一种确定围岩等级的方法与流程

1.本发明涉及综合管廊工程领域，具体地涉及一种确定围岩等级的方法。


背景技术：

2.围岩类型分级是山区地下洞室最重要的设计参数之一，围岩类别的分级直接关系到设计支护方案和施工的投入成本，甚至关系到工程能否成功实施，所以一直以来都受到国内外地下工程界的广泛关注。
3.隧洞围岩类型分级是在岩石强度指标和岩体完整性指标的基础进行判定的，目前，国内外关于围岩类型分级方法多达上百种，国内水利、公路、铁路、城市轨道等行业对隧洞围岩类型判别均有不同规定，大致可分为定性分级和定量分级两大类。
4.对工程建设而言，隧洞围岩类型分级主要体现在勘察期和施工期两个阶段。勘察期通过地质测绘、钻探、工程物探、原位测试、水文试验及室内试验等多种勘探手段对隧洞围岩的岩石强度、完整性程度、结构面状态及产状、地下水状态等诸方面进行详细分析，进行定量判定。
5.而施工期基本上采用的是定性分级法，综合分析施工开挖的隧洞拱顶、侧壁及掌子面等的地质条件，依靠专业地质技术人员的工程经验进行综合判定，复核前期勘察判定围岩类别，并及时进行更正。
6.定性分级在工程运用中具有概念明确、可操作性强的突出优点，但实际操作中需要技术人员具备专业的地质知识和丰富的工程经验；定量分级具有准确度高的优点，但却需要投入综合的勘探技术手段，勘探成本高，用时长，而且不能快速得到相关数据。因此亟需一种快速准确的查清岩石强度和岩体完整性的方式，进而为围岩类型分级提供依据。


