岩体块度指数及其工程意义
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3岩体基本质量的分级因素3.1分级因素及其确定方法3.1.1岩体基本质量应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。
3.1.2岩石坚硬程度和岩体完整程度,应采用定性划分和定量指标两种方法确定。
3.2.1岩石坚硬程度,应按表3.2.1进行定性划分。
岩石坚硬程度的定性划分表3.2.1工程岩体分级标准(三)3.2.2岩石坚硬程度定性划分时,其风化程度应按表3.2.2确定。
岩石风化程度的划分表3.2.23.3 岩体完整程度的定性划分3.3.1 岩体完整程度,应按表3.3.1进行定性划分。
岩体完整程度的定性划分表3.3.1注:平均间距指主要结构面(1~2组)间距的平均值。
3.3.2 结构面的结合程度,应根据结构面特征,按表3.3.2 确定。
结构面结合程度的划分表3.3.23.4定量指标的确定和划分3.4.1岩石坚硬程度的定量指标,应采用岩石单轴饱和抗压强度(R C)。
R C应采用实用测值。
当无条件取得实测值时,也可采用实测的岩石点荷载强度指数(IS(50))的算值,并按下式换算:RC=22.82I(3.4.1)3.4.2岩石单轴饱和抗压强度(R C)与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系,可按表3.4.2表确定。
R C与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系表3.4.23.4.3 岩体完整程度的定量指标,应采用岩体完整性指数(K v)。
K v应采用实测值。
当无条件取得实测值时,也可用岩体体积节理数(Jv ),按表3.4.3确定对应的Kv值。
J v与K v对照表表3.4.33.4.4岩体完整性指数(K v)与定性划分的岩体完整程度的对应关系,可按表3.4.4确定。
K v与定性划分的岩体完整程度的对应关系表3.4.43.4.5 定量指标K v、J v的测试,应符合本标准附录A的规定。
工程岩体分级标准(四)4岩体基本质量分级4.1基本质量级别的确定4.1.1岩体基本质量分级,应根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标(BQ)两者相结合,按表4.1.1确定。
岩体块度指数及其工程意义胡卸文1,钟沛林2,任志刚3(1.西南交通大学土木工程学院;2.四川省地质环境监测总站;3.国家电力公司成都勘测设计研究院)摘要:根据《水利水电工程地质勘察规范》中对岩体结构的分类标准,提出了岩体块度指数的概念,将实测岩芯长度按3~10cm、10~30cm、30~50cm、50~100cm和大于100cm等5级岩芯长度,获得率进行加权平均,综合表征岩体块度特征及结构类型。
通过大量实测资料证明岩体块度指数在一定程度上能反映岩体的完整性与相应力学性质的变化特点。
比岩石质量指标更能准确地反映岩体块度及其结构特征,其工程意义更为显著。
关键词:岩体结构;岩石质量指标;块度基金项目:西南交通大学科学研究基金资助项目(1999XM15)作者简介:胡卸文(1963-),男,博士,西南交通大学教授,博士生导师,从事工程地质、环境地质及岩土工程的教学和研究。
岩体结构是制约岩体力学特征、影响岩体质量的重要控制因素[1-4],对以随机硬质构造节理控制的岩体(如玄武岩、花岗岩等)尤其如此。
常规表征岩体结构特征最常用的指标当属岩石质量指标(RQD)[5],该指标具有测试简便、直观明了的特点。
目前工程建设尤其是水利水电系统使用极为普遍,且在各种规范中作为特征指标使用。
但是随着人们对岩体结构认识的日益深入,对Deere提出的该指标是否能真正反映岩体结构特征表示了质疑[6-9]。
从定义上不难看出,RQD只将完整岩芯分为大于10cm和小于10cm两段,显然这对于客观评价岩体完整性过于粗略。
