软岩地区三叠系中统巴东组岩体完整性评价方法_李均山.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202203081开放科学（资源服务）标识码（OSID）软岩地区三叠系中统巴东组岩体完整性评价方法李均山1，郭 宇2，李清山2（1.核工业（天津）工程勘察院有限公司，天津301800；2.重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队，重庆401120）摘要：依托奉节地区某试验场地三叠系中统巴东组（T2b）岩体，通过抽样法布点取芯，统计岩芯获得率，并与传统波速测试方法进行相关性分析，研究岩芯获得率与岩体完整程度间关系，评价工程地质勘察中的岩体完整性。根据岩芯获得率指标将岩体完整程度分为 5 级，结果表明：岩芯获得率法能直观并量化的反映岩体完整程度，尤其对于岩体完整程度变异性大，或岩体完整程度难以判定的工程场地较为适用。关键词：巴东组；岩体完整性系数；岩体完整程度；岩芯获得率；波速测试中图分类号：TU473.1文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)01 0089 04 0 引言岩体完整性评价在各类工程地质勘察中为一项重要内容，对于以岩石作为地基的建设工程，岩体的完整性将直接关系基础方案、地基承载力、边坡支护方案、隧道围岩级别等关键因素1-7。建筑地基基础设计规范8将地基承载力与岩体完整性系数相结合，中小型水利水电工程地质勘察规范4中坝基和围岩工程地质分类都将岩体完整性系数作为一个重要指标，由此可见：合理准确评价工程场地岩体完整程度对工程建设至关重要，尤其对于岩体软硬不均、各向异性明显，岩体完整程度难以判定的岩体9。目前，国内外常用的岩体完整性评价方法，主要有波速测试法，结构面统计法、RQD 法10，以上各种方法均有各自优缺点。波速测试法数据处理主观性较大，测试成果受岩体各向异性明显11。结构面统计法是选择代表性地质点进行结构面统计，用岩体单位体积节理数量来确定完整性系数，这种方法一是不能反映结构面的发育程度3，对于较破碎-破碎岩体，由于结构面相对较复杂，统计存在一定的困难。RQD 法以金刚石钻探，双层岩芯管为前提，对地层适宜性有要求，采用 10 cm 岩芯长度为统计指标，未对 10 cm 以下或以上岩体完整性进行细划，经常出现同一结构区的同一岩体中，不同钻孔测得的 RQD 指标离散性很大，在应用中也存在一些争议11-12。针对上述各评价方法存在的缺点或不足，本文提出基于岩芯获得率的岩体完整性评价方法，是根据巴东组软岩特征，在 RQD 法基础上进行改进，其钻进方法与 RQD 法有所区别，是采样双层岩芯管，复合片钻头，更适用于软质岩石，对钻探质量的依赖性减小。在奉节地区三叠系中统巴东组（T2b）岩体试验场地，抽样布点采集岩芯统计岩芯获得率，与传统声波测试法进行对比分析，以岩芯获得率量化指标进行完整程度分类，在该地区巴东组二段（T2b）岩体具有较好的实用性。1 岩体完整性评价实用方法当岩体完整程度为较完整-完整时，因受干扰因素较少，采用传统波速测试法、结构面统计法、RQD 法等方法进行完整性分析评价13，测试结果受岩体结构面特征、各向异性、测试方法影响较小，获得的完整程度误差较小，而当岩体完整程度处于较破碎-极破碎时，测试结果受岩体结构面、各向异性、测试方法等因素影响较大，得出的完整程度误差较大。本文以完整程度相对较差的软质岩石为试验场地，在 RQD 法基础上，提出采用岩芯获得率指标评价岩体完整性新方法。1.1 巴东组二段（T2b）岩体基本特征奉节地区下伏基岩为三叠系中统巴东组（T2b）收稿日期：2022 05 10作者简介：李均山（1986），男，湖北宜昌人。高级工程师，硕士，主 要 从 事 公 路 工 程 地 质 勘 察 工 作。E-mail：。李均山，等：软岩地区三叠系中统巴东组岩体完整性评价方法 89 岩层，由于岩石成因及构造作用影响，该地区岩体具有较破碎，矿物成分以黏土矿物为主，软硬互层，遇水软化等特点14-15。