CN107741488A - 隧道施工期岩体完整性系数Kv的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道施工期岩体完整性系数K_v的计算方法，步骤包括：根据岩石室内试验、隧道施工现场岩体纵波波速测试结果，绘制岩体孔深‑波速曲线图，进而在隧道施工阶段现场快速计算出不同孔深岩体完整性系数K_v。本发明可在隧道施工阶段快速求得岩体完整性系数值，使用声发射仪的单孔测试法测试掌子面岩体的纵波波速，利用掌子面施工钻炮眼快速测试岩体纵波波速v_p，并结合钻芯取岩样进行室内试验测试岩石的纵波波速v_r，在施工阶段量化计算岩体完整性系数，该方法从岩体完整性系数的定义出发，这将使评价隧道施工阶段围岩完整程度方法得到补充和完善。

Description

隧道施工期岩体完整性系数Kv的计算方法

技术领域

本发明涉及一种确定隧道岩体完整程度量化方法，具体涉及一种隧道施工期岩体完整性系数K_v的计算方法。

背景技术

岩体完整程度是围岩分级体系中基本指标之一，因此，快速准确地评价岩体完整性对隧道工程建设意义十分重大。岩体完整程度的定量指标，国内外采用的不尽相同，较普遍的有：岩体完整性系数K_v、岩体体积节理数J_v、结构面组数J_n、结构面平均间距d_p、结构面张开度等，这些指标均从某个侧面反映了岩体的完整程度。其中K_v和J_v两项不但能较全面地体现岩体的完整状态，而且还具有应用广泛、测试或量测方法简便的特点，因此是众多定量指标中的重要研究对象。

岩体内部由于普遍存在着各种结构面，并且结构面间又充填着各种物质。岩体体积节理数J_v是指各结构面组每立方米结构面数的总和，其值不能全面反映结构面的结合程度，特别是结构面的张开程度和充填物性状，而岩体完整性系数K_v为岩体纵波波速v_p与岩石纵波波速v_r之比值的平方，岩体内部结构面使得声波在传播波速有着不同程度的降低，因此岩体纵波波速v_p反映的是由于岩体不完整性而降低了的物理力学性质；岩石通常认为基本不包含明显的结构面，因此测得的岩石纵波波速v_r反映的是完整岩石的物理力学性质。因此岩体完整性系数K_v既能反映岩体结构面的发育程度，又可以反映结构面的性状，是一项能较全面地从宏观上反映岩体完整程度的指标。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道施工期岩体完整性系数K_v的计算方法，用于在隧道施工期快速计算岩体完整性系数值。

本发明所采用的技术方案为：

隧道施工期岩体完整性系数K_v的计算方法，其特征在于：

包括以下步骤：

根据隧道施工现场岩体纵波波速测试结果，绘制岩体孔深-波速曲线图，并将现场采取的岩样进行室内试验获得岩石的纵波波速，快速计算出隧道施工阶段不同孔深岩体完整性系数K_v。

具体包括以下步骤：

第一步：确定掌子面岩体测区以及测孔，在隧道施工现场钻孔取岩样，为现场试验以及室内试验做准备；

第二步：室内试验：

对现场获取的岩样按照国标进行规范制备试件，即直径50mm、高100mm的圆柱形试块，测试岩石基本物理力学指标和岩石纵波波速V_r；

第三步：现场测试：

在隧道掌子面现场使用声波法测试岩体不同深度的纵波波速V_p，根据测试数据绘制岩体孔深波速曲线图；

第四步：岩体完整性系数计算：

根据第二步及第三步测试数据，结合岩体完整性系数定义式(1)，计算施工阶段岩体不同纵深的岩体完整性系数K_v值；

式中：

K_v-隧道施工期岩体完整性系数；

v_p-岩体纵波速度；

v_r-岩石纵波速度。

本发明具有以下优点：

本发明可在隧道施工阶段快速求得岩体完整性系数值，使用声发射仪的单孔测试法测试掌子面岩体的纵波波速，利用掌子面施工钻炮眼快速测试岩体纵波波速v_p，并结合钻芯取岩样进行室内试验测试岩石的纵波波速v_r，在施工阶段量化计算岩体完整性系数。该方法从岩体完整性系数的定义出发，这将使评价隧道施工阶段围岩完整程度方法得到补充和完善。

附图说明

图1为掌子面测试示意图。

图2为断面1四个测点孔深波速曲线图。

图3为断面2四个测点孔深波速曲线图。

图4为断面1四个测点孔深-岩体完整性系数曲线图。

图5为断面2四个测点孔深-岩体完整性系数曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的隧道施工期岩体完整性系数K_v的计算方法，根据岩石室内试验、隧道施工现场岩体纵波波速测试结果，绘制岩体孔深-波速曲线图，进而在隧道施工阶段现场快速计算出不同孔深岩体完整性系数K_v。