技术实现要素：

7.本发明实施例的目的是提供一种确定围岩等级的方法，通过该方法能够准确的对岩石强度及岩体完整性进行划分，对野外条件要求不高，能快速地获得岩体资料，为勘察期和施工期山区综合管廊围岩类型分级的划分提供定量评价依据。
8.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种确定围岩等级的方法，所述方法包括：确定勘察期岩体特征，进行围岩分级；确定施工期岩体特征，复核验证所述围岩分级；所述岩体特征包括：岩石强度，岩体完整性，岩石风化程度。
9.可选的，所述确定勘察期岩体特征包括：测定勘察期岩石的回弹值，确定所述勘察期的岩石强度；测定声波值，确定所述勘察期的岩体完整性；根据所述回弹值与声波值，确定所述勘察期的岩石风化程度；依据水利工程勘察规范，进行所述围岩分级。
10.可选的，通过对岩芯进行回弹测试取得所述勘察期岩石的回弹值r
k
。
11.可选的，根据以下公式确定所述勘察期岩石的回弹值r
k
：
12.[0013][0014][0015][0016]
r
k
＝γ
s
r
m
[0017]
其中，r
i’为回弹测试测得的回弹值，r
m
为平均回弹值，δ
f
为回弹值的标准差，δ为回弹值的变异系数，γ
s
为统计修正系数。
[0018]
可选的，通过声波测试取得所述声波值。
[0019]
可选的，所述确定施工期岩体特征包括：测定施工期岩石的回弹值，确定所述施工期的岩石强度；量测节理裂隙，确定所述施工期的岩体完整性；通过定性观察确定所述施工期的岩石风化程度；依据水利工程勘察规范，复核验证所述围岩分级。
[0020]
可选的，通过对洞壁进行回弹测试取得所述施工期岩石的回弹值r
m’。
[0021]
可选的，根据以下公式确定所述施工期岩石的回弹值r
m’：
[0022][0023]
其中，r
i’为回弹测试测得的回弹值。
[0024]
可选的，所述量测节理裂隙包括：量测隧洞洞顶、洞壁的节理裂隙条数，以及理裂隙产状、延伸长度、宽度、充填物。
[0025]
通过本申请的技术方案，能够准确的对岩石强度及岩体完整性等进行划分，对野外条件要求不高，能快速地获得岩体资料，为勘察期和施工期山区综合管廊围岩类型分级的划分提供定量评价依据。
[0026]
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0027]
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
[0028]
图1是本发明实施例提供的确定围岩等级的方法的流程图；
[0029]
图2是本发明实施例提供的岩石强度分类表；
[0030]
图3是本发明实施例提供的声波值与岩体完整性的关系表；
[0031]
图4是本发明实施例提供的节理裂隙条数与岩体完整性的关系表；
[0032]
图5是本发明实施例提供的节理裂隙状态与岩体完整性的关系表；
[0033]
图6是本发明实施例提供的围岩分级表(水利工程勘察规范)。
具体实施方式
[0034]
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
[0035]
本发明实施例提供一种确定围岩等级的方法，如图1所示，所述方法包括：
[0036]
步骤s100：确定勘察期岩体特征，进行围岩分级；
[0037]
所述岩体特征包括：岩石强度，岩体完整性，岩石风化程度。
[0038]
所述勘察期的岩石强度可以通过工程中任意一种强度测量方式确定，优选的，所述勘察期的岩石强度可以通过测定勘察期岩石的回弹值r
k
确定。具体的，可以通过对岩芯进行回弹测试，测得回弹值r
i’，根据式1求出平均回弹值r
m
，根据式2求出回弹值的标准差δ
f
，根据式3求出回弹值的变异系数δ，根据式4求出统计修正系数γ
s
，最后根据式5求出回弹值的标准值r
k
。
[0039]
可以通过表征回弹值和单轴饱和抗压强度之间关系的测试取值程序进行数据分析，将回弹值转化成单轴饱和抗压强度，优选的，可以采用matlab，利用测试取值程序，对回弹值和单轴饱和抗压强度进行指数函数关系拟合，确定单轴饱和抗压强度的取值。通过如图2所示的岩石强度分类表，根据单轴饱和抗压强度的大小关系可以确定岩石的强度。
[0040][0041][0042][0043][0044]
r
k
＝γ
s
r
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5
[0045]
在一个具体实施例中，通过对岩芯进行回弹测试，获得勘察期岩石的回弹值r
k
的步骤如下：
[0046]
(1)采用zc3
‑
a型回弹仪在钻探取出的整孔岩芯上进行回弹测试，要求每10cm岩芯长度弹测一断面，每个断面均垂直交叉弹测4点，连续测得整孔岩芯的回弹值r
i
，剔除离散性较大的异常数值，并根据式1求出每20cm长度范围的平均回弹值r
m
。
[0047]
(2)根据式2求出回弹值的标准差δ
f
，再根据式3求出回弹值的变异系数δ，根据式4求出统计修正系数γ
s
，最后根据式5求出回弹值的标准值r
k
。
[0048][0049][0050][0051]
[0052]
r
k
＝γ
s
r
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5