目前，该地区岩体完整性评价方法主要为传统岩体声波测试法和野外结构面统计法，经调查统计显示，由于该地区岩石特征及钻探采取率低等因素，工程地质勘察单位大多将该地区岩体完整程度判定为较破碎岩体。由于该地区岩体具软硬互层、各向异性，完整程度变异性大等特征，采用传统方法可能存在控制因素不足的缺点，对岩质均匀性差的巴东组二段岩层完整性评价可能会带来误差，因此，对奉节地区巴东组岩体完整程度评价有待深入研究。马槽梁位于奉节县西部新区朱依镇，钻探揭露该地区基岩为三叠系中统巴东组（T2b）泥岩、泥质灰岩、泥灰岩，以灰黄色为主，红色次之，其岩石矿物成分以黏土矿物为主。该区域岩体多呈软硬互层，岩体结构松散，见图 1。软层软层软层软层软层软层硬层硬层硬层硬层硬层图1奉节地区巴东组二段岩层软硬互层结构松散 1.2 岩芯获得率试验方法以某工程场地作为试验区，清除地表覆盖层及强风化岩层后，按方格网状布置 63 个钻孔，钻孔横纵间距 40 m，保证抽样合理且均匀。现场钻探采用适用于该地区软质岩石的复合片钻头，双层岩芯管取芯，可以避免循环液对岩芯扰动。外业钻探严格控制每个回次长度，岩芯按回次顺序摆放整齐，钻孔取芯，见图 2、图 3。0102030405060708090100图2ZK35 钻孔取芯（单位：cm）当抽样、钻探、取芯方法一致情况下，岩芯长短在一定程度上与岩体完整程度呈正相关。本次试验以岩芯获得率（Hv）指标来表征岩体完整性。Hv=li/Li100%。li为岩芯长度10 cm，或者岩芯中可以拼凑成柱状、饼状的岩石（破碎但有形，可以拼凑）长度10 cm；Li为单个回次长度。逐个回次统计获得率，然后统计每个钻孔的获得率，最后统计整个场地的岩芯获得率。0102030405060708090100图3ZK75 钻孔取芯（单位：cm）1.3 岩芯获得率试验结果单个回次岩芯获得率 0%93.33%，钻孔岩芯获得率 21.06%73.40%，整个试验场地岩芯获得率为 47.11%。将岩芯获得率（0%100%）划分为 10 个区间，各个区间获得率回次之和占试验总进尺的比例，见图 4。0101020203030404050506060707080809090100051015202530岩芯获得率区间/%占比/%图4不同获得率区间所占比例分布 对于某一确切范围内岩体，该方法能真正实现岩芯统计量化，真实反映不同完整程度岩体在试验场地的比例，对岩体完整性评价提供数据支撑，准确提供岩体设计参数值，指导设计施工。2 岩芯获得率法与波速测试法进行分析对比 2.1 波速测试法原理工程应用中，采用岩体完整性系数 K v来评价岩体完整性13，Kv=(Vm/Vr)2。Vm为岩体纵波波速；Vr为岩块纵波波速。2.2 岩芯获得率法与波速测试法分析对比采 用 YL-SLT 型 声 波 检 测 仪，选 择 钻 孔ZK30、ZK35、ZK75、ZK76 进行波速测试，计算钻孔各回次段岩体完整性系数，与该孔岩芯获得率进行对比，得出岩芯获得率及完整性系数随深度变化规律，见图 5。波速测试法测得岩体完整性系数 0.220.65，按岩土工程勘察规范评价场地岩体完整程度属路基工程 90 Subgrade Engineering2023 年第 1 期（总第 226 期）破碎-较完整，该区域岩体呈软硬不均，破碎、较破碎、较完整的岩体均存在，曲线呈波浪状上下交替起伏，表明岩体呈软硬互层分布。ZK75的HvZK75的KvZK76的HvZK76的KvZK35的HvZK35的Kv2468101214160102030405060708090100岩芯获得率/%钻孔深度/mZK30的HvZK30的Kv00.10.20.30.40.50.60.7完整性系数图5Hv及Kv随深度变化规律 波速测试法与岩芯获得率法存在较高的相关性。按波速测试成果进行完整性分类对应的岩芯获得率指标，见表 1。