王 燕 陸詩磊

(常州市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，江蘇 常州 213015)

1 概述

巖體中往往存在多組結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面又稱節(jié)理，是反映巖石完整度的重要指標(biāo)[1]。GB/T 50218—2014工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)第3.3.2～3.3.4規(guī)定巖體完整程度的定量指標(biāo)，應(yīng)采用巖體完整性指數(shù)KV，KV應(yīng)采用實(shí)測值。當(dāng)無條件取得實(shí)測值時(shí)，也可用巖體體積節(jié)理數(shù)JV[2]。巖體體積節(jié)理數(shù)JV、巖體完整性指數(shù)KV以及巖體完整程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

表1 JV與KV及巖體完整程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系

同時(shí)該規(guī)范第B.0.2條規(guī)定了巖體體積節(jié)理數(shù)可采用間距法進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式如式(1)所示。

(1)

其中，JV為巖體體積節(jié)理數(shù)，條/m3；n為統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)面組數(shù)；Si為第i組結(jié)構(gòu)面沿法向每米長結(jié)構(gòu)面的條數(shù)；S0為每立方米巖體非成組節(jié)理?xiàng)l數(shù)。

通過間距法對(duì)巖體體積節(jié)理數(shù)的計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)測線應(yīng)水平布置，測線長度不宜小于5 m；根據(jù)具體情況，可增加垂直測線，垂直測線長度不宜小于2 m。

2)應(yīng)對(duì)與測線相交的各結(jié)構(gòu)面跡線交點(diǎn)位置及相應(yīng)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀進(jìn)行編錄，并根據(jù)產(chǎn)狀分布情況對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分組。

3)應(yīng)對(duì)測線上同組結(jié)構(gòu)面沿測線方向間距進(jìn)行測量與統(tǒng)計(jì)，獲得沿測線方向視間距。應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與測線方位，計(jì)算該組結(jié)構(gòu)面沿法線方向的真間距，其算數(shù)平均值的倒數(shù)記為該組結(jié)構(gòu)面沿法向每米長結(jié)構(gòu)面的條數(shù)。

4)對(duì)跡線長度大于1 m的分散節(jié)理應(yīng)予以統(tǒng)計(jì)，已為硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)的節(jié)理不應(yīng)參與統(tǒng)計(jì)。

2 巖心體積節(jié)理數(shù)JV′的計(jì)算方法

通過對(duì)上述間距法進(jìn)行分析，根據(jù)曾聯(lián)波學(xué)者2008年對(duì)結(jié)構(gòu)面、節(jié)理以及裂縫的解釋及描述[3]，Si為第i組結(jié)構(gòu)面沿法向每米長結(jié)構(gòu)面的條數(shù)，即第i組結(jié)構(gòu)面的線密度Ri′，而S0為每立方米巖體非成組節(jié)理?xiàng)l數(shù)，即非成組結(jié)構(gòu)面的體密度R0[3]。因?yàn)橐曢g距已經(jīng)過產(chǎn)狀校正為真間距，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀平行于巖體底面，故結(jié)構(gòu)面線密度與該巖體的底面積數(shù)值無關(guān)，假定該段巖體的底面積為1 m2，則第i組結(jié)構(gòu)面的線密度Ri′即為該段巖體第i組結(jié)構(gòu)面的體密度Ri。故巖體體積節(jié)理數(shù)JV亦可用式(2)表征：

(2)

其中，JV為巖體體積節(jié)理數(shù)，條/m3；n為統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)面組數(shù)；Ri為第i組結(jié)構(gòu)面的體密度；R0為非成組結(jié)構(gòu)面的體密度。

不難得出，當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)面分布均勻時(shí)，沿結(jié)構(gòu)面法線方向在巖體中取出多節(jié)巖心，通過式(2)分別計(jì)算出它們的巖心體積節(jié)理數(shù)JV′，這些巖心體積節(jié)理數(shù)的平均值與利用式(1)計(jì)算出的該巖體的巖體體積節(jié)理數(shù)JV′，其數(shù)值是相同的。