[0053]
所述勘察期的岩体完整性可以通过工程中任意一种岩体完整性的判别方式确定，优选的，所述岩体完整性可以通过测定声波值确定，在一个具体实施例中，确定声波值的步骤如下：
[0054]
(1)向孔内放置检波器，在预定深度固定(气压固定，机械固定)在孔壁上；
[0055]
(2)测点布置：根据最小测试深度h
l
、测点间隔d
h
和测点个数n，可确定各测点的坐标h
i
，h
i
＝h
l
+(i
‑
l)d
h
(i＝1，2....n)；
[0056]
(3)激发：距钻孔口距离为d
x
处埋设一厚木板，用大锤分别锤击木板的两端，产生正、反向的剪切波；
[0057]
(4)接收：采用三分量检波器，在钻孔的不同深度h
i
处分别记录正反向剪切波的波形，检查记录波形的完整性及可判读性；
[0058]
(5)将孔内检波器移至下一测点，重复以上步骤；
[0059]
测量出所述声波值后，可以根据如图3所示的声波值与岩体完整性关系表，确定勘察期岩体的完整性。
[0060]
所述勘察期的岩石风化程度可以通过工程中任意一种岩石风化程度判别方式确定，优选的，可以根据所述回弹值、声波值与岩石风化程度的关系，确定所述勘察期的岩石风化程度，具体的，所述关系为：随着风化程度的降低，声波速度由小到大，强度由低到高，根据所述关系可以将岩石的风化程度划分为：未风化、微风化、中风化、强风化和全风化5个风化带。
[0061]
可选的，如图6所示为围岩分级表(水利工程勘察规范)，根据勘察期测定的所述岩石强度、岩体完整性以及岩石风化程度可以确定岩石的等级，需要说明的是，岩石等级的划分依据不限于岩石强度、岩体完整性以及岩石风化程度，还可以综合考虑岩体结构、构造影响程度，结构面发育情况和组合状态等影响围岩分级的因素，进一步划分岩石的等级。
[0062]
步骤s200：确定施工期岩体特征，复核验证所述围岩分级；
[0063]
所述岩体特征包括：岩石强度，岩体完整性，岩石风化程度。
[0064]
所述施工期的岩石强度可以通过工程中任意一种强度测量方式确定，优选的，所述施工期的岩石强度可以通过测定施工期岩石的回弹值r
m’确定，具体的，可以通过对洞壁进行回弹测试，确定回弹值r
i’，将所述数据代入以下公式，获得施工期岩石的回弹值r
m’。
[0065]
可以通过表征回弹值和单轴饱和抗压强度之间关系的测试取值程序进行数据分析，将回弹值转化成单轴饱和抗压强度，优选的，可以采用matlab，利用测试取值程序，对回弹值和单轴饱和抗压强度进行指数函数关系拟合，确定单轴饱和抗压强度的取值。如图2所示，根据单轴饱和抗压强度的大小关系可以确定岩石的强度。
[0066][0067]
在一个具体实施例中，通过对洞壁进行回弹测试，获得施工期岩石的回弹值r
m’的步骤如下：
[0068]
(1)采用zc3
‑
a型回弹仪在山区综合管廊侧两侧洞壁上进行回弹测试，要求山区综合管廊两侧每5m长度范围内有一回弹断面，每个断面至少有一个回弹测区，每个测区的回弹范围为1m
×
1m，至少回弹16个点，且均匀分布。
[0069]
(2)计算每个测区平均回弹值时，剔除3个最大值和3个最小值，根据式6将剩余的10个回弹值进行平均，求得rm’。
[0070][0071]
所述施工期的岩体完整性可以通过工程中任意一种岩体完整性的判别方式确定，优选的，所述施工期的岩体完整性可以通过量测节理裂隙确定，具体的，所述量测节理裂隙包括：量测隧洞洞顶、洞壁的节理裂隙条数，以及节理裂隙产状、延伸长度、宽度、充填物，根据图4与图5节理裂隙条数及节理裂隙状态与岩体完整性的关系表，可以确定所述施工期岩体的完整性。
[0072]
所述施工期的岩石风化程度可以通过工程中任意一种岩石风化程度判别方式确定，优选的，所述施工期的岩石风化程度可以通过定性观察确定，具体的：
[0073]
未风化：岩质新鲜，未见风化痕迹，锤击声清脆，岩块断口边锋利，用手摸有割手感。
[0074]
微风化：岩质新鲜，色泽光鲜，少见风化裂隙，锤击声清脆，岩块断口边锋利，用手摸有割手感。
[0075]
中风化：色泽暗沉，风化裂隙发育，裂隙面多为铁锰质渲染(黑色)，岩块断口用手摸无割手感，可刻划，具泥痕，锤击声哑。
[0076]
强风化：风化裂隙很发育，岩芯锤击易碎，岩块用手可扳断，风镐易挖掘，在岩土工程勘察或基桩钻芯法检测时，干钻不易钻进。
[0077]
全风化：岩芯呈硬土块状，用手可捏碎，铁镐易挖掘。
[0078]
可选的，如图6所示为围岩分级表(水利工程勘察规范)，根据施工期测定的所述岩石强度、岩体完整性以及岩石风化程度可以确定岩石的等级，需要说明的是，岩石等级的划分依据不限于岩石强度、岩体完整性以及岩石风化程度，还可以综合考虑岩体结构、构造影响程度，结构面发育情况和组合状态等影响围岩分级的因素，进一步复核验证所述岩石等级。
[0079]
通过本申请的技术方案，能够准确的对岩石强度及岩体完整性等进行划分，对野外条件要求不高，能快速地获得岩体资料，为勘察期和施工期山区综合管廊围岩类型分级的划分提供定量评价依据。
[0080]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0081]
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。