具体包括以下步骤：

第一步：确定岩体测区以及测孔，在隧道掌子面现场钻孔取岩样，为现场试验以及室内试验做准备，确保试验应满足《工程岩体试验方法标准》；

第二步：室内试验：

对现场获取的岩样按照国标进行规范制备试件，即直径50mm、高100mm的圆柱形试块，测试岩石基本物理力学指标和岩石纵波波速V_r；

第三步：现场测试：

在隧道掌子面现场使用声波法测试岩体不同深度的纵波波速V_p，根据测试数据绘制岩体孔深波速曲线图；

第四步：岩体完整性系数计算：

根据第二步及第三步测试数据，结合岩体完整性系数定义式(1)，计算施工阶段岩体不同纵深的岩体完整性系数K_v值；

式中：

K_v-隧道施工期岩体完整性系数；

v_p-岩体纵波速度；

v_r-岩石纵波速度。

实施例：

(1)岩石室内试验

某隧道围岩以片麻岩为主，主要由长石、石英组成，中粗粒变晶结构。试验采集所用岩石样本，属于微风化片麻岩，岩石强度较高。由于岩石是一种天然的不均匀材料，为了防止试验数据离散性过大选取构造与产状相近的岩石试块。按照《工程岩体试验方法标准》制成直径50mm，高度100mm的圆柱体试块，共计10块。采用武汉中岩所生产的RSM-SY5(T)非金属声波测试系统(精度0.01km/s)，测试试件的波纵波速。

测试岩石超声波纵波波速：取出岩石试块，在其试块两端均匀涂抹凡士林作为耦合剂；组装声波测试系统，将声波测试探头与主机连接并调制好测试参数；将声波发射探头与接收探头置于试件轴线的两端，稍稍施加压力，然后开始测试。

岩石纵波波速测试结果见下表1所示。

表1岩石纵波波速结果表

试件编号	1	2	3	4	5
						Vr(km/s)	6.25	6.34	6.42	6.31	6.20
试件编号	6	7	8	9	10
						Vr(km/s)	6.34	6.47	6.41	6.22	6.26

对以上十组数据取平均值即可得岩石纵波波速v_r，求得v_r＝6.32。

(2)岩体声波法现场测试

本次岩体声波法测试位置围岩属III级(勘察阶段)，干燥微风化片麻岩，测试采用单孔声波法，此次测试所用的仪器为武汉中研科技研制的RSM-SY5(T)声波测试系统。主要包括：RSM-SY5(T)非金属声波检测仪、一发双收探头、推送导杆、水泵、数据传输线等其它辅助工具。

本次总共选取了2个断面进行岩体声波法测试工作，隧道开挖使用两台阶法，因此将掌子面划分为四个测区，每个测试区选取一个测试点，测点孔深4m，孔径55mm，测试简图见图1所示。

测试一共分为五步：钻孔、清孔、将探头送入测孔、封闭测孔，注水耦合、移动测杆，开始测试。每次将测杆往外拉出0.5m，直至全部移出完成测试。

测试出不同深度处的岩体纵波波速，测试结果见表2所示。

表2岩体波速测试结果表(单位：km/s)

(3)绘制围岩孔深波速曲线图

将测试结果绘制成孔深-波速曲线图，如图2和3所示。由图2和3可发现岩体波速随着孔深的增加逐渐增大，这是由于随着深度的增加围岩受到开挖的影响越来越小，岩体的破碎程度也是逐渐降低。同时，约在0～1.5m处岩体波速基本趋于稳定且较小，表明此处受到的扰动较大，该区域范围内岩体较为破碎；1.5～4m处岩体波速稳定且相对较大，表明此处受到的扰动较小，该区域范围内岩体较为完整。

(4)岩体完整性系数的计算

由第(1)、(2)步分别得出了岩石纵波波速v_r与岩体纵波速v_p，带入到公式1中便可求得岩体完整系数K_v，所得岩体完整性系数在不同孔深是变化的，见表3所示。

表3岩体完整性系数K_v值

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.隧道施工期岩体完整性系数K_v的计算方法，其特征在于：

包括以下步骤：

根据隧道施工现场岩体纵波波速测试结果，绘制岩体孔深-波速曲线图，并将现场采取的岩样进行室内试验获得岩石的纵波波速，快速计算出隧道施工阶段不同孔深岩体完整性系数K_v。

2.根据权利要求1所述的隧道施工期岩体完整性系数K_v的计算方法，其特征在于：

具体包括以下步骤：

第一步：确定掌子面岩体测区以及测孔，在隧道施工现场钻孔取岩样，为现场试验以及室内试验做准备；

第二步：室内试验：

对现场获取的岩样按照国标进行规范制备试件，即直径50mm、高100mm的圆柱形试块，测试岩石基本物理力学指标和岩石纵波波速V_r；

第三步：现场测试：

在隧道掌子面现场使用声波法测试岩体不同深度的纵波波速V_p，根据测试数据绘制岩体孔深波速曲线图；

第四步：岩体完整性系数计算：

根据第二步及第三步测试数据，结合岩体完整性系数定义式(1)，计算施工阶段岩体不同纵深的岩体完整性系数K_v值；

<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mi>V</mi> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>v</mi> <mi>p</mi> </msub> <msub> <mi>v</mi> <mi>r</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式中：

K_v-隧道施工期岩体完整性系数；

v_p-岩体纵波速度；

v_r-岩石纵波速度。