论工程岩体完整性的评价方法

西安工程学院学报+,-.’/0,1234/’5’63’55.3’6-’3#5.7389

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论工程岩体完整性的评价方法

胡文寿，张显志

（中国建材地勘中心陕西总队，陕西西安<）)(((\"

［摘要］目前国内外对工程岩体完整性的评价方法很多，均从某一侧面间接反映了岩体的完整程度，缺乏科学性。结合工程勘察实践及相关学科的研究，对岩体完整性评价，建立了!9、提高了.3=新公式，工程岩体完整程度评价方法的科学性。

［关键词］工程岩体完整性；工程岩体稳定性；评价方法研究；!9、.3=新公式

［中图分类号］8（）->?<［文献标识码］/［文章编号］)((<@**??!(()(\"@((?(@(?［作者简介］胡文寿（，男，高级工程师，现从事工程地质勘察、矿产地质勘查等研究工作。)*A(@）

目前，国内对工程岩体完整性的评价，主要有\"种方法，通过特大型工程勘察项目实践，发现国标只6B?(!)C@*>要求使用的这\"种主要评价方法，

从一个侧面间接反映了岩体的完整程度，缺乏科学性，为提高我国对工程岩体完整性评价的科学水平，现就以下问题展开讨论。

表!

岩体结构类型及级别完整性（大块状）岩体（）!较完整（块状）岩体（）\"较破碎（碎块状）岩体（#）破碎性（碎石状）岩体（$）

岩体完整性指标

／#’（!’）（岩块块度）()\"（条／）E

／E&(&\"!)((&!(&!)(!!((&??!(&\"?&!%(

!(!\"?(&\"?!(&)?

节理间距

)岩体完整性评价方法考察

国内外对工程岩体完整性的评价方法很多，主

根据岩体完整性的国家标准，对#.D=、!\"、\"法考察如下：

理每米测线上的条数（条／；E）+体质量指标.本文仅对!.为每立方米岩体D=法在国外应用最广。\"、

\"）。以#非成组节理条数（条／E\"值把岩体完整程度#.D=\"种方法进行讨论。\"、!&!

岩体完整性指标

划分为四级见表)。公式存在如下问题：%此式用两

［］A（）岩体体积节理数#，是国际岩石力学)\"法

委员会推荐用来定量评价岩体完整性的一种主要评要有岩体完整性指数!岩体体积节理数#\"法、\"法、

其数理表达式为岩体质量指标.节理平均间距$法、岩体与价方法，D=法、%#+\"*+),+!,……-,+.岩块动静弹模比法、岩体龟裂系数法、岩心单位裂隙

\"）（条／；#E+-组节数法等。目前国内主要使用前\"种评价方法，其中岩式中，\"为岩体体积节理数-为第

是不符合数理逻辑为了考察!#.D=\"种评价方法的科学性，个量纲不同的单位相加求其和，\"、\"、

是在垂直于主要节理&节理统计通常的做法，首先应明确岩体完整性的指标，因为这是评价方法的；的契合点，也是评价方法优劣的标志。根据国标

走向的测线上，测量节理的间距，直观反映岩块的大分别设小。而#\"法要求不同组节理和非成组节理，线测量节理的间距，这种做法缺乏科学代表性；’此式要求用线统计单位（条／，计算岩体体积节理E）

\"）数（条／是不科学的。如国标要求岩体节理“宜选E

对岩体完整性指标归6B?(!)C@*>及其条文说明，

纳简化如表)。!&\"

岩体完整性评价方法考察

［收稿日期］!(((@)(@)<

择具有三维空间的岩体露头上或开挖壁面上进行统计”。根据立体几何图分析，一般条件下，在岩体三维

万方数据第\"期

胡文寿，等：论工程岩体完整性的评价方法

=)

空间壁面上测得的节理条数，与三维立方体内的节理条数是不相符的，故!\"公式也就失去了它存在的

\"来表示节理的密度，对客观条件；!!!\"公式以条／

工程岩体分级是多解的。对同一节理密度，当节理为

由此可见，迪尔提出的岩体质量指标与我国国标认定的岩体质量指标，是两个完全不同的概念。故我国工程界，引进迪尔的%作为对岩体质量&’法，进行定量评价的主要技术方法，是缺乏科学性的。（）迪尔提出的岩体质量指标名不符实。迪尔$

