岩体完整性的含义及测量技术

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1、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

2、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Jv、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Jv、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GB5021

3、8-94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名称结构面发育程度主要结构面的结合程度主要结构面类型相应结构类型组数平均间距（m）完整1～2>1.0结合好或结合一般节理、裂隙、层面整体状或巨厚层状结构1～2>1.0节理、裂隙、层面块状或层状结构较完整结合差、结合好或结合一般2～31.0～0.4块状结构较破碎2～31.0～0.4结合差节理、裂隙、层面、小断层裂隙块状或中厚状结构≥30.4～0.2结合好镶嵌碎裂结构结合一般中、薄层状结构破碎≥30.4～0.2结合差各种类型结构面裂隙块状结构≤0.2结合一般或结合差碎裂

4、状结构极破碎结合很差散体状结构注：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Kv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Jv、平均节理间距dp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。现就针对当前国内外主要使用的岩体整体性测量方法（包括岩体完整性指数Kv法、岩体体积节理数Jv法和岩体质量指标R

5、QD法）来进行介绍分析。为了研究Kv法、Jv法、RQD法，首先应明确岩体完整性的指标，因为这是评价方法的契合点，也是评价方法优劣的标志。根据国标GB50218-94及其条文说明，对岩体完整性指标归纳简化如表2。表2　岩体完整性指标岩体结构类型及级别节理间距（岩块块度）/mJv（条/m）Kv完整性（大块体）岩体（Ⅰ）≥1.0＜3＞0.75较完整（块体）岩体（Ⅱ）1.0～0.43～100.75～0.55较破碎（碎块状）岩体（Ⅲ）0.4～0.210～200.55～0.35破碎性（碎石状）岩体（Ⅳ）≤0.220～350.35～0.15极破碎　岩体（Ⅴ）＞

6、35＜0.152.2.1岩体完整性指数法岩体完整性系数Kv的物理含义是岩体相对于岩石的完整程度，是岩体纵波波速与岩石纵波波速比值的平方，通常用其来判断岩体的完整程度。因此在介绍Kv法之前，应先了解岩体纵波波速与岩石纵波波速的含义。岩体纵波速度是指一定空间范围内弹性波在岩体中传播的纵波速度，一般是通过地震法或孔内声波测试等方法获得的。它的大小不仅与岩性相关，而且与岩体结构类型、岩体结构面发育状况、岩体的风化程度、地应力状态及岩体渗透性等有关。岩石纵波速度是指完整岩石试件的纵波速度(所谓完整就是指用于声波波速试验的岩石试件中无节理裂隙、孔隙、溶洞等现

7、象的存在，其值的大小主要与岩石的岩性、风化程度、耐水性等有关。通常使用超声波波速测试试验获得岩石试件的纵波速度，测试过程中应确保试件为无界体，即应使岩石试件规格与换能器频率相匹配。Kv法就是一种利用岩层和岩石波速变化差异，来研究地下岩体完整性的方法；超声波、地震波等在完整性不同的岩体内有着不同传播速度，而对于同一种岩性的岩体、岩石自身的传播波速，基本不受块体大小或完整性的影响，所以，可以用来判测岩体完整性。岩体完整性指数Kv可由下式求出：式中:Kv为岩体完整性指数；Vp1为岩体纵波速度；Vp2为室内岩石(块)纵波速度。在利用Kv法来判定岩体完整性

8、时，Kv应为实测值。针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有代表性的点、段，测定岩体弹性纵波速度，并应在同一岩体取样测定岩石弹性纵波速度。