例如,同样是RQD=90%的岩体,其块度可以是大于10cm的任意尺寸,如可以是10~20cm,也可以是大于60cm,甚至大于100cm,而这些状况下的RQD相同,但仔细比较可以发现,它们的完整性存在极大的差别。
针对此状况,陈德基(1979)[6]提出块度模数的概念,用以表征不同尺寸块体组合及其出现的概率优势,具体表达式为M k=A k×[(A1+2A2+3A3+4A4+5A5)/100] (1)式中:M k为岩体块度模数;A1、A2、A3、A4和A5为由0.01~1.0m2各级块度所占百分数;A k为裂隙性状系数,可根据裂隙充填及胶结程度确定。
工程岩体分级标准GB502182术语、符号2术语、符号2.1 术语2.1.1 岩石工程rock engineeting以岩体为工程建筑物地基或环境,并对岩体进行开挖或加固的工程,包括地下工程和地面工程。
2.1.2 工程岩体engineering rock mass岩石工程影响范围内的岩体,包括地下工程岩体、工业与民用建筑地基、大坝基岩、边坡岩体等。
2.1.3 岩体基本质量rock mass basic quality岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性,岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度所决定。
2.1.4 结构面sructural plane(discontinuity)岩体内开裂的和易开裂的面,如层面、节理、断层、片理等,又称不连续面。
2.1.5 岩体完整性指数(Kv)(岩体速度指数)intactess index of rock mass(velocity index of rock mass)岩体弹性纵波速度与岩石弹性纵波速度之比的平方。
2.1.6 岩体体积节理数(Jv)volumetric joint count of rock mass单体岩体体积内的节理(结构面)数目。
2.1.7 点荷载强度指数(Is(50))pointloadstrengthindex直径50mm圆柱形试件径向加压时的点荷载强度。
2.1.8 地下工程岩体自稳能力(stand-up time of rock mass for underground excavation)在不支护条件下,地下工程岩体不产生任何形式破坏的能力。
2.1.9 初始应力场initial stress field在自然条件下,由于受自重和构造运动作用,在岩体中形成的应力场,也称天然应力场。
2.2 符号。
工程岩体质量指标
工程岩体质量指标是衡量岩石工程质量的标准和指标。
具体包括:1. 岩体强度:岩体强度是评估岩石工程质量的重要指标之一,它反映了岩石的抗压、抗剪等力学性能。
通常使用岩石的抗压强度、抗剪强度等参数来表示。
2. 岩体稳定性:岩体稳定性是岩石工程质量的关键指标,它主要包括岩体的岩体结构稳定性和岩体的自然稳定性。
岩体结构稳定性指的是岩体内部的组织和结构的稳定性,自然稳定性指的是岩体在自然条件下的稳定性。
3. 岩体均质性:岩体均质性是评估岩石工程质量的重要指标之一,它反映了岩石内部的组织结构是否均匀。
岩体均质性好,岩石的工程性能通常也相对较好。
4. 岩体结构:岩体结构是指岩石中各种裂隙、节理、层理等结构构造。
岩体结构对岩石的工程性能具有重要影响,合理的岩体结构可以提高岩石的强度和稳定性。
5. 岩体的渗透性:岩体的渗透性是评估岩石工程质量的重要指标之一,它反映了岩石对水、气等流体的渗透性能。
可用渗透系数、渗透率等参数来表示。
综上所述,工程岩体质量指标包括岩体强度、岩体稳定性、岩体均质性、岩体结构和岩体的渗透性等指标。
不同的工程需要根据具体情况来评估和选择合适的岩体质量指标。
岩石坚硬程度的定量指标
(实用版)
目录
1.岩石坚硬程度的定量指标的重要性
2.岩石单轴饱和抗压强度(Rc)的定义和作用
