一种含有软弱结构面的岩体取样方法与流程

本发明涉及一种岩体原位取样方法，特别涉及一种含有软弱结构面的岩体取样方法。

背景技术：

在漫长的地质演化过程中，完整的岩体受到各种各样的构造地质作用，从而产生了各种软弱结构面，如断层、夹层、层间及层内错动带等。这些软弱结构面填充粘土、泥和岩石碎块等，强度相对完整岩体低的多，其直接控制了整个地下洞室的稳定性。同时开挖卸荷后，形成临空面，软弱结构面直接影响了大型岩石工程的变形。软弱结构面强度受含水率的影响较大，因此对这种软弱结构面的基本流变力学特性的试验研究是许多重大工程长期安全性评价亟待解决的问题。

目前，室内试验主要采用的岩样基本都是完整岩石，对于岩体的室内试验很少开展，即使进行含有软弱结构面的岩体试验，出于取样困难和经费高昂的考虑，也仅仅限于从现场取回软弱结构面中的物质制备重塑样，并且仅仅限于小尺度岩体，无法获得无扰动的与现场含水率相同的大尺度岩体，导致对现场岩体的基本物理力学特性的了解有偏差，缺乏直接测试资料去评价含有软弱结构面的岩体工程的长期稳定性和安全性。

技术实现要素：

发明目的：针对现有的岩体取样技术存在的无法获得无扰动岩体试样、所得岩体试样中含水率与现场有偏差等问题，提供一种含有软弱结构面的岩体取样方法。

技术方案：本发明所述的一种含有软弱结构面的岩体取样方法，包括如下步骤：

1)选址：在岩壁上选取包含软弱结构面的取样部位，将该部位的岩壁凿成平面，该平面中，软弱结构层的上部和下部均有坚硬岩石层；

当岩壁不同位置处的软弱结构面存在宽度差时，优选宽度较小的位置处为取样地点；进一步的，选取的取样部位凿成平面后，平面尺寸为试样尺寸的2～3倍。

2)标注：根据待制作试样的形状和尺寸在取样平面上预先标注出试样区域，试样区域中软弱结构层上部和下部的坚硬岩石层厚度相等；

较优的，当试样区域标注完成后，可自试样区域的边线向外延伸10～20mm形成取样区域，标注出该取样区域；该取样区域可作为后续保护、切割试样时的基准线，从而减少切割时对中心试样结构可能造成的影响。

3)保护：在试样区域表面沿着与软弱结构层垂直的方向铺设钢丝，然后在试样区域表面涂覆保护层，该保护层为砂浆和/或砂层，涂覆区域大于试样区域；

可根据试样的大小选择铺设钢丝的数量，一般铺设1～2跟；

优选的，如果步骤2)中通过标注限定了取样区域，涂覆保护层时，可将取样区域的边线作为保护层的涂覆边缘；

进一步的，试样区域内的坚硬岩石层表面和软弱结构层表面涂覆不同强度的保护层，由于后续对试样进行测试时，需将软弱结构层表面的保护层凿开，因此软弱结构层表面优选涂覆强度相对较低的保护层；最好在坚硬岩石层表面涂覆高强度砂浆，并在软弱结构层表面涂覆砂层；高强度砂浆和砂层的厚度优选为10～20mm。

4)切割：根据待制作的试样尺寸，以保护层边缘为切割基线、垂直岩壁向内切割形成试样的侧面和背面，根据步骤3)的方法分别对各面进行保护；

可从保护层边缘线开始，垂直岩壁向内开凿出试样的侧面，按照步骤3)的方法对侧面进行保护；然后以侧面边线为切割基线开凿出试样背面，同样按照步骤3)的方法对背面进行保护。

实际工作中的剪切试样一般均为立方体样，室内剪切实验时，立方体样要放置于剪切盒中，剪切盒的规格一般为150mm或200mm，因此，实际选取的试样一般为边长不小于150mm的立方体，如150mm、200mm等，每组试验取5个以上试样。

具体的，切割时，以取样平面为试样正面，如步骤2)中标注了取样区域，可自取样区域边线开始，垂直于岩壁向其内部开凿出试样的侧面(对于立方体试样，侧面包括左右侧面和上下侧面，一般先从两侧开始，其次是下上侧面)，并参照步骤3)的方法对侧面实施保护措施；此时，试样的侧面与岩壁脱离，呈临空状态，为尽量减少重力因素对软弱结构层的影响，可在岩壁内切割试样侧面形成的空隙部分内填充砂浆，优选低强度等级砂浆，将临空面填实，使侧面固定，开挖面重新受到约束；侧面切割后，以侧面边线为切割基线切割试样，使试样与岩壁脱离开，形成试样的背面，对该背面进行保护，得到初具形状的试样。

5)养护：对切割出来的试样进行现场养护、打磨，得到符合尺寸要求的试样；

对步骤4)切割得到的初具形状的试样进行现场养护，采用现场养护的方式，可以最大限度的降低环境改变对试样含水率的影响；待达到期龄后打磨试样表面，打磨后得到满足尺寸要求的试样，尺寸误差尽量控制在0.3mm内。

