CN102680577A - 工程围岩完整性系数Kv的地应力修正取值方法 - Google Patents

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Abstract

本发明工程围岩完整性系数Kv的地应力修正取值方法，其步骤如下：(一)、在不同的应力条件下，工程勘察测试出围岩完整性系数KV值；(二)、在不同的应力条件下，确定围岩的完整程度系数K；(三)、对不同应力条件下，实测围岩完整系数KV，钻探岩芯复原后围岩的完整程度系数K列表对比，并作出实测岩体完整性系数及完整程度系数K随应力变化的趋势线；(四)、分析得出不同地应力与实测围岩完整系数KV的变化关系，并对上述关系进行曲线拟合。其优点在于：减少地应力作用下围岩完整系数实测结果失真的影响，通过对实测围岩完整系数Kv值进行地应力修正，解决了因应力较大使得实测Kv值偏差较大的问题，对客观准确评价岩体完整程度提供了定量依据。

Description

工程围岩完整性系数Kv的地应力修正取值方法
技术领域
本发明涉及工程勘探技术领域，具体地说是一种工程围岩完整性系数Kv的地应力修正取值方法。 
背景技术
围岩完整性系数Kv是定量描述岩体完整程度的参数，对于评价岩体的完整程度具有重要意义。围岩完整性系数Kv测试方法主要采用声波法测试，为岩体与岩石的纵波速度平方之比。但是在经过大量工程勘察实测的岩体完整系数Kv值与实际钻探及开挖结果相差较大，经过分析研究发现主要是地应力作用结果，在高地应力下工程围岩中结构面(断裂、节理、裂隙等)不同程度的压密闭合，应力越高实测的围岩完整性指数(Kv)出现的失真和偏差越大，这严重影响了围岩完整程度定量评价的精度。这证明了岩体实测完整系数Kv需要随着应力变化进行修正。 
发明内容
本发明的目的是研究一种解决采用声波法测试围岩完整性系数Kv偏差与失真很大的工程围岩完整性系数Kv的地应力修正取值方法。 
本发明工程围岩完整性系数Kv的地应力修正取值方法，包括：(一)、在工程勘察钻孔中不同的应力条件下，采用声波法测试出围岩完整性系数KV值，其KV值的测试应符合国标《工程岩体分级标准》(GB50218-94)附录A的规定，岩体完整性指数(Kv)应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，KV应按下式 
Kv＝(Vpm/Vpr)2
式中Vpm——岩体弹性纵波速度(km/s)； 
Vpr——岩石弹性纵波速度(km/s)。 
(二)、在不同的应力条件下，通过钻探岩芯复原后进行分段岩芯RQD及节理裂隙的统计，确定围岩的完整程度系数K，其K值按下式计算 
K＝RQD/100-J1/RQD 
式中，RQD——岩石质量指标； 
J1——沿岩心轴线长度每米节理条数。 
其中RQD应针对不同的岩段分段进行统计，统计中扣除因施工因素引起的岩石破坏的影响；另外J1统计时也应扣除人为因素造成的新的破坏影响。 
(三)、在对不同应力条件下，实测围岩完整系数KV，钻探岩芯复原后统计确定围岩的完整程度系数K列表对比，并作出实测岩体完整性系数及完整程度系数K随应力变化的趋势线； 
Figure DEST_PATH_GSB00000845776500021
在地应力12.8～15.2Mpa条件下，实测围岩完整性系数Kv与钻探岩芯复原后节理裂隙密度的统计结果确定的围岩的完整程度系数K的距离为-0.2118。 
从上表中可以得出在地应力15.2～18.4Mpa条件下，实测围岩完整性系数Kv与围岩的完整程度系数K的距离为-0.1414。 
Figure DEST_PATH_GSB00000845776500031
从上表中可以得出在地应力18.4～20.9Mpa条件下，实测围岩完整性系数Kv与围岩的完整程度系数K的距离为-0.0612。 
Figure DEST_PATH_GSB00000845776500032
从上表中可以得出在地应力23.3～25.8Mpa条件下，实测围岩完整性系数Kv与围岩的完整程度系数K的距离为-0.0518。 
Figure DEST_PATH_GSB00000845776500042
从上表中可以得出在地应力23.3～25.8Mpa条件下，实测围岩完整性系数Kv与围岩的完整程度系数K的距离为0.0249。 
Figure DEST_PATH_GSB00000845776500043
Figure DEST_PATH_GSB00000845776500051
(四)、对步骤3的图表及趋势线进行分析，从而建立Kv修正值公式：从上面分析中得到如下地应力与实测围岩完整系数Kv变化的关系 
Figure BSA00000395087800061
对上述关系进行曲线拟合： 
1、普通三次拟合 
f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4 
系数(95％置信度)： 
p1＝9.319e-009(-1.325e-008，3.189e-008) 
p2＝-2.402e-005(-8.104e-005，3.301e-005) 
