CN114893178A - 一种量化白云岩砂化程度的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量化白云岩砂化程度的测试方法，包括以下步骤：S1测试前，将隧道掌子面划分六个区域；S2对六个区域分别进行砂化程度的测定；S3根据六个区域的砂化程度，判定掌子面前方的白云岩砂化程度。本发明通过量化白云岩砂化程度的测试方法，充分考虑到白云岩砂化的机理，宏观表现和微观的变化出发，多指标评价白云岩的砂化程度，采用打分的方式，对各结果加权平均，能够更加合理的评价白云岩的砂化程度，且打分体系清晰明了，便于实际操作，实际应用中可以很好的帮助施工单位判断掌子面前方的围岩砂化程度，采取相对应的开挖施工方法，保证施工的顺利安全进行。
Description
技术领域
本发明涉及岩土和地下工程技术领域，具体来说，涉及一种量化白云岩砂化程度的测试方法。
背景技术
一直以来，国家高度重视中西部地区铁路重大项目建设，西南地区的隧道建设也如火如荼的进行。西南地区的多崇山峻岭、地势崎岖、地质状况十分复杂，其中就有白云岩地层，白云岩砂化是白云岩分布区一种特殊的岩溶地质现象。白云岩砂化是微晶一细晶结构白云岩，在经历多期构造运动的复杂地质构造环境下、受溶蚀和风化的共同作用而导致岩体风化成细砂状、砂砾状或碎块状，岩体质大幅降低的一种特殊地质现象。白云岩不同砂化程度严重影响了隧道开挖施工的时围岩的稳定性。
目前针对白云岩的研究较少，虽然已经有部分针对白云岩砂化的研究，但缺少判定砂化程度的评价体系，在实际施工时没有可以进行砂化评级的方法。因此，亟需建立一种量化白云岩砂化程度的测试方法，为隧道在白云岩地层的开挖施工提供帮助。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种量化白云岩砂化程度的测试方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种量化白云岩砂化程度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1测试前，将隧道掌子面划分六个区域；
S2对六个区域分别进行砂化程度的测定，并进行百分制打分；
S3根据六个区域的砂化程度，判定掌子面前方的白云岩砂化程度；
其中所述S3包括：
S31通过确定六个区域的砂化程度，绘制掌子面前方围岩砂化程度分布图；
S32根据计算式对各个测区的砂化程度评分取均值处理；
S33对最终的掌子面围岩砂化程度评分根据白云岩砂化分级表进行砂化程度判别。
进一步地，所述S2中，6个区域分别作为6个测区，测区均采用对照颜色卡纸、钻芯RQD值判定、筛分围岩颗粒级配、围岩化学成分检测四个方法对测区的围岩分化情况进行百分制打分。
进一步地，所述颜色卡纸为根据不同砂化程度的白云岩表现出来的颜色制成，实际应用时直接比对掌子面的围岩颜色，对砂化程度进行打分。
进一步地，所述钻芯RQD值判定为在每个测区的中心位置进行钻芯取样，钻心长度5m，钻孔直径75mm，对钻取的土样评定RQD值，通过RQD值对砂化程度进行打分。
进一步地，所述筛分围岩颗粒级配为对钻芯的土样进行筛分，根据颗粒级配判定砂化程度。
进一步地，所述围岩化学成分检测是对掌子面测区的围岩土体，采用EDTA标准溶液连续测定Fe2O3、CaO、MgO的含量，根据含量判断围岩的砂化程度。
进一步地，对于所述四个方法得到的结果，采用权重的方法进行综合判断，对照颜色卡纸权重a为20％、钻芯RQD值判定权重b为40％、筛分围岩颗粒级配权重c为30％、围岩化学成分检测权重d为10％，对各项的分值通过计算式式进行整合，得到最终的测区围岩砂化程度分值
