巖體完整性系數(shù)的測(cè)量與確定1概述目前國(guó)內(nèi)的圍巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，常采用巖體的完整性系數(shù)KV來衡量巖體的完整性。巖體完整性是指巖體內(nèi)以裂隙為主的各類結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度，取決于結(jié)構(gòu)面切割程度、結(jié)構(gòu)體大小以及塊體間結(jié)合狀態(tài)等因素，是巖體結(jié)構(gòu)的綜合反映。因此，在巖體結(jié)構(gòu)的地下工程建設(shè)中，巖體的完整性對(duì)工程建設(shè)具有十分重要的意義。巖體的完整性系數(shù)KV值的大小直接反映了巖體相對(duì)于巖石的破壞程度，即表征巖體相對(duì)于巖石的完整和破壞程度，是圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，越來越受到工程界的青睞，廣泛應(yīng)用于工民建'水利'公路'鐵路等行業(yè)。由于巖體是非均質(zhì)體，巖體每一個(gè)部位的完整性系數(shù)都不同，對(duì)某一具體工程而言，如何取一個(gè)合理的完整性系數(shù)，對(duì)圍巖的評(píng)價(jià)有著重要的影響，甚至直接影響到工程的安全穩(wěn)定和投資。因此，在巖土工程勘察中，合理地確定巖體的完整性系數(shù)是一個(gè)值得研究的課題。2巖體完整性系數(shù)定義3巖體波速'巖塊波速的測(cè)量3.1準(zhǔn)備工作3.1.1地質(zhì)資料的收集和整理波速試驗(yàn)主要收集整理鉆孔資料及區(qū)域地質(zhì)資料，包括地層巖性'地質(zhì)構(gòu)造、巖體的工程地質(zhì)特性'物理力學(xué)指標(biāo)等。由于巖體的波速測(cè)量在鉆孔內(nèi)進(jìn)行，因此，鉆孔完成后，要先對(duì)鉆孔資料進(jìn)行整理，完成“鉆孔柱狀圖”編制，在“鉆孔柱狀圖”中要依據(jù)地層巖性和巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD直進(jìn)行分層，每一層的巖性、結(jié)構(gòu)面及裂隙的分布特征都要進(jìn)行詳細(xì)描述，對(duì)巖體的波速有一個(gè)初步的估計(jì)直，為測(cè)量中數(shù)據(jù)是否異常提供初步判斷依據(jù)。3.1.2鉆孔處理一是進(jìn)行堵漏，孔內(nèi)巖體波速測(cè)量一般采用水作耦合劑，因此在鉆進(jìn)過程中要對(duì)漏水部位進(jìn)行堵漏處理，確保沖洗液不被漏失。二是進(jìn)行護(hù)壁，在地層破碎段，容易產(chǎn)生塌孔和掉塊，損壞換能器，對(duì)于這樣的部位均要提前采取處理措施。3.1.3聲波儀和換能器的檢校按照要求，每次測(cè)量前均需要對(duì)聲波儀和換能器進(jìn)行檢校，目前聲波儀和換能器沒有專門的檢校機(jī)構(gòu)，需要各單位自行檢校，最簡(jiǎn)便的方法是各單位準(zhǔn)備幾組已知波速的模具（如鋼管、硬塑材料管等），建立模具波速數(shù)據(jù)庫(kù)，試驗(yàn)前，先測(cè)量模具的波速，看測(cè)量直是否異常，誤差是否在允許范圍內(nèi)，若誤差超出允許范圍，要查找原因，進(jìn)行修正，對(duì)于原因不明確或無法進(jìn)行修正的聲波和換能器不能使用。3.2巖體波速的測(cè)量方法孔內(nèi)巖體波速的測(cè)量方法按測(cè)量類型可分為單孔法和跨孔法，按激發(fā)方式可分為儀器自發(fā)自收和人工激發(fā)等。對(duì)測(cè)試巖體完整性系數(shù)而言，常采用單孔法、自發(fā)自收的測(cè)量方式，既方便，數(shù)據(jù)又比較可靠，這里作簡(jiǎn)單介紹。如圖1所示，換能器由一^發(fā)射端F和兩個(gè)接收端S1、S2組成，F(xiàn)到S1的距離為300mmS1到S2的距離為200mm其測(cè)量原理是：波從F發(fā)射，經(jīng)過耦合劑傳播到巖體，沿巖體滑行，再經(jīng)過耦合劑傳播到接收端S1和S2,設(shè)波從F傳播到S1的時(shí)間為t1，到S2的時(shí)間為t2,則t2-t1即為聲波在測(cè)量段巖體中傳播的時(shí)間（單位um），根據(jù)距離關(guān)系可得出巖體的波速為：從以上的測(cè)量原理可以看出，波在巖體中的走時(shí)為兩個(gè)接收換能器的走時(shí)差，消除了聲波在耦合劑中產(chǎn)生的走時(shí)誤差，保證了測(cè)量的精度。測(cè)量時(shí)，先將換能器放到孔底，記錄好S2所在位置，然后從“孔底”向“孔口”逐次測(cè)量，每次移動(dòng)200mm直到測(cè)量完成。這種測(cè)量方式保證了全孔巖體連續(xù)測(cè)量。測(cè)量過程中，穩(wěn)定而良好的耦合劑，是測(cè)量準(zhǔn)確可靠的保證，因此必須滿足耦合劑的一致性，耦合條件一旦稍有改變，就可能導(dǎo)致波形失真和數(shù)值產(chǎn)生誤差。