3.工程岩体分级标准中岩石坚硬程度的评价方法
4.岩石坚硬程度的定性划分
5.结论
正文
岩石坚硬程度的定量指标在岩石工程中具有重要意义。
岩石的坚硬程度直接影响到工程建设的难度、工程成本以及工程的安全性。
在众多的岩石指标中,岩石单轴饱和抗压强度(Rc)被广泛应用于岩石坚硬程度的定量评价。
岩石单轴饱和抗压强度(Rc)是指岩石在饱和状态下,抵抗轴向压力的能力。
这一指标既反映了岩石的硬度,也反映了岩石的脆性。
在实际应用中,Rc 常常作为划分岩石硬度等级的重要依据。
在我国工程岩体分级标准中,岩石的坚硬程度是采用饱和单轴抗压强度进行评价的。
根据岩石的饱和单轴抗压强度,岩石可以被划分为不同的硬度等级,这样可以为工程建设提供重要的参考依据。
除了定量评价,岩石坚硬程度还可以进行定性划分。
定性划分主要根据岩石的锤击声、回弹情况、震手感等因素进行判断。
例如,硬质岩的锤击声清脆,有回弹,震手,基本无吸水反应;较硬岩的锤击声较清脆,有轻微回弹,稍震手,吸水反应不明显等。
总之,岩石坚硬程度的定量指标在岩石工程中具有重要作用,可以指导工程建设的实践。
1岩石的工程分级及意义岩石的工程分级是从岩石的工程表现出发,对岩石的一种定量区分,其目的是正确的进行工程设计,合理的选用施工方法及施工机械,工具和器材,准确的制定生产定额和材料消耗定额2什么叫做炸药的氧平衡井下施工为什么选用零氧平衡氧平衡指的是炸药内含氧量与充分氧化可燃元素所需氧量之间的关系零氧平衡指的是k=0即当炸药中的氧恰好能完全氧化可燃元素,零氧平衡炸药的氧和可燃元素都得到充风利用,能释放出大量热量,而不会产生有毒气体3、巷道断面设计的内容与步骤?巷道是井下生产的动脉,巷道断面设计合理与否,直接影响煤矿生产的安全生产和经济效益。
主要内容:断面形状设计和参数确定。
步骤:选择巷道断面形状——确定巷道净断面尺寸——风速验算——设计巷道掘进断面尺寸(根据支护参数与道床参数)——计算巷道掘进断面尺寸(按允许的超挖值——布置水沟与管缆——绘制巷道断面施工图——编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。
4道施工监测的目的是什么?监测的主要内容、手段有哪些?施工监测的主要目的在于为巷道支护设计提供依据;监测巷道围岩状态,控制围岩变形;监测支护效果,确定二次支护时间等。
施工过程中需要监测的主要信息有围岩表面及深部位移、应力变化、围岩与衬砌之间的接触压力、衬砌内部的应力、顶板离层、锚杆(索)受力等。
在松软岩层巷道施工监测过程中,可用收敛计测量巷道的收敛变形;用水准仪测量顶板下沉量和底鼓量;用各种多点式位移计测量岩层内不同深度的位移,从而可以算出位移速度。
5掘进面的防尘措施有哪些?湿式打眼、水炮泥、放炮喷雾、冲刷巷帮、净化风流、转载点喷雾、掘进机内外喷雾、除尘风机、潮料喷浆、个人防护6常用锚杆结构例行有哪些1钢筋和钢丝绳砂浆锚杆2金属倒楔试式锚杆3木锚杆4树脂锚杆5快硬水泥锚杆6快硬膨胀水泥锚杆7管缝式锚杆8树脂预应力锚索支护7立井延生的目的是什么主要方法有哪些目的;保证新水平建设按期进行,实现水平间正常持续和避免浪费方法;1利用辅助水平延深井筒2利用衍深间延深井筒3利用反井延深井筒2巷道的净断面、设计掘进断面和计算掘进断面有何区别?巷道净断面是支护之后的断面,必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要。
岩体块度指数岩体块度指数(RBI )是表征岩体块度大小及其结构类型的一个综合指标.它反映了组成岩体的块度 (尺寸)大小及其相互组台关系。
岩体块度指数是基于钻孔岩芯不同长度完整情况所占的百分数。
RQD 仅计算10cm 以上的岩芯的长度占整个钻孔的长度的百分数,显然对于多节理化的岩体描述是不够准确的。
例如某一钻孔完整岩芯10cm 长度以上的岩芯占100%与50cm 以上的占100%的相同岩性的两种岩体,显然在结构上是大不相同的。