所谓岩体质量指标，是指钻孔的单位长度中!)9

等距分布时，单位岩体内可以小岩块为主；反之，当节理密集分布时，单位岩体内又可以大岩块占绝对

优势。故同一节理密度，工程岩体分级具有多解性。-据此建立的理念仍未脱离岩!的岩心所占的比例，

基于以上#点理由，笔者认为，国际岩石力学委心采取率概念的范畴。这种所谓的岩体质量指标，同

作为对岩体完整性的定量评价岩体完整性密切相关的岩块没有挂钩，员会推荐的!但与钻探工\"公式，方法，是不科学的。

程质量密切相关。因此，与其说是岩体质量指标，到

（）对岩体质量%岩体质量%更客观更名符其$&’法的考察。&’不如说是钻孔工程取心质量指标，

［，］\"(法，是美国迪尔于)*(+年提出的对岩体质量进实。行定量评价的一种技术方法。（%（）迪尔提出的岩体质量指标具有多解性。根%&’,-.&/01234\"）称为岩体质量指标，是以钻孔的单位长’5628032,87度中!)其表达9-!的岩心所占的比例来确定的。式为

%&’:（表$）。

表!

岩体质量分级非常好岩体（\"）良好岩体（#）一般好岩体（$）不好岩体（%）很不好岩体（&）

据迪尔%采用金刚石双管取心新工艺，对于&’法，巨厚层状灰岩，当节理不发育，层厚多!)!，%&’

指标!*岩体质量为\"级非常好岩体。相应=<时，于节理间距法，为\"级完整岩体；而对于中厚层状灰岩，当节理不发育，层厚多在9D#’9D$!之间，岩体质量也为\"级非常好岩%&’指标!*=<时，体。而相应于节理间距法则为$级较破碎岩体。在上述相同的条件下，以%&’指标划分的岩体质量分级，岂不是相矛盾吗？因此，采用%&’值对岩体质量进行评价，其结论时有相左，缺乏科学性。

（）迪尔提出的%#&’法反映工程地质信息不全面。这种做%&’法把)9-!以上的岩心舍去不计，

（!）9-!的岩心累计长度!)99<;)钻孔深度（!）根据%迪尔把岩体质量划分为=级&’指标，

迪尔岩体质量分级

／%&’<)99!*9*9!+=+=!=9=9!$=$=!9

它的块度及其所占目前，9-!的岩心，\")%&’法在我国工程地质界被广泛关注，法是不科学的。

却往往是工程岩体不完整性和不稳定已载入我国工程界名著《工程地质手册》及多部《工的比例虽小，

岂敢弃之不要了。由此，足程设计规范》，供工程科技人员应用。同时，还载入我性地质信息的重要标志，国学术界多部《工程地质学》、《工程地质学原理》等教科书。颇受国内外工程%&’法自问世\"9多年来，

地质学界重视，特别是国外还把%&’法作为对工程岩体质量进行定量评价的主要技术方法，然而，该公式还存在着诸多问题。

见%风险性很&’指标反映工程地质信息不全面，大，缺乏科学代表性。

根据以上理由，笔者认为我国引进迪尔%&’法，作为对岩体质量即岩体完整性的定量评价方法，不是科学之举。

用岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定”。同

（）迪尔提出的岩体质量概念，同我国国标相#)%\"对岩体完整性指数!\"法的考察

［，］“岩体质量应左。我国国标>?=9$)@A*#明确指出是一种声频弹性波探测技术。测得&法#(，

\"时，还指明“岩石坚硬程度和岩体完整程度，应采用定性划分和定量指标两种方法确定”。岩石坚硬程度指标分级如表\"。

表\"

岩石坚硬程度

／#BC0$岩体弹性纵波波速（&(）和岩石弹性纵波波速’$，（)后，利用公式&（)来反映岩*）’\"+*）(,)’’体完整性。国标称为岩体完整性指数，以&（&\"表示代表指数；，地球物理勘探则称为岩体\"代表体积）