測(cè)量時(shí)，還要將測(cè)量數(shù)據(jù)與地層條件結(jié)合起來分析，若發(fā)現(xiàn)波形有異常，應(yīng)在同一個(gè)測(cè)量段進(jìn)行多次測(cè)量，確保測(cè)量精度。3.3巖塊波速的測(cè)量方法3.3.1取樣應(yīng)區(qū)別于一般勘察的取樣標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)地層情況取典型性的巖芯進(jìn)行波速試驗(yàn)。應(yīng)依據(jù)鉆孔柱狀圖分層取芯做巖塊波速實(shí)驗(yàn)，原則上同一巖性的巖芯不能少于6組，如果條件允許的情況下，盡量按每米取12組進(jìn)行試驗(yàn)，因?yàn)椋幢闶峭环N巖性，在不同的孔段，由于受到風(fēng)化程度及應(yīng)力狀態(tài)的不同，有時(shí)波速差異也比較大。3.3.2巖塊波速測(cè)量巖塊波速測(cè)量參照《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50266-99的相關(guān)條文執(zhí)行。4測(cè)量數(shù)據(jù)處理及完整性系數(shù)KV的確定4.1巖體波速數(shù)據(jù)處理依據(jù)聲波儀采集到的數(shù)據(jù)，按表一的形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理。波速分層平均是指巖體波速按照“鉆孔柱狀圖”的地層分層進(jìn)行算術(shù)平均（由于是等距連續(xù)測(cè)量，此時(shí)算術(shù)平均等于加權(quán)平均）。根據(jù)表一的數(shù)據(jù)，以孔深為橫坐標(biāo)、波速為縱坐標(biāo)，繪制孔深波速分布曲線，并根據(jù)曲線的分布情況初步判斷巖體質(zhì)量，看是否與鉆孔取芯情況一致。圖2為某工程“孔深?波速分布曲線”，從曲線的分布來看，該鉆孔10.6?11.6m，15.4?22m，27?32m段巖體比較破碎，27?32米段，曲線呈大的鋸齒狀，說明該段裂隙發(fā)育，且裂隙張開寬度較大，但不密集，導(dǎo)致波速起伏較大，35米后巖性發(fā)生變化，與鉆孔取芯情況對(duì)照基本一致。4.2巖塊波速數(shù)據(jù)處理巖塊波速按照表二的格式進(jìn)行處理。波速分層平均是指巖塊波速按照“鉆孔柱狀圖”的地層分層進(jìn)行算術(shù)平均。4.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及完整性系數(shù)KV確定依據(jù)表一和表二的數(shù)據(jù)，按照鉆孔柱狀圖對(duì)巖體的分層，將巖體波速、巖塊波速按表三的格式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。上式中，表示第i層巖體的平均波速，表示第i層巖塊的平均波速，表示第i層巖體的厚度。從以上四個(gè)平均數(shù)可以看出，由于各地層的厚度不同，按照直接平均和加權(quán)平均求得的波速值也不盡相同。可以看出按兩種方法求出的完整性系數(shù)有一定的差異，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果地層比較均勻時(shí)，差異較小；如果地層不均勻，差異就比較大。由于加權(quán)平均考慮了各段地層所占的權(quán)重，因此，用加權(quán)平均計(jì)算的完整性系數(shù)相對(duì)比較合理。筆者做過大量的統(tǒng)計(jì)，巖體波速測(cè)量中有如下規(guī)律：間隔0.2米連續(xù)測(cè)量情況下，用加權(quán)平均求出的波速與用“巖體總長(zhǎng)度?M聲波在巖體中傳播的總時(shí)間”求出的波速基本一致，說明用加權(quán)平均法求巖體的波速是比較科學(xué)的，用此波速計(jì)算出的完整性系數(shù)也是可靠的。5結(jié)論與建議本文結(jié)合工程實(shí)際對(duì)巖體完整性系數(shù)的測(cè)量及確定方法進(jìn)行了介紹，在確定巖體的完整性系數(shù)中，要注意以下幾點(diǎn)：（1） 測(cè)量要以地質(zhì)為基礎(chǔ)，以巖體結(jié)構(gòu)為核心。在進(jìn)行波速測(cè)量前，應(yīng)當(dāng)對(duì)測(cè)量段地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析；（2） 測(cè)量過程中，要認(rèn)真分析測(cè)量數(shù)據(jù)，查看波形是否與掌握的地層情況一致，若出現(xiàn)較大異常時(shí)，應(yīng)查清原因；（3） 取樣做巖塊波速時(shí)，樣品要具有代表性；（4） 計(jì)算完整性系數(shù)時(shí)，巖體、巖塊的波速建議采用厚度加權(quán)平均，充分考慮不同地層所占的權(quán)重