因此,RBI 对此进行了改进,定义为在平硐或钻孔中将实测岩芯长度按 3~10cm 、10~30cm 、30~50cm 、50~100cm 和大于100cm 的岩芯获得率作为权值,与各自相应系数乘积的累汁值.其计算表达式如下:3103031030r r r RBI C C C =⨯+⨯+⨯5010050100r r C C +⨯+⨯ (20)式中:C r 3、C r 10、C r 30、C r 50、C r 100、分别为岩芯长度 3~10cm 、10~30cm 、30~50cm 、50~100cm 、大于100cm 的岩芯获得率 ,以百分数表示,视为权值;3、10、30、50、100为常数。
结合表1中GSI 的关于岩体结构的内容侧重点,RBI 对岩体结构的相应表达,如表2所示。
表2 岩体结构的RBI 描述Table 1 Expression for rock-mass structure type by RBI结构类型RBI 岩体特征 层状镶嵌结构 30~10 较完整,没有或部分扰动. 一般发育3组结构面, 结构面间距为30~50cm镶嵌结构 10~3 完整性差,大部分受到扰动. 岩体破碎,但岩块镶嵌紧密,通常发育3~4组结构面,结构面间距一般为10~30cm破碎结构3~1 岩体破碎,被充分扰动,呈碎裂状或薄层状,结构面很发育,间距一般小于10cm 散体结构 1~0 岩体极破碎,被极度扰动,呈松散状,岩块,角砾夹碎岩屑。
岩体质量指标引言岩体质量指标是指评估岩石围岩质量的一种方法,对于工程建设、矿山开采等领域具有重要意义。
本文将从岩体质量指标的定义、分类、评价方法和应用等方面进行探讨,以期全面了解岩体质量指标的相关知识。
定义岩体质量指标是指对岩石围岩质量特征进行定量描述和评价的指标体系。
它是通过对岩石围岩的物理力学性质、结构特征、变形行为等进行研究,以定量化的方式反映岩体的稳定性、强度、变形性质等方面的特征。
分类岩体质量指标可以根据不同的研究目的和应用领域进行分类。
根据评价对象的不同,可以分为宏观岩体质量指标和微观岩体质量指标两类。
宏观岩体质量指标宏观岩体质量指标是指对整个岩体的质量特征进行评价的指标体系。
它主要从岩体的整体力学性质、结构特征、岩体的稳定性等方面进行评价。
微观岩体质量指标微观岩体质量指标是指对岩体内部微观结构和组成特征进行评价的指标体系。
它主要从岩石颗粒的大小、形状、组成、岩石中的裂缝、节理等方面进行评价。
评价方法评价岩体质量指标的方法多种多样,常用的方法有实地调查、室内试验和数值模拟等。
实地调查是评价岩体质量指标的重要方法之一。
通过对岩体的观察、测量和采样等,获取岩体的物理力学性质、结构特征等数据,从而进行岩体质量指标的评价。
实地调查的步骤包括:1.岩体观察:观察岩体的岩性、构造、裂缝、节理等特征;2.岩体测量:测量岩体的倾角、倾向、裂缝的宽度、间距等参数;3.岩体采样:采集岩体样品进行室内试验。
室内试验室内试验是评价岩体质量指标的重要手段之一。
通过对岩体样品进行室内试验,可以获取岩体的物理力学性质、变形行为等数据,从而进行岩体质量指标的评价。
室内试验的步骤包括:1.岩石样品制备:将采集到的岩石样品进行切割、研磨等处理;2.物理力学试验:进行岩石的抗压强度、抗拉强度、弹性模量等试验;3.变形行为试验:进行岩石的压缩试验、拉伸试验、剪切试验等。
数值模拟数值模拟是评价岩体质量指标的一种辅助手段。
通过建立岩体的数值模型,利用计算机进行模拟计算,可以预测岩体的稳定性、强度等指标。
岩质边坡设计计算时经常用到的两个参数:粘聚力c,内摩擦角φ。
岩块的粘聚力c,内摩擦角φ可以直接通过直剪、单轴压缩或三轴压缩试验确定,岩体的粘聚力c,内摩擦角φ如何确定呢???《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002第4.5.4条规定:岩体内摩擦角可由岩块内摩擦角标准值按岩体裂隙发育程度乘以表4.5.4所列的折减系数确定。