完整性系数以-(表示（-代表系数；。(代表纵波）声波探测实质是探测发射与接收两点之间岩体断面上的声波波速变化的技术成果，故国标称&\"为岩

岩石坚硬程度的指标分级

较硬岩

较软岩

软质岩

极软岩\"=

9(9!\"9\"9!)=)=!=!(

坚硬岩

万方数据岩体完整程度指标分级见表。)

*!西安工程学院学报

第!%卷

体完整性指数是不严谨的。再则，!\"法是一种宏观的间接性探测方法。它不能直观反映岩体中岩块的发育程度。因此，国标把!\"值法定为对岩体完整性评价的“主要定量指标”，并称为“主要评价方法”也是欠妥的。有必要对!\"法的科学性进行实事求是的再评价。

统计。岩块在数理统计中属随机事件，对其进行有代表性的测量统计，根据概率论原理，是具有科学代表性的。因此，岩块的数理统计法，应是目前岩体完整性直接定量评价方法的最佳选择。现将新拟评价方法讨论如下：!!\"

地质\"#法

沿测线对岩块!$法是指在岩体天然露头上，

长度（即节理间距）进行统计测量的方法，称为地质岩块线统计方法，简称地质!$法。

测线布置原则：测线应布置在工区有代表性的岩体露头上。每个工区测线应不少于%条。测线布置应垂直于主要节理组的走向，宜选择在近于水平的岩面上或近于直立的岩壁上，进行三维线统计。测线长度一般应!&’(。

统计方法：测线上出现的节理均应进行统计，统计节理的条数，测量节理产状和岩块的长度，区分节理的性质并记录造册。然后按岩体岩块的分级标准，分为\"&、、、%’&%’!’%)’%)!’%!%!()级进#’

依铁路、公路、水利工行归类，并计算)级的岩块率。程勘察对岩块的习惯用语，分别称为大块率、块石率、碎块率、碎石率。岩块率是以分级岩块累计长度与测线长度的百分比来确定的。以!$来表示（!表示比率，。$表示岩块）

新拟岩块率计算公式为

!

科学评价方法探索

为了探索岩体完整性更科学的评价方法，必须

首先了解岩体的结构，才能找到岩体完整性的科学评价方法。岩体的结构，是地壳运动的产物。

节理好比是大自然的一把神刀，把完整的岩体切割成了大小不同的岩块。岩体是岩块的集合体，岩块则是岩体的单元块体。可见节理和岩块与岩体的完整性密切相关。

岩体的完整性，指岩体开裂和碎裂程度，主要取决于两个因素：一是结构面。本文指岩体所有的不连续界面，包括节理、劈理和开层理等（下文统称节理）。节理是个面，没有三维空间量的概念，对岩体完整性仅具有间接的定性控制作用。节理是岩体的破坏者，一般节理越发育，岩体完整性和稳定性也越差；二是结构体即岩块。岩块是节理切割岩体而生成的单元块体，具有三维空间量的概念，对岩体的完整性具有直接的定量控制作用。一般岩块越大，岩体完

’’&(’!(……)!’’+&*&$整性和稳定性也越好。因此，决定岩体完整性的关键’（+），（(），因素，不是节理面本身，而是节理化的产物岩块大小式中!$为岩块率’)个岩块长度)为第（(）。及其级配。抓住了问题的本质岩块这一关键的因素。’为岩体测线长度

岩体分级判别原则：就可以找到对岩体完整性进行科学评价的最佳技术)级岩块率之和理论值为当其中一级岩块率!*即以此值确定&’’+，’+时，

当不能满足这一条件时，应以岩块为了探索岩体完整性评价方法的科学性，对评岩体所属的级别。

价方法依其精度分为半定量法和定量法两大类。一级配由大到小的顺序以最先符合者确定。方法。

般说来，定量法比半定量法精确性高；依其性质又分

例如测线长&测得岩块长度分别为’%&+(，

、、、、、、、、为直接定量法和间接定量法两大类。一般说来，直接’%!%’%%*’%)+’%!,’%*+’%+!’%,%’%-+

、、、、、、、、定量法比间接定量法精确性高。据此，上述#%&*’%,-’%)%’%+*’%)!’%&-’%!&’%%)\"、&

、、、、均为间接定量法，其中#%&+’%)%’%*+’%+’’%&,(共计!&块。\"#$、!%种评价方法，\"\"为’间接半定量法，可见这%\"#$和!\"为间接定量法。

