量化围岩等级的测试方法
【专利摘要】本发明提出了一种量化围岩等级的测试方法，该方法包括以下步骤：根据岩土工程需要，在开挖面围岩评价区域内选定测区；在所述测区内进行回弹试验以得到测区的平均回弹值，并根据测区的平均回弹值得到评价区域的特征回弹值；根据测得的评价区域的特征回弹值的大小得到围岩等级。该方法不仅在现场操作方便、快速，而且同一部位实际读数较为稳定，能够综合反映不同的地质构造条件和水文条件的影响，而且还可以反映施工开挖过程中围岩的演变程度。并且，这种方法可提出客观具体量化指标，在很大程度上排除主观因素的干扰，可作为岩土和地下工程施工过程中的对围岩分级快速校核及争议仲裁判断的量化依据。
【专利说明】
量化围岩等级的测试方法
技术领域
[0001]本发明涉及岩土和地下工程技术领域，尤其是涉及一种量化围岩等级的测试方 法。
【背景技术】
[0002 ]岩土体材料性能的现场快速确定，对现场岩土力学分析、工程动态设计和施工有 着重要意义，是研究岩土工程稳定、支护系统优化设计与施工方法合理优化的重要前提。在 各种性能参数中，最重要的是代表围岩质量的围岩等级。
[0003]现有阶段中，常采用RMR围岩分级法、Q围岩分级法和BQ围岩分级法等方法对围岩 进行分级。但是使用这些方法的时候，需要综合很多因素，非常复杂，难以在施工现场快速 获得。例如需要考虑岩石单轴抗压强度、RQD(岩体质量指标）、节理间距、节理状态、地下水 以及节理走向等多种因素。另外，现有的分类方法中，定性成分太多，并且很大程度上取决 于工程经验。这些方法适宜在岩土和地下工程施工之前，对工程区域岩土体进行宏观分级； 而在施工过程中，则上述方法就难以适应地质条件不断发生变化，要快速调整岩体分级以 及进行支护参数优化的需求了。
[0004]因此，就需要采用一种现场操作方便，能够快速量化确定围岩等级的简单易行的 测试方法。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种量化围岩等级的测试 方法。该测试方法能在现场操作，并且快速得到围岩的等级。
[0006] 根据本发明提出了一种量化围岩等级的测试方法，包括以下步骤：
[0007] 根据岩土工程需要，在开挖面围岩评价区域内选定测区；
[0008] 在所述测区内进行回弹试验以得到测区的平均回弹值，并根据测区的平均回弹值 得到评价区域的特征回弹值；
[0009] 根据测得的评价区域的特征回弹值的大小得到评价区域的围岩等级。
[0010] 在一个实施例中，在评价区域内选定多个测区，各所述测区的中心点之间间隔第 一距离。
[0011] 在一个实施例中，在各测区内进行回弹试验时，将所述测区分为多个均布设置的 子测区，回弹点设置在所述子测区的中心区域处。
[0012] 在一个实施例中，在各子测区内进行多次回弹试验，当连续不小于3次的回弹值之 间的偏差不大于百分之十时，停止回弹试验，记录最后三次的回弹值的平均值为子测区的 回弹值X」，并分别根据公式（1)和(2)来计算所述测区的平均回弹值和所述评价区域的特征 回弹值：
⑴ (2)
[0015] 其中，X为评价区域的特征回弹值，&是测区的平均回弹值，m是一个测区中的子测 区的个数，n为评价区域内的测区的个数。
[0016] 在一个实施例中，在各所述测区中，所述子测区为三行三列的矩阵式分布。
[0017] 在一个实施例中，在测区内，采用光透过带有均匀分布的孔的遮光片的方法确定 子测区。
[0018] 在一个实施例中，采用混凝土回弹仪进行回弹试验。
[0019] 在一个实施例中，在利用混凝土回弹仪进行回弹试验时，混凝土回弹仪的锤击方 向与围岩表面的切线方向垂直。
[0020] 在一个实施例中，测区的有效直径为0.3-0.7米。
[0021] 在一个实施例中，在根据评价区域的特征回弹值得到围岩等级后，再计算评价区 域的围岩的强度参数。
[0022] 与现有技术相比，本发明的优点在于，通过回弹试验便能够在现场更快速准确地 确定围岩等级，并且现场操作简单。同时，由于回弹试验结构可以综合反映围岩中的裂隙、 节理等内部构造的不连续性和不均匀性，以及爆破及地下水存在的影响，因而试验数据更 有代表性和针对性，有利于后期施工支护参数的优化。
【附图说明】
[0023] 下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
[0024] 图1显示了根据本发明的实施例的测试方法的流程图；
[0025] 图2显示了根据本发明的实施例的在隧道横截面上的测区分布图；
[0026] 图3显示了根据本发明的实施例的在隧道纵截面上的测区分布图；
[0027] 图4显示了根据本发明的实施例的测区中回弹点的布置图；
[0028]图5显示了在进行回弹试验时混凝土回弹仪锤击方向示意图；
[0029] 图6显示了根据本发明的一个实施例的弹性模量与回弹值的拟合方程线；
[0030] 附图并未按照实际的比例绘制。
【具体实施方式】