表4.5.4 边坡岩体内摩擦角折减系数边坡岩体特性内摩擦角折减系数裂隙不发育 0.90~0.95裂隙较发育 0.85~0.90裂隙发育 0.80~0.85碎裂结构 0.75~0.80这里只给出了边坡岩体内摩擦角的折减系数,而没有提到岩体粘聚力的折减问题。
只有内摩擦角没有粘聚力怎么计算呢?后面的4.5.5条给出了等效内摩擦角的估算方法,用等效内摩擦角自然就不需要用粘聚力。
既然这样,4.5.4条的规定又有什么意义呢???danuel朋友上传的《三峡库区三期地质灾害防治重庆市江北区陈家馆危岩规划勘查报告》4.1.2.1岩体性质指标的标准值一节中提到“根据《工程地质勘察规范》DB50/5005-1998第8.3.1和第8.3.3有关规定:岩石物理指标标准值可视为岩体物理指标标准值;岩体内摩擦角标准值可由岩石内摩擦角标准值根据岩体完整性乘以0.80~0.95的折减系数确定;岩体粘聚力标准值由岩石粘聚力标准值乘以0.20~0.30的折减系数确定。
”我手头没有重庆市地方标准《工程地质勘察规范》DB50/5005-1998因此没有查到其原文,不过从筑龙上下到了重庆地标《工程地质勘察规范》D B50/5005-1998的升级替代版本重庆地标《工程地质勘察规范》DBJ50-04 3-2005。
在重庆地标《工程地质勘察规范》DBJ50-043-2005中我没有找到关于由岩块粘聚力和内摩擦角折减估算岩体粘聚力和内摩擦角的内容。
地方规范,不具有通用性,只能参考,1998已经废止,2005中删除了想关的内容,也没有添加新的规定。
岩体完整性的含义及测量技术1 引言岩体基本质量是岩体所固有的,影响工程岩体稳定性的最基本属性。
因此岩体基本质量评价与分级一直是勘察、设计、施工及科研人员共同关注的重要课题。
而岩体基本质量的优劣取决于构成岩体结构特性的内在因素,而岩体完整性是起控制性作用的因素之一。
岩体完整性是指岩体内以裂隙为主的各类地质界面的发育程度,是岩体结构的综合反映,取决于结构面切割程度、结构体大小以及块体间结合状态等因素,是岩体工程中采用的概括性指标。
因此,如何既科学又方便地评价工程岩体的完整性对岩石工程建设意义十分重大。
2 岩体完整程度评价岩体的完整性,即岩体在遭受构造运动和浅表生改造后的完整程度。
岩体的完整性有两层含义: 第1 层含义是几何(宏观形态) 完整性,即从结构面发育程度出发来衡量的、肉眼可以看到的岩体完整程度,表征的指标有裂隙间距D、岩体体积节理数J v 、岩石质量指标RQD;第2 层含义是力学(工程) 完整性(似完整性) ,即撇开肉眼的完整性判断,从岩体满足工程荷载的力学需求的角度来评价的岩体完整性,表征的指标主要有岩体体积节理数J v、岩体完整性系数Kv 等。
岩体完整程度采用定性划分和定量指标两种方法确定。
2.1定性评价定性评价标准就是根据岩体的几何宏观形态,从结构面发育程度出发来衡量岩体的完整性。
根据国标GB50218-94及其条文说明按照表1对岩体整体性进行定性划分。
表1 岩体完整程度定性划分注:平均间距指主要结构面(1~2组)间距的平均值。
2.2定量评价目前国内外用以表征岩体完整性的指标较多,获取这些指标的方法主要有3 类;①弹性波测试法,基于此法的评价指标有岩体完整性指数K v 等;②岩芯钻探法,基于该法的评价指标有岩石质量指标RQD 、单位岩芯裂隙数等;③结构面统计法,基于此法的评价指标有岩体体积节理数J v 、平均节理间距d p 等。
这些评价方法各有优缺,且多数评价指标仅是从某一侧面反映了岩体的完整程度。
岩体块度指数岩体块度指数(RBI )是表征岩体块度大小及其结构类型的一个综合指标.它反映了组成岩体的块度 (尺寸)大小及其相互组台关系。
岩体块度指数是基于钻孔岩芯不同长度完整情况所占的百分数。
RQD 仅计算10cm 以上的岩芯的长度占整个钻孔的长度的百分数,显然对于多节理化的岩体描述是不够准确的。
例如某一钻孔完整岩芯10cm 长度以上的岩芯占100%与50cm 以上的占100%的相同岩性的两种岩体,显然在结构上是大不相同的。