种评价方法，都不是直接定量法，均不令人满意。因此，探索对岩体完整性直接定量的科学评价方法势在必行，于是引起了笔者另辟思路，在岩体岩块上寻找突破口。

岩块是岩体完整性的直观标志。它在岩体露头

大块率!$&&%&*(.&’/&+(0’/&&

块石率!$0,/&(.&’/&+(0’/,’碎石率!$0&/)(.&’/&+(0’/&)碎石率!$0’/*&(.&’/&+(0’/’*根据块石率等于,工区岩体定为!级较完’+，整性岩体。

应指出的是，岩体中的构造破碎带和软弱薄层，

万方数据上一目了然，既便于直接定量识别测量，又适于数理

第;期

胡文寿，等：论工程岩体完整性的评价方法

%;

往往是影响岩体稳定性的关键因素，应单独进行统4、、、、、、、、&3%4&<34&:;4&534&3$4&654&6:4&;%

计并在文字报告中给予说明。、、、、、、、、4&<94&6;4&;34&4:4&;$4&%$4&$:3&36方法简单，成果快，花钱少，、、岩块总长度为3!\"法，!\"指标可4&:<4&;<4&557，6=6$7。

大块!与岩块一维长度直接挂钩，显然比#&#>6=;%7?36=947>4=395$法更科学。

块石!&#>:=4%7?36=947>4=%%3!!!钻探\"#$法

迪尔提出的岩体质量指标!虽然存在诸\"#法，多问题，但迪尔提出的采用金刚石钻机双管取心工艺，在钻孔岩心中寻找关于岩体质量定量评价方法的思路，却闪耀着科学思维的光芒，遗憾的是迪尔的思维未能延伸到与岩体完整性密切相关的岩块中，终未提出岩体质量评价的科学定量准则。

根据我国金刚石钻机双管取心的新工艺，岩心采取率一般都在$对岩体的结构面（节理%%以上，

碎块!&#>6=;<7?36=947>4=395碎石!&#>4=%;7?36=947>4=453根据块石!钻孔中岩心确定为!&#>%%=38，级较完整性岩体。

是一种新方!&#法对钻孔岩体进行定量评价，法，工程界人士还不熟悉。就钻孔岩心中对岩块的识别、统计、测量、计算有关问题尚须择要说明：结构面的判别，凡岩心轴断面平坦，面上有风化现象、擦痕

泥铁质污染等现象者，均可判断为结构面，结和开层理）和结构体（岩块）的面貌基本没有破坏，遗迹、

岩块判别，凡两个结构面之为我国利用钻孔岩心对岩体的岩块进行线统计提供构面是判断岩块的关键；了前提条件。结合岩体钻探实践，笔者根据钻孔工程岩体完整性评价的习惯用语，提出了岩体完整性（!）指标，即钻孔中岩!&#’()&*+,./+,1/*2/’*-0#-心的岩块率。

间为完整岩心段，均可判断为一个岩块。凡两个结构面之间有两个以上的岩心段，其中间断面为新鲜断口且相互吻合者，系为机械破坏断面，仍可判断为一个岩块；岩块#3为简化计算，可合并为近4(7者，

