岩塊高度風化,複雜的多向’非均質節塊,岩體評估簡化式

Jv=(N/L)³

蔡等人於2004年[50]引入了塊體積（Vb），節塊條件（Jc）因數,量化GSI值，並加入岩體結構大量碎片樣態的GSI。插入這些參數不僅減少了對估計 GSI 值所需的現場經驗的依賴，而且保持了馬里諾斯和霍克在 2000 年和 2001 年開發的 GSI 圖表的簡單性。這兩個參數的影響，即V_b和Jc，是利用已發表的數據校準的，並經回饋分析技術的案例研究驗證了兩個洞穴的岩層行為。

塊體積由以下方程確定：

決定塊體積的 方程式

V_b=S₁*S₂*S₃/sinγ₁*sinγ₂*sinγ₃

岩體當量 方程式

The joint condition factor

Hoek等人，在2005年，納入了弱，異質岩石品質，和岩石品質的岩石學變異性。Hoek等人為隧道和地表挖掘繪製了兩張密閉和裂變岩石群的圖表。Hoek 等人於 2013 年在霍克和馬里諾斯 2000 年開發的 GSI 圖表中分別插入了以 A 和 B 為代表的 x 軸和 y 軸的刻度。軸 A 代表岩石品質的表面品質，範圍從 0 到 45 分為 5 個分區，間隔為 9 個。軸B代表岩石質量的塊聯鎖和結構域，範圍從0到50,分為5個分區，間隔為10。此外，馬里諾斯和霍克將比例尺 A 定義為 1.5 JCond89，而規模 B 在基本 GSI 圖表中定義為 RQD/2，如圖示。

GSI 系統明確基於 Hoek 和 Brown 破壞標準的岩石品質強度和變形特性的估計，用於岩石工程專案的數位量化模型建立和分析。GSI與其他經驗方法（RMR、Q系統等）的特異性在於，GSI作為經驗估計工具方法,但確定了岩石品質強度和極弱岩石品質環境的變形特性，並以最佳方式解決了岩石異質性問題。

岩體量化變形係數的彙整及取得整體參數，用於大地工程的可行性分析和評估施工時設計的有效性。

應用GSI數值估算岩石品質變形模數(係數)

假設GSI 及D(岩層擾動係數, (when the D value is zero -control blast of excavation by TBM )為已知;H-B( Hoek and Brown)破壞規範常數和摩爾-庫隆布破壞規範常數的估計

Hoek 和 Brown 於 1980 年提出了方程式 （11）,給出的非線性破壞標準，該標準基於對完整岩石樣本的廣泛三軸測試來估計完整的岩石強度。

when the GSI value and D are known . The other empirical methods are used to determine the Hoek and Brown constants.

where D is a disturbance factor which depends on the nature of the blast and m_i is the intact rock constant.

The Hoek–Brown constants m_b, s, and a for jointed rock mass are determined using the following equations without disturbance factor (D) or when the D value is zero (control blast of excavation by TBM) 

The Mohr–Coulomb failure criterion is used in estimation of strength of rocks

其他岩石品質變形模數(係數)的估計經驗公式

岩體強度和波松比(Poissons ratio)

岩體強度和波松比是岩石工程量化模型中用於評價岩石質量行為的重要參數。與岩體經驗公式相比，使用不同方法對岩石品質的這些特性進行現場確定是困難和耗時的。以下是使用 GSI 和其他參數來估計強度和 Poisson 岩石品質比率的不同經驗模型。

塊體積(The block volume)的 方程式

V_b=S₁*S₂*S₃/sinγ₁*sinγ₂*sinγ₃   岩體經驗公式

s is joint spacing and γ is the angle between joint sets

Ramamurthy 於 1993 年建立了一個經驗模型，該模型使用 GSI 和岩石的壓縮強度,來修正;以下方程中給出的岩石品質的壓縮強度

GSI與其他岩體分類的運用

GSI在多樣岩體分類關聯性比較表(Comparison of various correlations among the rock mass classifications.)