因此,RBI 对此进行了改进,定义为在平硐或钻孔中将实测岩芯长度按 3~10cm 、10~30cm 、30~50cm 、50~100cm 和大于100cm 的岩芯获得率作为权值,与各自相应系数乘积的累汁值.其计算表达式如下:3103031030r r r RBI C C C =⨯+⨯+⨯5010050100r r C C +⨯+⨯ (20)式中:C r 3、C r 10、C r 30、C r 50、C r 100、分别为岩芯长度 3~10cm 、10~30cm 、30~50cm 、50~100cm 、大于100cm 的岩芯获得率 ,以百分数表示,视为权值;3、10、30、50、100为常数。
结合表1中GSI 的关于岩体结构的内容侧重点,RBI 对岩体结构的相应表达,如表2所示。
表2 岩体结构的RBI 描述Table 1 Expression for rock-mass structure type by RBI结构类型RBI 岩体特征 层状镶嵌结构 30~10 较完整,没有或部分扰动. 一般发育3组结构面, 结构面间距为30~50cm镶嵌结构 10~3 完整性差,大部分受到扰动. 岩体破碎,但岩块镶嵌紧密,通常发育3~4组结构面,结构面间距一般为10~30cm破碎结构3~1 岩体破碎,被充分扰动,呈碎裂状或薄层状,结构面很发育,间距一般小于10cm 散体结构 1~0 岩体极破碎,被极度扰动,呈松散状,岩块,角砾夹碎岩屑。
岩体块度指数及其工程意义胡卸文1,钟沛林2,任志刚3(1.西南交通大学土木工程学院;2.四川省地质环境监测总站;3.国家电力公司成都勘测设计研究院)摘要:根据《水利水电工程地质勘察规范》中对岩体结构的分类标准,提出了岩体块度指数的概念,将实测岩芯长度按3~10cm、10~30cm、30~50cm、50~100cm和大于100cm等5级岩芯长度,获得率进行加权平均,综合表征岩体块度特征及结构类型。
通过大量实测资料证明岩体块度指数在一定程度上能反映岩体的完整性与相应力学性质的变化特点。
比岩石质量指标更能准确地反映岩体块度及其结构特征,其工程意义更为显著。
关键词:岩体结构;岩石质量指标;块度基金项目:西南交通大学科学研究基金资助项目(1999XM15)作者简介:胡卸文(1963-),男,博士,西南交通大学教授,博士生导师,从事工程地质、环境地质及岩土工程的教学和研究。
岩体结构是制约岩体力学特征、影响岩体质量的重要控制因素[1-4],对以随机硬质构造节理控制的岩体(如玄武岩、花岗岩等)尤其如此。
常规表征岩体结构特征最常用的指标当属岩石质量指标(RQD)[5],该指标具有测试简便、直观明了的特点。
目前工程建设尤其是水利水电系统使用极为普遍,且在各种规范中作为特征指标使用。
但是随着人们对岩体结构认识的日益深入,对Deere提出的该指标是否能真正反映岩体结构特征表示了质疑[6-9]。
从定义上不难看出,RQD只将完整岩芯分为大于10cm和小于10cm两段,显然这对于客观评价岩体完整性过于粗略。
例如,同样是RQD=90%的岩体,其块度可以是大于10cm的任意尺寸,如可以是10~20cm,也可以是大于60cm,甚至大于100cm,而这些状况下的RQD相同,但仔细比较可以发现,它们的完整性存在极大的差别。
针对此状况,陈德基(1979)[6]提出块度模数的概念,用以表征不同尺寸块体组合及其出现的概率优势,具体表达式为M k =Ak×[(A1+2A2+3A3+4A4+5A5)/100] (1)式中:Mk 为岩体块度模数;A1、A2、A3、A4和A5为由0.01~1.0m2各级块度所占百分数;Ak为裂隙性状系数,可根据裂隙充填及胶结程度确定。
块度模数先后在三峡等水电工程中得到应用,但它是基于地表露头或平硐硐壁量测各级块度出露的面积后,再按公式计算得出的。
而对于仅有钻孔揭示的岩体就不适用,而且Ak的选取带有主观性,普遍适用性受到限制。