钻孔中岩体软弱薄层和是指在岩体钻孔岩心上，沿岩心轴线对34(7长度参加块度统计；!&#法，

是影响岩体稳定性的关键因素，应单独岩块长度（即节理间距）进行统计测量的方法，称为构造破碎带，

统计计算；并在钻孔柱状图上和有关断面图上标示钻探岩块线统计法，简称钻探!&#法。

统计方法，在钻孔岩心轴线上，从上到下对岩心上遇到的岩块和结构面均应进行统计，统计节理的

清楚；钻探!应选择在工程基础下影响&#值计算，岩体孔段或工程硐体影响岩体孔段进行统计计算。

分为大块状、块状、碎条数，测量节理的间距即岩块的长度，区分节理的性!&#值以岩体工程分级标准，

碎石状5级分别计算，以便对岩体完整程度进质并记录登记造册。然后按工程岩体的分级标准，分块状、故为!3、、、!&#值因受到钻孔取心质量的制约，&43&4!4&54&5!4&6&675级进行行科学定级；\"4

归类，并计算5级的岩块!依工程地质习惯用!&#法特别强调钻探要采用先进的金刚石钻机双管&#值，

使钻孔中岩体结构面和结语，分别称为大块!块石!碎块!碎石绳索取心新工艺新技术，&#、&#、&#、岩体完整性指标!是以岩心分级岩块累计!&#。&#，

长度与钻探深度的百分比来确定的。新拟岩体完整性指标计算公式为

构体（岩块）保持原貌，以确保!它&#法的科学性，故!比迪尔的!\"#法更科学可信。&#法不失为目前对地下深部岩体完整程度进行直接定量评价的一种

更科学的技术方法。(3)(6)……(*!&#’44%+3

(!!%物探\"#法

式中!（或称为岩块率%），物探,-法对岩体完整性探测，能深入岩体深&#称为岩体完整性指标

（7），（7）。部，以成果快、花钱少为特点，颇受工程界关注。根据(*个岩块长度(为钻探深度*为岩心第

6（.以,-值岩体结构分级见岩体分级判别原则：!&#值之和一般略#,-’-0.1）公式，//当其中一级!即以此值确定表3。3448。&#值$%48时，

钻孔中岩体所属的级别，当!只是一种宏观的间接性定量评价物探,-法，&#值不满足这一条件

时，应以岩块级配由大到小的顺序以最先符合者确定。

方法，它具有一定的局限性，对其不应期望值过高。故把,-值称为断面岩体完整性指数较为科学。,-值法作为对岩体完整性进行定量评价的间接性辅助

例如，钻孔深度为3测得岩块计6其6&97，%块，

万方数据长度分别为、、、、、、方法，目前仍然是一种较科学的评价方法。4&634&5:4&363&6;4&954&%%

/’西安工程学院学报

第#!卷

直接性定量公式，其指标可与岩块直接挂钩，具有较

!

结论

科学的代表性。以%&和$(&法代替!%&\"法和$

法，并辅以#$法配合，无疑将会有助于提高我国工程地质学对岩体完整程度定量评价方法的科学水平，可以作为目前对岩体完整程度进行直接定量评价的科学方法。

［

参

考

文

献

］

（）是一个间接性\"!\"公式对岩体完整性评价，

半定量公式，有多解性，不符合数学逻辑，缺乏科学代表性，不宜作为对岩体完整程度进行定量评价的科学方法。

（）（岩体完整性）评价，#$%&公式对岩体质量是一个宏观的间接性定量公式，其指标不能与岩块［\"］挂钩，具多解性，缺乏科学代表性。不宜作为对钻孔岩体完整程度进行定量评价的科学方法。

（）是一个宏观的!#$公式对岩体完整性评价，间接性定量公式，其指标不能与岩块直接挂钩，只从一个侧面反映了岩体的完整程度，可以作为对岩体完整程度进行定量评价的辅助方法。

（）是一个’%&、$(&公式对岩体完整性评价，

武汉地质学院)构造地质学［*］北京：地质出版社，)\"+,+)

［］刘云从)石材地质与开采［*］西安：陕西科学技术出版社，#)\"+-#)

［］胡广韬)工程地质学［*］北京：地质出版社，!)\"+-’)

［］工程地质手册编写委员会)工程地质手册（第三版）［.］北京：’)

中国建筑工业出版社，\"++#)［］浙江省交通设计院0中华人民共和国行业标准1/213#45+3公路隧道设计规范［6］北京：人民交通出版社，)\"++3)［］7，工程岩体分级标准［6］48/3#\"-5\"++’)

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万方数据