6)塑封：将试样各面软弱结构层处的保护层凿开，封填软弱结构层，使其保持取样现场的含水率；

封填的方式很多，如采用石蜡、高分子树脂或胶带封填，优选采用石蜡封填软弱结构层，可有效保持试样的含水率；封填完成后，最好再用塑料薄膜将整个试样包裹，方便将其运输到实验室中进行实验。

7)运输：将试样运输到实验室，剪断各面铺设的钢丝，使软弱结构层显露出来，将试样装上剪切盒进行实验。

室内试验的取样指的是将试样取回实验室，特别是对于无扰动试样，运输过程中保持试样含水率以及试样的完整性。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点在于，采用本发明岩体取样方法可以简单方便地对含软弱结构面的岩体进行取样，取样过程中岩样不会受到扰动和损伤导致软弱结构面张开，可获得无扰动的完整岩样，同时，所得岩样和现场具有相同的含水率，该岩样可用于室内直接测定岩体的基本流变力学特性，从而为评价含有软弱结构面岩体工程的长期稳定性和安全性提供有效依据。

附图说明

图1为选址和标注后的取样平面结构示意图；

图2为实施保护措施后取样平面的结构示意图；

图3为试样侧面切割完成后的取样部位右视图；

图4为最终得到的用于实验的试样的立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

以对交通洞岩壁的层内错动带取样为例，本实施例中选取的试样为正立方体，试样边长为150mm。

本发明的含有软弱结构面的岩体取样方法如下：

1)选址：在交通洞的岩壁上，用人工凿出一块约300mm的平面作为取样平面100，尺寸起伏差不超过1cm；在凿到靠近软弱结构面的位置时，要格外注意，避免造成扰动。

2)标注：在凿平的取样平面100上先标注出边长为150mm的方形试样区域3，为方便后续取样，以试样区域3为中心标注出方形的取样区域5，取样区域5的边长为170mm，如图1，软弱结构层1上部和下部的坚硬岩石层2厚度相等。

3)保护：为了保护软弱结构面不受施工及运输扰动，如图2，在试样区域3表面沿着与软弱结构层1垂直的方向铺设两根钢丝4，然后在取样区域5范围内的坚硬岩石层2表面涂覆约20mm的高强度等级砂浆6，并在软弱结构层1表面涂覆砂层7，以预留剪切缝。

4)切割试样：以取样平面100为试样正面，从取样区域5的边线开始切割试样，一般从两侧开始，其次是下上面，最后是背面；首先任选一侧，如右侧，在砂浆层表面从上到下两排钻孔切割试样，钻孔深度大于试样尺寸，对于6级以下岩石采用电锤，7级以上岩石采用小口径金刚钻钻头钻进，也可采用采用风钻，风钻可钻进任何岩石；钻孔完成后清除两排孔之间的岩石，将试样侧面凿平，在根据步骤3)的方式对该侧面实施保护，对各个侧面在涂抹砂浆或砂层时要求要保证边长在150～155mm之间；并将切割该侧面形成的空隙部分用伴有石渣的低强度等级砂浆8填实，如图3，使开挖面重新受到约束；采用相同的方式切割出试样的另一侧面及上下面、并对各面进行保护和约束。

5)取下试样：开挖试样两侧面和上下面周围的低强度等级砂浆8，从试样的侧面边线开始切割出试样的背面，使试样整体与岩壁脱离，对试样背面进行凿平处理后实施保护，得到初级试样。

6)养护：采用现场制样的方法对切割出来的试样进行处理。先对涂抹好砂浆的试样进行现场养护，达到期龄后采用打磨机对试样表面打磨，得到符合尺寸要求的试样，试样尺寸误差控制在0.3mm以内。岩石一般比较坚硬，开挖出来的试样坚硬岩石层2一般都是凹凸不平的，步骤3)中高强度等级砂浆6将其表面填平并在其上覆盖一层以作保护，按照试样要求尺寸打磨之后坚硬岩石层2外表面会留有高强度等级砂浆6。

7)塑封：将试样各面的软弱结构层1处的砂层7凿开，对软弱结构层1采用石蜡9封填，并用塑料薄膜包裹。

8)运输：将试样运输到实验室，运输过程中，为了防止振动，试样周围要做好严格的防振措施；然后拆除试样表面的塑料薄膜，剪断各面铺设的钢丝，使软弱结构层1显露出来，如图4，试样中，坚硬岩石层2表面覆有高强度等级砂浆6，软弱结构层1表面覆有石蜡9，将试样装上剪切盒进行实验。

采用本发明的含有软弱结构面的岩体取样方法可以简单方便地进行取样，取样过程中岩样不会受到扰动和损伤，软弱结构面结构形态保持不变，因此获得无扰动的完整岩样，同时，所得岩样和现场具有相同的含水率，该岩样可用于室内直接测定岩体的基本流变力学特性，从而为评价含有软弱结构面岩体工程的长期稳定性和安全性提供有效依据。