An introduction to the Rock Mass index (RMi) and its applications 

及台灣岩體分類法(台灣地區岩體分類系統PCCR)

1 介紹 RMi(Introduction)

土木工程中常用的建築材料大多以其強度特性為特徵。然而，在岩石工程中，沒有普遍使用這種岩體的特定強度表徵。大多數工程都是使用各種描述，分類和未經量化的經驗進行的。因此，Hoek and Brown（1980），Bieniawski（1984），Nieto（1983）和其他幾位作者都指出需要對岩體進行強度表徵(a strength characterization of rock masses)。

為滿足這一需求，已經開發了岩量指數RMi系統。它是在1986年至1995年間開發的。主要發展在1995年Arild Palmström的博士論文中提出。

2岩體指數-RMi (The rockmass index, RMi)

岩體指數-RMi ;RMi系統發展中的一個重要問題是使用在岩體行為中具有最大意義的輸入參數。RMi值和所用輸入數據的主要原理是; 結合

INTACT ROCK-UNIAXIAL COMPRESSIVE STRENGTH s_c or UCS

DEGREE OF INTERLOCKING IL

JOINTING PARAMETER JP

如圖所示。

RMi基於岩體相交的接縫往往會降低其強度的原理。表示為：

RMi = σ_c × JP

Here

σ_c = the uniaxial compressive strength of intact rock (in MPa), measured on 50 mm samples. (Often, UCS is used instead of σ_c) .

JP = the jointing parameter, expressing the reduction in strength of the intact rock caused by the joints.

The jointing parameter (JP) is composed of the joint condition factor, jC, and the block volume, Vb. The joint condition, jC = jR × jL/jA,

Where

• jR, the joint roughness factor, determined by

- js = smoothness of joint surface factor and

- jw = joint plane planarity or waviness factor,

• jA, the joint condition or alteration factor, and

• jL, the joint size and continuity factor.

As shown in Figure(RMi指數-乾燥條件下的岩體材”被接縫穿透的岩石”的品質”近似強度”原理圖。), JP incorporates the main joint features in the rock mass. From the test results presented in Figure(JCVb推導出的RMi JP ) the Jointing Parameter was found as

JP結合了岩體中的主要接縫特徵。顯示如;RMi指數-乾燥條件下的岩體材（被接縫穿透的岩石）的品質（近似強度）原理圖。

8次大規模抗壓強度試驗或回溯計算的試驗結果表示參數JP的表達圖。圖中繪製了樣品的已知數據JC’V_b，並繪製節理接頭特性jC的線。據JC’V_b數值對照表達JP。如JCVb推導出的RMi JP 圖。

開發RMi系統時，不可能檢測到超過8個大規模測試結果,所以應用受限。

岩體分類RMi的輸入參數(The input parameters to RMi)如表所示。它們可以通過常用的測量和觀察以及經驗關係來確定。RMi系統具有一些與Q系統類似的功能。因此，RMi的參數jR 和 jA幾乎與在 Q 系統中Jr 和 Ja 相同。RMi需要比RMR和Q系統更多的計算，但最好使用電子表格，從中可以直接找到RMi值。如圖解RMi圖 所示。

3 巨大的岩石中的RMi (RMi in massive rock)

在巨大的岩石中，RMi值得修正

RMi = σ_c × f_σ (where f_σ > JP)

質量參數 fσ 表示單軸抗壓強度的尺度效應（對於完整岩石樣品或塊狀岩石，其值約為 fσ ≈ 0.5）。

備註：這裡定義的塊狀岩石是節理程度低的岩石，即塊體體積大於幾立方米。

4 薄弱岩體區域RMi的應用(RMi in weakness zones)

在許多情況下，應單獨處理薄弱區域，而不使用分類系統進行地下工程設施開挖支撐岩面估計。但是;可以使用The RMi charts for estimates of rock support in blocky ground and weakness zones and continuous ground (massive or highly jointed)圖中塊狀地面的支撐圖和塊狀地面的輸入參數對碎裂區域進行支撐評估。在薄弱區域厚度小於約20米的區域中，穩定性受區域與相鄰岩體之間相互作用的影響。因此，這些區域的應力一般低於相鄰地面的應力，這將減少擠壓的影響。

5 RMi圖表使用(Finding RMi graphically)

RMi岩體強度指標的多種應用; 主要應用如RMi岩體強度指標的多種應用Applications of the RMi圖所示。

表示RMi指數-乾燥條件下的岩體材（被接縫穿透的岩石）的品質（近似強度）。原理圖。

專案個別地面條件（類似於 Q 值）在地面條件因數中表示為

Gc = RMi × GW × SL × C

GW = 地下水條件，作為流入地下施工面的水

SL = 應力反應

C = 設施壁或傾斜屋頂的調整係數（如豎井）

6 RMi 系統在不連續（塊狀-blocky）岩體上的支撐估計 圖(support chart)-(Support estimate by the RMi system in discontinuous “blocky” ground)

RMi 系統在不連續（塊狀）岩體上的支撐估計 圖(support chart),支撐圖中使用了以下兩個支撐參數：

I地面條件因數(The ground condition factor.)。對RMi的調整（K1）可以在表(The adjustment parameters used in the RMi support method.)"中找到：RMi×K1。

