关于软岩的概念，国内外有十几种之多[8,9]，大体上可分为描述性定义、指标化定义和工程定义，且各有其优缺点。本文在研究前人关于软岩概念的基础上，提出了新的软岩概念及其分类体系[10]。

1.1　地质软岩的概念

目前，人们普遍采用的软岩定义基本上可归于地质软岩的范畴，按地质学的岩性

划分，地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层，该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质砂岩等单轴抗压强度小于25 MPa的岩石，是天然形成的复杂的地质介质。国际岩石力学会将软岩定义为单轴抗压强度（σc）在0.5～25 MPa之间的一类岩石[1]，其分类依据基本上是依强度指标。

该软岩定义用于工程实践中会出现矛盾。如巷道所处深度足够的浅，地应力水平足够的低，则小于25 MPa的岩石也不会产生软岩的特征；相反，大于25 MPa的岩石，其工程部位足够的深，地应力水平足够的高，也可以产生软岩的大变形、大地压和难支护的现象。因此，地质软岩的定义不能用于工程实践，故而提出了工程软岩的概念。

1.2　工程软岩的概念

工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。目前流行的软岩定义强调了软岩的软、弱、松、散等低强度的特点，同时应强调软岩所承受的工程力荷载的大小，强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。

该定义的主题词是工程力、显著变形和工程岩体。工程岩体是软岩工程研究的主要对象，是巷道、边坡、基坑开挖扰动影响范围之内的岩体，包含岩块、结构面及其空间组合特征。工程力是指作用在工程岩体上的力的总和，它可以是重力、构造残余应力、水的作用力和工程扰动力以及膨胀应力等；显著塑性变形是指以塑性变形为主体的变形量超过了工程设计的允许变形值并影响了工程的正常使用，显著塑性变形包含显著的弹塑性变形、粘弹塑性变形，连续性变形和非连续性变形等。此定义揭示了软岩的相对性实质，即取决于工程力与岩体强度的相互关系。当工程力一定时，不同岩体，强度高于工程力水平的大多表现为硬岩的力学特性，强度低于工程力水平的则可能表现为软岩的力学特性；对同种岩石，在较低工程力作用下，表现为硬岩的变形特性，在较高工程力的作用下则可能表现为软岩的变形特性。

1.3 软岩的两个基本力学属性

软岩有两个基本力学属性：软化临界荷载和软岩临界深度[8]。它揭示了软岩的相对性实质。

1.3.1　软化临界荷载

软岩的蠕变试验表明，当所施加的荷载小于某一荷载水平时，岩石处于稳定变形状态，蠕变曲线趋于某一变形值，随时间延伸而不再变化；当所施加的荷载大于某一荷载水平时，岩石出现明显的塑性变形加速现象，即产生不稳定变形，这一荷载，称为软岩的软化临界荷载，亦即能使岩石产生明显变形的最小荷载。岩石种类一定时，其软化临界荷载是客观存在的。当岩石所受荷载水平低于软化临界荷载时，该岩石属于硬岩范畴；而只有当荷载水平高于软化临界荷载时，该岩石表现出软岩的大变形特性，此时该岩石称之为软岩。

1.3.2　软化临界深度

与软化临界荷载相对应地存在着软化临界深度。对特定矿区，软化临界深度也是一个客观量。当巷道的位置大于某一开采深度时，围岩产生明显的塑性大变形、大地压和难支护现象；但当巷道位置较浅，即小于某一深度时，大变形、大地压现象明显消失。这一临界深度，称之为岩石软化临界深度。软化临界深度的地应力水平大致相当于软化临界荷载。

1.3.3　软岩两个基本属性之间的关系

软化临界荷载和软化临界深度可以相互推求，在无构造残余应力的矿区，其公式为：

(1)

(2)

在构造应力或其他附加应力均存在矿区，其公式为：

(3)

(4)

式中：HCS为软化临界深度，m； σCS为软化临界荷载，MPa； ΔσjCS 为残余应力，MPa； j=1为构造残余应力； j=2为膨胀应力； j=3为动载荷附加应力； γi为上覆岩层第i岩层容重t.m－3； H为上覆岩层总厚度，m； hi为上覆岩层第i层厚度，m； N为上覆岩层层数。

1.4　软岩的工程分类

按照工程软岩的定义，根据产生塑性变形的机理不同，将软岩分为四类，即膨胀性软岩(或称低强度软岩)、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩。具体的分级分类指标如表1所示。

表1　软岩工程分类与分级总表

Table 1　Classification and grading of soft rock

软岩分类 分类指标 软岩分级 分级指标

σc/MPa 泥质含量 结构面

膨胀性软岩 <25 >25% 少 蒙脱石含量/(%) ω0/（%） 自由膨胀变量/(%)

弱膨胀软岩 <10 <10 >15

中膨胀软岩 10～30 10～50 10～15

强膨胀软岩 >30 >50 <10

高应力软岩 ≥25 ≤25% 少 工程岩体应力水平/MPa

高应力软岩 25～50

超高应力软岩 50～75

极高应力软岩 >75

节理化软岩 低～中等 少含 多组 JS/条.m－2 节理间距 完整指数Kv

较破碎软岩 0～15 0.2～0.4 0.55～0.35

破碎软岩 15～30 0.1～0.2 0.35～0.15

极破碎软岩 >3 <0.1 <0.15

复合型软岩 低～高 含 少～多组 根据具体条件进行分类和分级

1.5　我国膨胀型软岩的地质力学化学特征

不同地质时期的软岩由于其成生环境不同，矿物成分与含量也不同，表现在工程上其水理性质、化学性质和力学性质都存在较大的差别(表2)[11～12]。

表2　我国膨胀型软岩的地质力学化学特征

Table 2　The geomechanical and chemical Characteristics of the swelling soft rocks in China

软岩性质 类别 古生代软岩 中生代软岩 新生代软岩

水理性质 基本不含蒙脱石，吸水量低，岩块吸水率小于10%，膨胀性、崩解性和软化性质不明显。 含少量蒙脱石和大量伊/蒙混层矿物，吸水量明显，岩块吸水率为10%～70%，有较强的膨胀性和吸水软化性不明显，少量软岩膨胀性和吸水力低。 含大量蒙脱石和大量伊/蒙混层矿物，吸水量强，岩块吸水率为20%～80%，膨胀性和吸水软化性显著。

化学性质 pH值 5.4～10.1，最小为4.98，最大为10.38 7.1～10.1，最小为6.82，最大为10.18 7.8～10，最小为4.4，最大为10.02

比表面积/

m2.g－1 20～100 100～350，最小24.27，最大为717 150～450，最小为18.15，最大为555.4

阳离子

交换量/

meg.100g－1 10～20，最小为5.09，最大为38.07 20～50，最小为8.13，最大为86.73 25～60.最小为7.02，最大为79.8

力学性质 抗压强度/

MPa 24～40 15～30 小于10

抗拉强度/

MPa 1～2 0.4～1 小于0.5

(长期强度)/(瞬时强度)/

(%) 40～70 30～60 10～40

弹性模量 较大 较低 很低

泊松比 较小 比较大 较大