本发明的有益效果为：该量化白云岩砂化程度的测试方法，充分考虑到白云岩砂化的机理，宏观表现和微观的变化出发，多指标评价白云岩的砂化程度，采用打分的方式，对各结果加权平均，能够更加合理的评价白云岩的砂化程度，且打分体系清晰明了，便于实际操作，实际应用中可以很好的帮助施工单位判断掌子面前方的围岩砂化程度，采取相对应的开挖施工方法，保证施工的顺利安全进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明量化白云岩砂化程度的测试方法流程示意图。
图2为本发明掌子面测区示意图。
图3为本发明钻芯取样示意图。
图4为本发明筛分器示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，根据本发明实施例所述的量化白云岩砂化程度的测试方法，包括以下步骤：第1步，在评价区域掌子面选定六个测区，第2步，对每个测区进行对照颜色卡纸、钻芯RQD值判定、筛分围岩颗粒级配、围岩化学成分检测的围岩砂化评定打分；第三步，根据分区四个方法测得的结果按照权重进行综合评价得出围岩砂化程度评分；第四步，各个测区的评价值取平均值，根据平均值对掌子面的围岩砂化程度进行判定，本发明根据白云岩砂化的特征，从宏观和微观的角度多方面综合评价白云岩的砂化程度，避免由于一个指标的评定方式过于片面。
在本发明的一个具体实施例中，以白云岩开挖隧道为例，根据图1的量化白云岩砂化程度的测试方法流程，按照图2的测区分布图，对每个测区展开评测，在对围岩采用对照颜色卡纸的方法评测时，采用的颜色卡纸颜色由为根据不同砂化程度的白云岩表现出来的颜色制成，分别分为灰白、灰黄、棕黄、黄褐、红褐五种颜色，分别对应轻微砂化、微弱砂化、中等砂化、强砂化、全砂化。实际应用时，根据颜色卡纸，对照掌子面的围岩颜色，对砂化程度进行打分，打分对照下表1。
表1颜色对照指标打分表
| 颜色 | 砂化程度 | 分值 |
| 灰白 | 轻微砂化 | ＜15 |
| 灰黄 | 微弱砂化 | ＜30 |
| 棕黄 | 中等砂化 | ＜60 |
| 黄褐 | 强砂化 | ＜85 |
| 红褐 | 全砂化 | ＞85 |
本发明一个具体实施例中，在对围岩采用钻芯RQD值判定方法时，为在每个测区的中心位置进行钻芯取样，钻芯取样如图3所示，为了满足工程超前预测的需要，钻芯长度5m，钻孔直径75mm，对钻取的土样评定RQD值，即钻取得土样中，长度大于10cm的岩芯段占总钻取长度的比值，RQD＞80％为轻微砂化，80％＞RQD＞55％为微弱砂化，55％＞RQD＞30％为中等砂化，30％＞RQD＞10％为强砂化，RQD＜10％为全砂化。通过RQD值对砂化程度进行百分制打分，打分对照下表2。
表2钻芯RQD值指标打分表
| RQD值 | 砂化程度 | 分值 |
| RQD＞80％ | 轻微砂化 | ＜15 |
| 80％＞RQD＞55％ | 微弱砂化 | ＜30 |
| 55％＞RQD＞30％ | 中等砂化 | ＜60 |
| 30％＞RQD＞10％ | 强砂化 | ＜85 |
| RQD＜10％ | 全砂化 | ＞85 |
本发明一个具体实施例中，在对围岩采用筛分围岩颗粒级配方法时，要对钻芯RQD值判定方法的钻芯土样进行筛分，筛分器采用直径880mm的圆形筛分器，筛分器孔径分为60mm、20mm、10mm三种，一共四层，如图4所示，10m长的钻芯土样分三次筛分，对结果进行统计分析。根据颗粒级配对砂化程度进行百分制打分，打分对照下表3。
表3筛分围岩颗粒级配指标打分表