同时,刘克远(1990)[7-9]在对二滩坝基岩体质量分类中也提出了岩体块度系数Jcm的概念,其计算式为J cm =10×Cr10+20×Cr20+60×Cr60(2)式中:Cr10、Cr20、Cr60分别为岩芯长度10~20cm、20~60cm和大于60cm的岩芯获得率,以百分数表示,视为权值;10、20、60为常数。
上述完整岩芯长度的分级是参考国际岩石力学学会推荐的节理间距分级标准而定的,但较为遗憾的是,该指标未能与现行国标所确定的岩体结构类型相互有机地联系起来。
1 岩体块度指数(RBI)的概念及其物理意义借鉴刘克远等提出的岩体块度系数概念,根据国标《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)[10]中对岩体结构分类标准,下面提出岩体块度指数(RBI)的定义,即在平硐或钻孔中将实测岩芯长度按3~10cm、10~30cm、30~50cm、50~100cm和大于100cm的岩芯获得率作为权值,与各自相应系数乘积的累计值,用公式表示为:RBI=3×Cr3+10×Cr10+30×Cr30+50×Cr50+100×Cr100(3)式中:Cr3、Cr10、Cr30、Cr50、Cr100分别为岩芯长度3~10cm、10~30cm、30~50cm、50~100cm、大于100cm的岩芯获得率,以百分数表示,视为权值;3、10、30、50、100为常数。
显然,岩体块度指数RBI是表征岩体块度大小及其结构类型的一个综合指标。
它反映了组成岩体的块度(尺寸)大小及其相互结合关系。
正如前言中所提,同样是ROD=90%的岩体,其块度可以是10~30cm以镶嵌结构为主的,也可以是30~50cm次块状结构为主的,还可以是50~100cm块状结构的,甚至全是大于100cm整体状结构的,而显然这些具有同等RQD值的岩体,RBI值是不相同的,从镶嵌结构至整体状结构,RBI由小到大,这表明RBI比RQD更能准确反映岩体结构特点。
通过上述表达式,可知RBI最大值为100,也即表示完整岩芯长度均大于100cm,是一种典型的整体状结构。
因此在相同RQD下,RBI越大,则岩体完整性也越好。
这表明RBI有其显著的物理意义,每一类岩体结构都具有界定的RBI 范围值(表1),从这个意义上讲,RBI是对RQD的改进和补充。
另外尚值得一提的是,野外在平硐或钻孔中对岩芯长度的统计,均是在风化卸荷或按岩体结构类型分段的基础上进行的。
因此从分布概率上讲,以整体结构为主的岩体,其岩芯尺寸相应主要以大于100cm和部分50~100cm为主,而出现小于50cm岩芯的概率就很小,更不可能会出现小于10cm岩芯;同样以碎裂结构为主的岩体,显然出现大于30cm岩芯的概率就很小,而以小于10cm为主。
所以表1中各岩体结构类型与相应的RBI,其对应关系是非常密切的。
如果野外平硐或钻孔某一段岩芯获得率Cr3、Cr10、Cr30、Cr50、Cr100分别均为20%,据式(3),得RBI=38.6,结合表1描述应为块状结构,似乎结构类型与岩芯尺寸相矛盾。
但实际上,按前述原则,对平硐或钻孔在已进行岩体结构类型分段的情况下,各种尺寸的岩芯同时出现且均为20%,是完全不可能的。
表1 岩体结构类型及其相应的岩体块度指数RBI岩体结构类型岩体结构特征 RBI 整体状结构(巨厚层状结构)岩体极完整,呈巨块状或巨厚块状,结构面不发育,间距>100cm50~100 块状结构 (厚层状结构) 岩体完整,呈块状或厚层状,结构面轻度发育,一般发育1~2组,间距一般100~50cm30~50 冰块状结构(中厚层状结构) 岩体较完整,呈次块状或中厚层状,结构面中等发育,一般发育2~3组,间距一般50~30cm. 10~30镶嵌结构 (互层状结构) 岩体较破碎或完整性差,岩块镶嵌紧密或呈互层状,结构面较发育或发育,一般发育3~4组,间距一般30~10cm.3~10 碎裂结构 (薄层状结构)岩体破碎,呈碎裂状或薄层状,结构面很发育,间距一般<10cm 1~3 散体结构 岩体极破碎,呈松散状,岩块、角砾夹岩屑或泥质物。