GSI與其他岩體分類系統的聯繫

應運在邊坡保護’隧道開挖及地工挖掘

Sonmez和Ulusay為估計GSI值制定了一個細緻的定量數基(圖示)，使用干擾因數，在鑽炸模式挖掘方法,取得回饋估計岩石品質強度GSI值。為了斜坡的穩定性，他們使用GSI值作為HOBRSLP軟體的輸入，用於圓形和非圓形滑面的坡度穩定性分析。2013年，Hoek 等人 提出了一種簡化的定性方法，用於對跨度為 10 米的隧道和高度小於 20 米的斜坡進行穩定性分析。對於較大的洞穴和斜坡，因塊聯鎖降低,考慮減少 GSI 的價值。

GSI 值通常用作 RocLab 軟體中的輸入參數，用於評估岩石品質和數值工具（如 Rocscience 開發的 RS2 和 RS3）的不同強度參數，用於岩體強度量化模型建立、工程結構穩定性分析以及岩石品質（隧道、斜坡和挖掘）的工程可行性和工程執行的岩體變形數值回饋運用。並在量化模型中間接安裝和評估這些經驗方法(RMR、Q 系統和其他經驗方法)推薦的地下設施工程開挖支撐及岩面保護系統。

GSI對大地工程岩層開挖方式評估

GSI系統在地下開挖施工中成功地用於岩體的可鋤掘性評估。挖掘模式是根據61個現場調查確定的，包括具有變形結構的沉積和變質岩石，以及齊亞姆博斯和薩羅格魯利用GSI值的節塊條件所作分析。研究的結論是：（1）當 GSI 值> 65 和點負荷指數 （Is50） > 3 MPa 和 GSI 值> 60 和 Is50 < 3 MPa 時，爆破首選用於具有緊密節理條件的岩盤。（2） 當 GSI 值範圍為 20 至 45，Is50 ≥ 3 MPa 和 GSI 值範圍為 25 至 55 和 Is50 < 3 MPa 時，挖掘是通過鋤進(Ripping)進行的，而在從爆破到鋤進的過渡階段，將使用 hyudraulic破碎進行挖掘。這種可鋤掘性評估適用於爆破到鋤進的岩石品質。不適合異質岩體(沉積’變質岩)，如複理石，雙岩(碎片和混合岩石)和軟岩石。

GSI 系統基於岩石質量的行為類似於均質體(物體的物理、化學性質不因方向而有所變化的特性)的假設，岩石質量的行為適應於均質負載。

GSI 系統不適用於在非常堅硬的岩石中已經挖掘的面，這種情況下，隧道或斜坡的穩定性受交叉不連續性的三維幾何形狀和挖掘產生的自由面的控制。

結論

RMR、Q 和 RMI 等經驗方法使用 RQD 作為輸入參數，其不適合在非常弱且高度風化節塊的岩石質量環境中應用，因為對於此類岩石品質條件，RQD 值為零。

經驗方法（RMR、Q系統、RMI等）在擠壓、高應力、弱岩品質環境中設計隧道、洞穴和類大地工程。;不適合通過量化值建立量化模型;因此工程項目無法進行設定變形破壞和穩定性分析。

GSI與其他岩石品質分類系統相比，GSI系統在岩石品質結構領域以簡易的方式顯示岩石品質的異質性。

有效使用三種不同的方法來估計 GSI 值，即基於其他經驗方法的定性、定量和經驗模型。定性和定量方法適用於弱、多節理、層壓片岩和異質岩體質量的評價。作為專案工程設計。

研究認為，RMR、Q系統等經驗方法在硬岩質量環境中,沒有節理或節理較少的情況下使用比較方便，建議GSI系統用於弱到非常弱、有高應力的岩體質量環境。

GSI與其他岩石品質分類系統相比，GSI 系統明確具有可信度用於估計岩石品質的地質力學特性。

GSI在岩石工程領域有著廣泛的應用。然而，與RMR和Q系統相比，GSI系統沒有涵蓋隧道和其他結構的支撐及岩面保護系統的設計。

估計 GSI 系統的定性方法要求在收集和評估現場數據方面獲得更好的知識和技能。使易用於定量和經驗模型方法對岩石品質環境的評估。

建立共識，方便的方式使用不同的 GSI 值估計方法來評估岩石品質狀況，輸入量化模型,估計岩石品質強度和變形特性。

the Rock Mass index (RMi) and its applications

&

坡體評分法 SMR-岩土坡面破壞的樣態 Slope failure types

台灣岩體分類法(台灣地區岩體分類系統PCCR)

待續