由于白云岩砂化作用的演化特征为白云岩砂-白云岩粉-粉质粘土。白云岩砂化基本作用过程是主要经过淋滤、溶蚀、水解、水合、沉淀、交代等作用，母岩中原生矿物Ca、Mg大量流失，Fe2O3含量增加。因此，要判断砂化程度，微观层面上可以从测定Ca、Mg和Fe2O3含量出发。白云岩母岩中富含CaO、MgO之和大于50％，Fe2O3含量＜1％，轻微砂化CaO、MgO含量＞45％，Fe2O3含量＜2％，微弱砂化CaO、MgO含量＞35％，Fe2O3含量＜4％，中等砂化CaO、MgO含量＞20％，Fe2O3含量＜6％，强砂化CaO、MgO含量＞5％，Fe2O3含量＜8％，全砂化CaO、MgO含量＜5％，Fe2O3含量＞8％。
本发明一个具体实施例中，在对围岩采用围岩化学成分检测方法时，对掌子面测区的围岩土体，采用EDTA标准溶液连续测定Fe2O3、CaO、MgO的含量，分别根据Fe203含量和CaO+MgO含量进行百分制打分，并取两项的均值，根据均值判断围岩的砂化程度，打分对照下表4。
表4围岩化学成分检测指标打分表
在白云岩采用EDTA标准溶液连续测定Fe2O3、CaO、MgO的含量的试验中，准确称取经105℃烘干样0.2000g于银坩埚中加入3gNaOH，于低温升至520℃熔融，取下冷却，以沸水提取于100mL容量瓶中(容量瓶中预先盛有20mL(1+1)盐酸，用以控制酸度)稀释至刻度。此液为基本液。
Fe2O3含量的测定：取基本液10.00mL于250mL烧杯中，稀释至30mL，加磺基水杨酸与三乙醇胺混合液5mL，用NaOH(20％)调节溶液呈黄色(铁与磺基水杨酸络合之色)，再用盐酸(1+1)调至恰为红色，再过量6～7滴(pH应为1.8～2.5)，加热至50～60C时用0.002mol/L的EDTA滴定至溶液紫红色褪去并呈现亮黄色(铁小于1％时颜色很浅)为终点。记下消耗EDTA升数V1此液继续留做CaO、MgO滴定用。Fe2O3含量的计算通过下式：
式中：TFe2O3——EDTA标准溶液1mL相当于Fe2O3的毫克数；
V1——消耗EDTA标准溶液的毫升数；
C——分取体积与试液原体积之比；
ms——试样质量/g。
CaO含量的测定：取滴定三氧化二铁后的溶液，稀释至70mL，并冷却至40C以下，加NaOH(20％)5mL(pH＞12)，加甲基百里香酚蓝指示剂少许，用0.02mol/L的EDTA滴定至溶液由纯蓝色突变为淡灰色。即为氧化钙的终点，记下消耗EDTA的毫升数V2。CaO含量的计算通过下式：
式中：TCaO——每毫升0.02mol/L，EDTA标准溶液相当于CaO的毫克数；
V2——消耗0.02mol/L，EDTA标准溶液的毫升数；
C——分取体积与试液原体积之比；
ms——试样质量/g；
T3——每毫升0.002mol/L，EDTA标准溶液相当于CaO的毫克数；
V1——滴定Fe2O3消耗0.002mol/L，EDTA标准溶液的毫升数。
MgO含量的测定：取滴定氧化钙后之溶液，用盐酸(1+1)逐滴酸化至溶液淡红色变为纯蓝色并过量1～2滴(pH约为9左右)，立即加入pH＝10的缓冲溶液10mL，继续用0.02mol/L的EDTA标准液滴定溶液蓝色褪去，突变为淡灰色或无色，记下消耗EDTA的升数V3。MgO含量的计算通过下式：
式中：TMgO——每毫升0.02mol/L，EDTA标准溶液相当于MgO的毫克数；
V1——消耗0.02mol/L，EDTA标准溶液的毫升数；
C——分取体积与试液原体积之比；
ms——试样质量/g。
本发明一个具体实施例中，每个测区对于四个方法得到的结果，采用权重的方法进行综合判断，根据各个方法受外界客观自然环境影响的程度进行权重配比，对照颜色卡纸权重S1为20％、钻芯RQD值判定权重S2为40％、筛分围岩颗粒级配权重S3为30％、围岩化学成分检测权重S4为10％，对各项的分值通过计算式二S＝0.2S1+0.4S2+0.3S3+0.1S4进行整合，得到最终的测区围岩砂化程度分值，白云岩砂化分级表(表5)进行砂化程度判别围岩的砂化程度。