<12 岩体块度指数(RBI)的工程意义如上所述,作为综合表征岩体块度大小及其结构特征的指标,RBI 必然有其广泛的工程实用意义,因此它在一定程度上能反映岩体的完整性与相应力学性质(如变形模量)等的变化特点。
下面以某水电工程坝区岩体为例,对岩体变形试点部位实测的岩体块度指数RBI 与其相应的岩石质量指标RQD 、岩体完整性系数K V 和岩体变形模量E 0等作相关分析。
2.1 RBI 与RQD 的相关分析 尽管RQD 只是反映尺寸>10cm 的岩体块度大小,而RBI 则是各种岩块尺寸大小的综合表征值,但两者必然存在某种相关关系。
从对近50个试点的资料进行分析,表明两者之间的相关式为RBI=0.873e 0.041RQD ,r=0.961(4) 另外从图1还可看出以下特点:总体上看,RBI 与RQD 之间具很好的相关性,但从两者所显示的呈指数变化关系,则又说明RBI与RQD 的对应性上有一定差别,即当RQD <90%时,RBI 与RQD 两者之间对应关系较好;但当RDQ >90%时,这时RBI 与RQD 之间的对应关系就相对差了许多。
例如同样是RQD=90~100%,但对应的RBI 可以从30变化至85.这也表明,当岩体块度较大,即相应岩体结构类型为块状至整体(块)状时,RQD 所表征的只是>90%,但反映不出具体的块度尺寸(裂隙 图1 RBI-RQD 关系曲线间距大小),而这时RBI就能很好地反映块度大小。
这表明,在表征较好岩体结构类型(相当于次块状结构以上)时,RQD是存在很大不足的,因此用RBI表征岩体结构类型要比RQD优越和合理的多。
2.2 RBI与KV的相关分析作为反映岩体完整性及紧密程度的表征指标,岩体完整性系数KV如同RQD,也与RBI存在某种相互关系。
但应该提及的是,按现行规范,由于KV 是通过实测岩体纵波波速VP与其相应新鲜岩块纵波波速VP0之比的平方获取的,而且岩体的VP是和岩性、岩体结构、赋存围压等众多因素密切相关的,为了尽可能消除岩性及赋存围压带来的影响,并考虑相近的地应力环境条件下,对相同岩性的试点部位,即近50个试点部位岩体的RBI与KV进行相关分析,可得如下关系式KV=0.187RBI0.403,r=0.840 (5)从图2可以看出,在RBI<80范围内,KV与RBI两者呈幂指数正相关关系,KV随RBI的增加而增大,两者有较好的相关性,尽管相关系数较低,但它确实揭示了RBI与KV在相同地应力环境条件下,表征岩体完整程度的一致性。
2.3 RBI与E0的相关分析作为岩体力学参数之一的变形模量E,同样与岩体结构、风化状况以及赋存应力状态等因素有关,尤其是岩体结构,因此E与RBI之间也会存在相关关系。
与RBI~KV相关性分析相似,在考虑相近地质环境条件下,对E0和RBI作相关分析,图3显示出,E与RBI呈线性正相关关系,即E也随RBI的增加而增大,两者的相关式为图2 K V-RBI关系曲线图3 E0-RBI关系曲线E=4.03+0.45RBI,r=0.868 (5) 上述相关式表明,RBI作为一个表征岩体结构(块度)特征的综合性指标,不仅能表示岩体块度大小,具有普通的适用性和可操作性,而且对定量分析岩体物理力学参数的变化特点,都具有明显的工程实用价值。
3 结论(1)根据水电规范对岩体结构类型确定的裂隙间距,并通过数学表达式得出的岩体块度系数RBI不仅能如实反映岩体块度大小,而且比RQD更为合理和准确。
(2)通过对某水电工程有代表性的现场岩体变形点试验资料,分别对RBI与RQD、K V 和E等作相关分析,表明上述指标间都存在较好的相关关系,这也显示出RBI有其普遍的适用性和较强的可操作性。
(3)根据有足够代表性试验资料而建立的E与RBI相关式,不仅为岩体变形参数提供了另一种取值思路,它从岩体结构的定量变化上反映其力学参数的变化规律,而且对今后施工过程中对开挖部位岩体快速获取变形模量具重要的借鉴和指导价值。