[0031] 下面将结合附图对本发明做进一步说明。
[0032] 图1显示了量化围岩等级的测试方法的流程图。如图1所示，测试方法包括以下步 骤:S01步，根据工程需要，在评价区域内选定测区；S02步，在测区内进行回弹试验以得到测 区的平均回弹值，并根据测区的回弹值得到评价区域的特征回弹值;S03步，根据测得的评 价区域的特征回弹值的大小判断围岩等级。
[0033] 由此，本申请中通过回弹试验便能得到评价区域的围岩等级，现场操作方便。另 外，由于回弹试验可以充分反映岩土中的裂隙、节理等内部构造的不连续性和不均匀性，因 而试验数据对影响因素反映的综合程度高。并且岩土的地质水文等因素已反映在回弹试验 的回弹值中，则不需要另外考虑地质、水文等影响因素。
[0034] 例如，以某地下工程隧道10号的围岩为例，如图1和2所示，首先，根据工程需要，选 定拱腰附近为评价区域1，评价区域1沿隧道10的纵轴方向分布。
[0035] 接着，在评价区域1内划分多个测区2,例如，在图1和2中以黑色的点表示测区2。为 了保证所得到的数据的稳定性和代表性，优选地，可在评价区域1内选定多个测区2。多个测 区2在评价区域内均匀分布，并且各测区2的中心点之间间隔第一距离。第一距离可以为 0.3-0.7米，例如，第一距离可以为0.5米。
[0036] 在各测区2内进行回弹试验前，将测区2分为多个子测区3,如图4所示。为了进一步 地保证所得到的数据的稳定性和代表性，以及方便操作，子测区3在测区2的范围内大致均 匀分布，并且回弹点4尽量设置在子测区3的中心区域处。
[0037] 需要说明地是，在本申请中，回弹点4不限于设置在子测区3的中心区域处。例如， 如果子测区3的中心区域处恰有节理或者裂隙，而为了避开节理或者裂隙，回弹点4可以移 到偏离子测区3的中心的附近其它区域处。
[0038] 在一个实施例中，在子测区3中进行回弹试验时，需要在一个回弹点4处多次锤击。 当在同一回弹点4锤击连续不小于3次的回弹值之间的偏差不大于百分之十时，停止回弹试 验，记录最后三次的回弹值的平均值为回弹点的回弹值X」。例如，在工程中，可以规定锤击 连续三次的回弹值之间的偏差小于或等于百分之十时，可将最后三次的回弹值的平均值为 回弹点的回弹值X」。得到测区2中各个回弹点的回弹值X」后，取其平均得到此测区2的平均回 弹值。也就是通过公式
，来计算测区2的平均回弹值Xi，公式中，m是测区2中的 子测区3的个数。
[0039] 在得知评价区域1内的各测区2的平均回弹值乂:后，可以通过公式计算评价区域1 的特征回弹值X，即I
其中，X为评价区域1的特征回弹值，n为评价区域1内的测 区2的个数。
[0040] 根据本发明的一个实施例，在各测区2中，子测区3为三行三列的矩阵式分布。通过 这种设置能保证得到更具有代表性的数值，同时避免操作测量次数过高，而降低操作效率。 为了提高测量回弹值的操作效率，可采用光透过带有均匀分布的孔的遮光片的方法确定子 测区3。也就是，将带有3X3孔的遮光片放置在光源(例如电筒）的前方，将光照射处的光斑 处标记为测试点，则可在测区内划定3X3的网格以形成子测区3。
[0041] 而为了保证回弹测试的效果，测区2的有效直径在0.3-0.7米之间，例如，测区2的 有效直径约为0.5米。如果测区2为正方形，则测区2的有效直径为边长，也就是正方形的边 长在0.5米左右。当然，测区2还可以为其它形状，例如，圆形、多边形或梅花型中的一种或多 种。并且，在各测区2的中心点之间间隔第一距离的前提下，各测区2不应有重叠的部分。 [0042]可采用混凝土回弹仪进行回弹试验。混凝土回弹仪价格不高，操作简单，操作员不 需要经过特别复杂的培训便能进行操作，由此降低了操作成本。同时，采用混凝土回弹仪可 直接得到所测的区域的回弹值，并且所测的区域的地质、水文等值以反映在所得到的回弹 值中，由此保证得到的数据值的代表性。
[0043]优选地，如图5所示，在利用混凝土回弹仪进行回弹试验时，混凝土回弹仪的锤击 方向与围岩(画有剖面线的部分)的表面的切线方向垂直，进一步地保证了所得数据的精确 度。
[0044] 在地下工程施工初期，可以选择设计、监理、施工等参建各方达成共识的，比较典 型有代表性的各种等级的围岩，作为评价区域1，按照本发明提出的方法分别进行回弹测 试，得出相应级别围岩评价区域的特征回弹值的范围。统计和分析得到的大量特征回弹值 与围岩级别的关系，即可归纳整理得到表1。
[0045] 在此后的施工过程中，即可通过回弹测试的方法，依据表1给出的范围，快速得到 新开挖出的围岩的级别。
[0046] 例如，某一评价区域1的特征回弹值为63,则对照表1得到此评价区域1的围岩等级 为n级。
[0047] 表 1
[0049]^表2列出了前期得到的不同围岩等级强度参数的对应关系，再通过表1，则也可以 得到特征回弹值（中值)与岩体强度参数的关系。由于得到特征回弹值不是一个定值而是一 个变化范围，所以根据某级别围岩的具体回弹值可以更为精确地确定其强度参数，而不是 如表2给出的一个宏观的平均值。这对于地下工程数值分析中材料参数确定，更具有明显的 意义。