p3＝0.0202(-0.02682，0.06722) 
p4＝-5.491(-18.15，7.163) 
拟合度： 
残差平方SSE：0.0001755 
决定系数R-square：0.9715 
2、指数函数拟合 
f(x)＝a*exp(b*x) 
系数(95％置信度)： 
a＝0.028；b＝0.05 
拟合度： 
残差平方和SSE：3.695e-017 
决定系数R-square：1 
两种曲线拟合结果中，指数函数拟合中残差平方和(SSE)为3.695e-017，决定系数R2为1，说明指数函数拟合效果较好。 
因此建立如下Kv修正公式： 
Kv修＝Kv-0.028*exp(0.05x) 
式中：Kv-实测围岩完整系数； 
Kv修-修正的围岩完整系数； 
x-地应力，Mpa。 
说明：当岩石完整性指标RQD＞90，围岩属于完整岩体，实测Kv值受地应力影响甚少可不再进行修正。 
本发明工程围岩完整性系数Kv的地应力修正取值方法的优点是： 
该地应力修正方法可以减少地应力作用下围岩完整系数实测结果失真的影 响，根据实测地应力或估算地应力结果对围岩实测完整性系数进行修正能有效的减少地应力作用产生的偏差与失真。一般随应力增大围岩实测完整系数失真越大，对围岩完整程度的评价产生的偏差也就越大，通过对实测围岩完整系数Kv值进行地应力修正，解决了因应力较大使得实测Kv值偏差较大的问题，对客观准确评价岩体完整程度提供了定量依据。 
附图说明
图1为地应力12.8～15.2Mpa实测岩体完整系数及围岩的完整程度系数K随应力变化趋势线； 
图2为地应力15.2～18.4Mpa实测岩体完整系数及围岩的完整程度系数K随应力变化趋势线； 
图3为地应力18.4～20.9Mpa实测岩体完整系数及围岩的完整程度系数K随应力变化趋势线； 
图4为地应力23.3～25.8Mpa实测岩体完整系数及围岩的完整程度系数K随应力变化趋势线； 
图5为地应力25.8～28.3Mpa实测岩体完整系数及围岩的完整程度系数K随应力变化趋势线； 
图6为地应力28.3～29.3Mpa实测岩体完整系数及围岩的完整程度系数K随应力变化趋势线。 
具体实施方式
一种工程围岩完整系数KV的地应力修正取值方法，包括： 
(一)、在工程勘察钻孔中不同的应力条件下，采用声波法测试出围岩完整性系数KV值，其KV值的测试应符合国标《工程岩体分级标准》(GB50218-94)附录A的规定，岩体完整性指数(Kv)应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，KV应按下式 
Kv＝(Vpm/Vpr)2
式中Vpm——岩体弹性纵波速度(km/s)； 
Vpr——岩石弹性纵波速度(km/s)。 
(二)、在不同的应力条件下，通过钻探岩芯复原后进行分段岩芯RQD及节理裂隙的统计，确定围岩的完整程度系数K，其K值按下式计算 
K＝RQD/100-J1/RQD 
式中，RQD——岩石质量指标； 
J1——沿岩心轴线长度每米节理条数。 
其中RQD应针对不同的岩段分段进行统计，统计中扣除因施工因素引起的岩石破坏的影响；另外J统计时也应扣除人为因素造成的新的破坏影响。 
(三)、对不同应力条件下，实测围岩完整系数KV，钻探岩芯复原后确定的围岩的完整程度系数K列表对比，并作出实测岩体完整性系数及完整程度系数K随应力变化的趋势线； 
(四)、对步骤3的图表及趋势线进行分析，从而建立Kv修正值公式；从而得出不同地应力与实测围岩完整系数KV的变化关系，并对上述关系进行曲线拟合： 
①普通三项拟合； 
②指数函数拟合； 
③建立修KV修正值公式： 
Kv修＝Kv-0.028*exp(0.05x) 
式中：Kv-实测围岩完整系数； 
Kv修-修正的围岩完整系数； 
x-地应力，Mpa。 
实例应用 
以下对不同应力条件下的实测围岩完整系数Kv值进行地应力修正，其结果详见表4。     应用实例      表4 
Figure BSA00000395087800081
通过工程在不同地应力条件下的应用结果及实际工程的完整性系数K对比，说明修正结果更符合实际。 

Claims (1)

1.一种工程围岩完整系数KV的地应力修正取值方法，其特征在于：
(一)、在不同的应力条件下，工程勘察采用声波法测试出围岩完整性系数KV值，其KV值为岩体与岩纵波速度平方比；
(二)、在不同的应力条件下，通过钻探岩芯复原后节理裂隙密度的统计的统计结果确定围岩的完整程度系数K；
(三)、对不同应力条件下，实测围岩完整系数KV，钻探岩芯复原后围岩的完整程度系数K列表对比，并作出实测岩体完整性系数及完整程度系数K随应力变化的趋势线；
(四)、对步骤(三)的图表及趋势线的进行分析，从而建立Kv修正值公式；从而得出不同地应力与实测围岩完整系数KV的变化关系，并对上述关系进行曲线拟合：
①普通三项拟合；
②指数函数拟合；
③建立修KV修正值公式：
Kv修＝Kv-0.028*exp(0.05x)
式中：Kv-实测围岩完整系数；
Kv修-修正的围岩完整系数；
x-地应力，Mpa。
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