表1按波速测试成果进行完整性分类对应的岩芯获得率完整性系数完整程度岩芯获得率/%0.220.35破碎036.670.350.55较破碎36.6769.620.550.65较完整69.6293.33 2.3 岩体完整程度分类本试验场地岩芯获得率与岩体完整程度呈正相关，当抽样点、钻探、取芯方法选择合理时，岩芯获得率指标能反映岩体完整程度。以完整性系数和 RQD 指标为参考，采用岩芯获得率将岩体完整程度划分为 5 级，与规范一致，推导出奉节地区三叠系中统巴东组（T2b）岩体不同完整程度所对应的岩芯获得率指标，见表 2。表2岩体完整程度对应的岩芯获得率完整程度完整性系数RQD法/%岩芯获得率/%完整0.759090较完整0.750.5590609070较破碎0.550.3560257035破碎0.350.152510355极破碎0.15105 因岩芯获得率方法统计中计入了可拼凑成柱状的岩芯长度，导致较完整-破碎岩体下限值较RQD 值大，而完整、极破碎岩体 RQD 法与岩芯获得率法指标接近，此时，钻进方法及钻进质量对评价结果影响较小。岩芯获得率法与 RQD 法不同，采用复合片钻头，更能适应奉节地区三叠系中统巴东组（T2b）破碎软质岩体。此外，采用岩芯长度（或可拼凑成柱状长度）10 cm，能消除钻进机械扰动破碎、岩体结构各向异性等因素对评价结果产生的误差，能客观反映天然状况下岩体完整程度。3 结语岩芯获得率法能直观反映岩体完整程度。当采用的抽样方法、钻探、取芯方法合理时，岩芯获得率能准确量化岩体完整程度，能为奉节地区巴东组（T2b）岩体完整性评价提供准确的数据支撑。基于岩芯获得率的岩体完整性评价方法在奉节地区三叠系中统巴东组（T2b）岩体是可行的，此法比 RQD 法更具实用性，减小了钻探质量优劣对岩体完整性评价结果的影响，从基本原理上进行了优化，可以在该地区同类工程推广应用。岩芯获得率方法与波速测试方法存在较高的相关性，据岩芯获得率指标将岩体完整程度划分为完整极破碎 5 级，可为奉节地区三叠系中统巴东组（T2b）岩体完整性评价提供一种新思路。参考文献(References)：1 中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.岩土工程勘察规范(2009 版):GB 500212001S.北京:中国建筑工业出版社,2009.Ministry of Construction of the Peoples Republic of China,GeneralAdministration of Quality Supervision,Inspection and Quarantine of thePeoples Republic of China.Code for investigation of geotechnicalengineering(2009 Edition):GB 500212001S.Beijing:China BuildingIndustry Press,2009.2 马超锋,李晓,成国文,等.工程岩体完整性评价的实用方法研究 J.岩土力学,2010,31（11）:3579 3584.DOI:10.3969/j.issn.1000-7598.2010.11.037.MA C F,LI X,CHENG G W,et al.Study of practical approach to assessintegrality of engineering rock mass J.Rock and Soil Mechanics,2010,31（11）:3579 3584.DOI:10.3969/j.issn.1000-7598.2010.11.037.3 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.工程岩体分级标准:GB/T 502182014S.北京:中国标准出版社,2014.Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the PeoplesRepublic of China,General Administration of Quality Super