岩体完整性的含义及测量技术

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J v 、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J v、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GB50218-94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

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K v 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J v 、平均节理间距d p 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K v 法、岩体体积节理数J v 法和岩体质量指标RQD 法）来进行介绍分析。

为了研究K v 法、J v 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

2.2.1岩体完整性指数法

岩体完整性系数K v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K v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K v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K v法来判定岩体完整性时，K v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。

该方法适合对地下岩体的风化程度或破碎情况进行判定，但在含可溶性矿物较多的岩体内，该方法不适用，可溶性矿物较多的岩体的完整性，影响因素较多，波速变化不是唯一主导的因素。

K v值的大小反映了岩体相对于岩石的破坏程度．因此，K v的物理意义就是表征岩体相对于岩石的完整和破碎程度，是一个与岩体质量和强度有关的参数．在工程实践中，人们常用K v和其他参数一起来评价岩体的稳定性，对工程

岩体进行围岩分类等。

2.2.2 Jv法

岩体体积节理数( Jv )是指单位体积岩体中节理的条数，它是衡量岩体完整性的重要指标之一，国际岩石力学委员会推荐用它来定量评价岩体的完整性。J V 法是选择有代表性的露头或开挖面进行节理统计的方法，其表达式为：

（2）

式中：Jv为岩体体积节理数(条/m3)；

Sn为第n组节理每米长测线上的条数；

Sk为每立方米岩体非成组节理条数。

根据J V 值的大小划分岩体的质量分级，归纳起来，Jv 测量方法大体可分为两类，一类是现场实测法，主要有直接测量法、间距法、条数法等，第二类是统计模拟分析法，其基本原理是基于现场测量信息，采用统计模拟分析方法再现岩体中的节理分布，并基于该分布统计分析岩体体积节理数等岩体结构信息。

（1）直接测量法

直接测量法是直接数出单位体积岩体中的节理数，简称直接法。严格的直接测量法是逐条数出单位体积岩体中的节理条数，这在工程中是难以实现的。实际采用直接测量法时，总是依据结构面发育分布规律，合理选择、利用开挖壁面(临空面)作为测量面，数出单位体积岩体中的裂隙条数。

合理的测量面有如下3种情况:

○1有3个或以上的近于正交的临空面，至少有一个临空面长度在2m以上，这样，可基本看清单位体积岩体中的绝大多数裂隙。但这样好的临空条件比较少见；

○2有两个正交的临空面，且有足够的测量范围，则临空面可框住各种产状的结构面。当结构面与临空面斜交时，测量单位体积内的节理条数，必须将测读范围扩展到单位面积之外，最大测量范围取决于待测节理组与测量面之间的夹角大小；

○3对于单临空面，要求其应与岩体中各组结构面都相交，且夹角越大越好，这样，可在临空面上见到测量体内的所有裂隙。测量时，除了计数单位面积内的所有节理外，对于每一组节理，其扩展测量范围也取决于待测节理组与测量面之间的夹角大小。