[0050] 例如，在得知围岩等级为n级时，可通过表2得到围岩的弹性模量为20.5GPa。而为 了得到更加精准的围岩的弹性模量，可根据表2中的回弹值与围岩的弹性模量进行拟合，得 到拟合方程，如图6所示。通过表2中的参数对应关系，拟合出的特征回弹值与围岩的弹性模 量的关系式为再将得到的具体的评价区域的特征回弹值带入到上述拟合 方程中，得到更精准的弹性模量值，例如，将回弹值63GPa带入上述方程，可得围岩的评价区 域1的弹性模量为16.87GPa。采用这个值计算则得到偏于安全的结论，而采用原来20.5GPa 则会得出偏于乐观因而危险的结论。
[0051] 本发明的测试方法能针对围岩的不均匀特征以及现有现场测试方法操作的复杂 性，以及由此造成岩体质量判定耗时和其力学参数较难提取等方面的缺陷，提出了一种不 仅能在现场操作方便、快速，而且同一部位实际读数较为稳定，能够综合反映不同的地质构 造条件和水文条件的影响，而且还可以反映施工开挖过程中围岩的演变程度的快速量化围 岩分级和强度参数的回弹测试技术和方法。并且，这种方法可对传统评价结论进行校对，在 很大程度上排除主观因素的干扰，可作为传统评价方法的快速校核及仲裁措施。由此，本测 试方法使得后期施工中的支护系统优化设计与施工方法更合理化。
[0052] 表 2
[0054] 需要说明地是，本申请虽然是以隧道为例，但是本申请中的量化围岩等级的测试 方法不仅可以应用在隧道中，还可以应用在其它岩质洞室、边坡和基坑等其它岩土工程中。
[0055] 以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本 领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变 化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范 围为准。
【主权项】
1. 一种量化围岩等级的测试方法，其特征在于，包括W下步骤： 根据岩±工程需要，在开挖面围岩评价区域内选定测区； 在所述测区内进行回弹试验W得到测区的平均回弹值，并根据测区的平均回弹值得到 评价区域的特征回弹值； 根据测得的评价区域的特征回弹值的大小得到评价区域的围岩等级。2. 根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在评价区域内选定连续分布的多个测 区，各所述测区的中屯、点之间间隔第一距离。3. 根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，在各测区内进行回弹试验时，将所 述测区分为多个均布设置的子测区，回弹点设置在所述子测区的中屯、区域处。4. 根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，在各子测区内进行多次回弹试验，当 连续不小于3次的回弹值之间的偏差不大于百分之十时，停止回弹试验，记录最后=次的回 弹值的平均值为子测区的回弹值、，并分别根据公式（1)和(2)来计算所述测区的平均回弹 值和所述评价反城的据佈问強值； (1) 掛 其中，X为评价区域的特征回弹值，Xi是测区i的平均回弹值，m是一个测区中的子测区的 个数，n为评价区域内的测区的个数。5. 根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，在各所述测区中，所述子测区为=行 立列的矩阵式分布。6. 根据权利要求4或5所述的测试方法，其特征在于，在测区内，采用光透过带有孔的遮 光片的方法确定子测区。7. 根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，采用混凝±回弹仪进行回弹试验。8. 根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，在利用混凝±回弹仪进行回弹试验 时，混凝±回弹仪的键击方向与围岩表面的切线方向垂直。9. 根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，测区的有效直径0.3-0.7米。10. 根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，在根据评价区域的回弹值得到围 岩等级后，再确定评价区域的围岩的强度参数。
【文档编号】G01N33/24GK105911256SQ201610437798
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】李仲奎, 梁建毅, 徐彬, 李敬毅, 邹静, 刘晓亮
【申请人】清华大学, 黄岛国家石油储备基地有限责任公司