II幾何係數數，表示為地下設施開口（隧道等）大小與岩石塊之間的尺寸比，並調整方向和接頭模式（接頭組數量），給出如下

Sr = (Dt/Db) × (Co/Nj) = (Dt/Db) × K2

where

Dt =隧道或洞穴的直徑或跨度 （m）。（對於設施牆，使用牆壁高度 Wt 取代 Dt）。- The diameter or span of the tunnel or cavern (m). (For walls, the wall height Wt is used instead of Dt).

Db =等效塊直徑Db≈3 Vb（以米為單位）。-The equivalent block diameter Db ≈ 3 Vb (in metre).

Co =與隧道或洞穴相關的主節理組方向的調整係數，見表-An adjustment factor for orientation of the main joint set related to the tunnel or cavern, see Table .

Nj =節理組數量的調整係數(an adjustment factor for the number of joint sets);導致，節理破碎岩塊將不受限制的自由落下。表3中的評級也可以從Nj = 3 / nj中找到Nj，其中nj是節理集的數量（nj = 1一組節理;nj = 1.5，一組加散漫節理;nj = 2兩組節理,nj = 2.5 兩組加上nj = 2.5 兩組加上散漫節理;等。）。

7 Support estimate by the RMi system in continuous ground

RMi岩石設施設計施工岩體支承’岩面保護 圖表;用於估計塊狀地表’薄弱地帶以及連續地表（塊狀或高度節理）中的岩石設施設計施工岩體支承’岩面保護

圖 中的支撐圖顯示了估計的總支撐量和支撐岩面保護類型。它基於斯堪的納維亞半島的幾條隧道和其他地下鑽探和爆破掘進方式的經驗彙集。

中等應力條件下的大塊地面（即具有少量節理的岩體）通常具有穩定的條件（見Support estimate by the RMi system in continuous ground

圖），除了鑽炸工法隧道輪進施工中的一些清理浮渣工作外，通常不需要任何支撐。然而，巨大的、過應力的地面需要支撐，因為可能會發生以下與時間相關的變形和/或失效類型：

1 過應力的擠壓延展性岩石（如片岩、粘土岩）和顆粒岩塊（破碎的岩石）。

2 在壓力過大的脆性硬岩石（如花崗岩、石英岩、大理石和片麻岩）中，形成剝落或岩石爆裂。

特殊岩體（高度節接的岩石）通常需要立即支撐。它們的初始行為通常類似於塊狀地面，可以使用(Support estimate by the RMi system in discontinuous “blocky” ground)圖中的支撐圖。在壓力過大（無能）的地面上，除了最初的不穩定性之外，還可能發生瞬態擠壓。但是，對於這種類型的地面，當有更多關於此類地面的經驗時，Support estimate by the RMi system in continuous ground

圖中的支撐圖需要更新;或應進行單獨的計算和收斂測量。

Cg=RMi/s_θ

估計地下設施開挖面周圍切向應力的方法- A method to estimate of the tangential stresses around an underground opening

切向應力的大小（σ_θ）取決於整體應力水準，應力各向異性和開口的形狀，可以從岩石應力測量和Kirch方程中找到。大塊岩石開口周圍的應力，或者也可以使用Hoek and Brown（1980）提出的以下簡化表達式來估計：

in roof: σθ = pv (A × k - 1) (MPa)     eq. (13)

in walls: σθ = pv (B - k) (MPa)       eq. (14)

Here

k = horizontal stress/vertical stress

pv = the vertical stress in MPa at tunnel level, often found from pv ≈ 0.027 z    [eq. (15)] (z = overburden in m)

A and B are tunnel factors given in- Values of the tunnel shape factor.

台灣岩體分類法(台灣地區岩體分類系統PCCR)

岩體分類法依據地質材料特性、岩體相關強度特性、岩體對水的敏感性，並參考岩層地質年代 劃分岩盤為 A、B、C、D 四種類別;進而依據各岩盤類別工程特性，以適當之’定量或定性岩體評級標準’辦理岩體分級,分類法適用於非屬特殊地質之一般岩盤。

評定之岩體分類用以決定開挖支撐類型。

岩體分類主要在反應開挖後之岩體行為。分類時除考慮岩體本身之特性外，亦包括覆蓋層厚度等外在因素。岩體分類結果用以決定開挖支撐類型。決定開挖支撐類型時，尚須考慮開挖跨度、輪進長度、洞口、交叉段、擴挖段、大地應力及其改變狀況、斷層破碎帶及施工方法等因素。

台灣地區 岩盤為 A、B、C、D 四種岩類隧道標準支撐建議表(節錄自中興工程顧問公司) 。