而經(jīng)過對(duì)巖體體積節(jié)理數(shù)JV的重新表征，引入結(jié)構(gòu)面線密度、體密度的概念，則利用間距法測試JV可不再受巖體體積大小及測線長度的約束。

對(duì)于地下埋藏較深的巖體，受鉆探技術(shù)的影響，我們并不能取出足夠大的巖體并利用式(1)對(duì)其進(jìn)行間距法測試巖體體積節(jié)理數(shù)從而評(píng)估其完整性(通常取出的巖心直徑僅有89 mm～137 mm)。而根據(jù)本文我們可以利用式(2)來對(duì)巖心體積節(jié)理數(shù)JV′進(jìn)行定量計(jì)算。

計(jì)算時(shí)需注意非成組結(jié)構(gòu)面體密度R0應(yīng)通過式(3)求?。?/p>

R0=Ti÷Vi

(3)

其中，R0為非成組結(jié)構(gòu)面的體密度；Ti為測試巖心中非成組結(jié)構(gòu)面的條數(shù)；Vi為測試巖心的體積。

而第i組結(jié)構(gòu)面的體密度Ri亦可用線密度Ri′表征，但是兩者并不是等價(jià)關(guān)系，由于對(duì)視間距校正為真間距，其底面也由視底面校正為真底面，其產(chǎn)狀與水平面的夾角即為結(jié)構(gòu)面的傾角，則Ri必須由Ri′進(jìn)行鉆遇率修正，如式(4)所示。

Ri=Ri′ ×cosθ

(4)

其中，Ri為第i組結(jié)構(gòu)面的體密度；Ri′為第i組結(jié)構(gòu)面的線密度；θ為結(jié)構(gòu)面的傾角。

其中鉆遇率即鉆探過程中遇到該組結(jié)構(gòu)面的概率，其示意圖如圖1所示。

3 工程實(shí)例驗(yàn)證

在實(shí)際工程實(shí)施過程中，對(duì)某市某鎮(zhèn)某地塊三疊灰?guī)r分別通過巖心體積節(jié)理數(shù)及巖體完整性指數(shù)來評(píng)價(jià)其完整程度，其結(jié)果是一致的。因此通過巖心體積節(jié)理數(shù)來判別地下埋藏巖體的完整程度是可行的。具體驗(yàn)證情況如下：

根據(jù)某市某鎮(zhèn)某地塊取出的三疊灰?guī)r巖心(所取孔號(hào)在場地均勻分布具有代表性)，通過其結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分組描述，并剔除充填的結(jié)構(gòu)面，利用式(1)～式(3)進(jìn)行巖心體積節(jié)理數(shù)JV′計(jì)算，并根據(jù)各巖心體積進(jìn)行加權(quán)求平均值，算出該場地三疊紀(jì)灰?guī)r的巖體體積節(jié)理數(shù)JV，從而判別其完整程度。具體結(jié)果如表2所示。

表2 利用巖心體積節(jié)理數(shù)JV′判別宜興丁蜀三疊紀(jì)灰?guī)r完整程度表

通過對(duì)該地區(qū)巖體和巖心進(jìn)行波速測試，得出巖體完整性指數(shù)KV的值為0.91，判斷巖體完整性指數(shù)為完整。與巖心體積節(jié)理數(shù)判別結(jié)果一致。

4 結(jié)語

本文通過引入結(jié)構(gòu)面體密度與線密度的概念，將間距法測試巖體體積節(jié)理數(shù)JV的公式加以改進(jìn)拓展，使其不受巖體體積大小及測線長度的限制，從而使間距法適用于巖心體積節(jié)理數(shù)JV′的求取，并通過對(duì)第i組結(jié)構(gòu)面的體密度Ri進(jìn)行鉆遇率修正，對(duì)非成組結(jié)構(gòu)面的體密度R0進(jìn)行巖心體積修正，最終得到利用間距法求取巖心體積節(jié)理數(shù)JV′的計(jì)算公式，對(duì)埋藏地下的巖體完整程度的定量表征具有重要意義。