表5综合评定砂化分级表
| 分值 | 砂化程度 |
| ＜15 | 轻微砂化 |
| ＜30 | 微弱砂化 |
| ＜60 | 中等砂化 |
| ＜85 | 强砂化 |
| ＞85 | 全砂化 |
本发明一个具体实施例中，通过确定六个区域的砂化程度，可绘制掌子面前方围岩砂化程度分布图，并根据计算式一
对各个测区的砂化程度评分取均值处理，对最终的掌子面围岩砂化程度评分根据白云岩砂化分级表进行砂化程度判别。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，该量化白云岩砂化程度的测试方法，充分考虑到白云岩砂化的机理，宏观表现和微观的变化出发，多指标评价白云岩的砂化程度，采用打分的方式，对各结果加权平均，能够更加合理的评价白云岩的砂化程度，且打分体系清晰明了，便于实际操作，实际应用中可以很好的帮助施工单位判断掌子面前方的围岩砂化程度，采取相对应的开挖施工方法，保证施工的顺利安全进行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种量化白云岩砂化程度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1测试前，将隧道掌子面划分六个区域；
S2对六个区域分别进行砂化程度的测定，并进行百分制打分；
S3根据六个区域的砂化程度，判定掌子面前方的白云岩砂化程度；
其中所述S3包括以下步骤：
S31通过确定六个区域的砂化程度，绘制掌子面前方围岩砂化程度分布图；
S32根据计算式一
对各个测区的砂化程度评分取均值处理；
S33对最终的掌子面围岩砂化程度评分根据白云岩砂化分级表进行砂化程度判别。
2.根据权利要求1所述的一种量化白云岩砂化程度的测试方法，其特征在于，所述S2中，6个区域分别作为6个测区，测区均采用对照颜色卡纸、钻芯RQD值判定、筛分围岩颗粒级配、围岩化学成分检测四个方法对测区的围岩分化情况进行百分制打分。
3.根据权利要求2所述的一种量化白云岩砂化程度的测试方法，其特征在于，所述颜色卡纸为根据不同砂化程度的白云岩表现出来的颜色制成，实际应用时直接比对掌子面的围岩颜色，对砂化程度进行打分。
4.根据权利要求2所述的一种量化白云岩砂化程度的测试方法，其特征在于，所述钻芯RQD值判定为在每个测区的中心位置进行钻芯取样，钻心长度5m，钻孔直径75mm，对钻取的土样评定RQD值，通过RQD值对砂化程度进行打分。
5.根据权利要求2所述的一种量化白云岩砂化程度的测试方法，其特征在于，所述筛分围岩颗粒级配为对钻芯的土样进行筛分，根据颗粒级配判定砂化程度。
6.根据权利要求2所述的一种量化白云岩砂化程度的测试方法，其特征在于，所述围岩化学成分检测是对掌子面测区的围岩土体，采用EDTA标准溶液连续测定Fe2O3、CaO、MgO的含量，根据含量判断围岩的砂化程度。
7.根据权利要求2所述的一种量化白云岩砂化程度的测试方法，其特征在于，对于所述四个方法得到的结果，采用权重的方法进行综合判断，对照颜色卡纸权重a为20％、钻芯RQD值判定权重b为40％、筛分围岩颗粒级配权重c为30％、围岩化学成分检测权重d为10％，对各项的分值通过计算式二S＝0.2S1+0.4S2+0.3S3+0.1S4进行整合，得到最终的测区围岩砂化程度分值。
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