量化圍巖等級的測試方法
【專利摘要】本發明提出了一種量化圍巖等級的測試方法，該方法包括以下步驟：根據巖土工程需要，在開挖面圍巖評價區域內選定測區；在所述測區內進行回彈試驗以得到測區的平均回彈值，并根據測區的平均回彈值得到評價區域的特征回彈值；根據測得的評價區域的特征回彈值的大小得到圍巖等級。該方法不僅在現場操作方便、快速，而且同一部位實際讀數較為穩定，能夠綜合反映不同的地質構造條件和水文條件的影響，而且還可以反映施工開挖過程中圍巖的演變程度。并且，這種方法可提出客觀具體量化指標，在很大程度上排除主觀因素的干擾，可作為巖土和地下工程施工過程中的對圍巖分級快速校核及爭議仲裁判斷的量化依據。
【專利說明】
量化圍巖等級的測試方法
技術領域
[0001]本發明涉及巖土和地下工程技術領域，尤其是涉及一種量化圍巖等級的測試方 法。
【背景技術】
[0002 ]巖土體材料性能的現場快速確定，對現場巖土力學分析、工程動態設計和施工有 著重要意義，是研究巖土工程穩定、支護系統優化設計與施工方法合理優化的重要前提。在 各種性能參數中，最重要的是代表圍巖質量的圍巖等級。
[0003]現有階段中，常采用RMR圍巖分級法、Q圍巖分級法和BQ圍巖分級法等方法對圍巖 進行分級。但是使用這些方法的時候，需要綜合很多因素，非常復雜，難以在施工現場快速 獲得。例如需要考慮巖石單軸抗壓強度、RQD(巖體質量指標）、節理間距、節理狀態、地下水 以及節理走向等多種因素。另外，現有的分類方法中，定性成分太多，并且很大程度上取決 于工程經驗。這些方法適宜在巖土和地下工程施工之前，對工程區域巖土體進行宏觀分級； 而在施工過程中，則上述方法就難以適應地質條件不斷發生變化，要快速調整巖體分級以 及進行支護參數優化的需求了。
[0004]因此，就需要采用一種現場操作方便，能夠快速量化確定圍巖等級的簡單易行的 測試方法。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中所存在的上述技術問題，本發明提出了一種量化圍巖等級的測試 方法。該測試方法能在現場操作，并且快速得到圍巖的等級。
[0006] 根據本發明提出了一種量化圍巖等級的測試方法，包括以下步驟：
[0007] 根據巖土工程需要，在開挖面圍巖評價區域內選定測區；
[0008] 在所述測區內進行回彈試驗以得到測區的平均回彈值，并根據測區的平均回彈值 得到評價區域的特征回彈值；
[0009] 根據測得的評價區域的特征回彈值的大小得到評價區域的圍巖等級。
[0010] 在一個實施例中，在評價區域內選定多個測區，各所述測區的中心點之間間隔第 一距離。
[0011] 在一個實施例中，在各測區內進行回彈試驗時，將所述測區分為多個均布設置的 子測區，回彈點設置在所述子測區的中心區域處。
[0012] 在一個實施例中，在各子測區內進行多次回彈試驗，當連續不小于3次的回彈值之 間的偏差不大于百分之十時，停止回彈試驗，記錄最后三次的回彈值的平均值為子測區的 回彈值X」，并分別根據公式（1)和(2)來計算所述測區的平均回彈值和所述評價區域的特征 回彈值：
⑴ (2)
[0015] 其中，X為評價區域的特征回彈值，&是測區的平均回彈值，m是一個測區中的子測 區的個數，n為評價區域內的測區的個數。
[0016] 在一個實施例中，在各所述測區中，所述子測區為三行三列的矩陣式分布。
[0017] 在一個實施例中，在測區內，采用光透過帶有均勻分布的孔的遮光片的方法確定 子測區。
[0018] 在一個實施例中，采用混凝土回彈儀進行回彈試驗。
[0019] 在一個實施例中，在利用混凝土回彈儀進行回彈試驗時，混凝土回彈儀的錘擊方 向與圍巖表面的切線方向垂直。
[0020] 在一個實施例中，測區的有效直徑為0.3-0.7米。
[0021] 在一個實施例中，在根據評價區域的特征回彈值得到圍巖等級后，再計算評價區 域的圍巖的強度參數。
[0022] 與現有技術相比，本發明的優點在于，通過回彈試驗便能夠在現場更快速準確地 確定圍巖等級，并且現場操作簡單。同時，由于回彈試驗結構可以綜合反映圍巖中的裂隙、 節理等內部構造的不連續性和不均勻性，以及爆破及地下水存在的影響，因而試驗數據更 有代表性和針對性，有利于后期施工支護參數的優化。
【附圖說明】
[0023] 下面將結合附圖來對本發明的優選實施例進行詳細地描述，在圖中：
[0024] 圖1顯示了根據本發明的實施例的測試方法的流程圖；
[0025] 圖2顯示了根據本發明的實施例的在隧道橫截面上的測區分布圖；
[0026] 圖3顯示了根據本發明的實施例的在隧道縱截面上的測區分布圖；
[0027] 圖4顯示了根據本發明的實施例的測區中回彈點的布置圖；
[0028]圖5顯示了在進行回彈試驗時混凝土回彈儀錘擊方向示意圖；
[0029] 圖6顯示了根據本發明的一個實施例的彈性模量與回彈值的擬合方程線；
[0030] 附圖并未按照實際的比例繪制。
【具體實施方式】
[0031] 下面將結合附圖對本發明做進一步說明。
[0032] 圖1顯示了量化圍巖等級的測試方法的流程圖。如圖1所示，測試方法包括以下步 驟:S01步，根據工程需要，在評價區域內選定測區；S02步，在測區內進行回彈試驗以得到測 區的平均回彈值，并根據測區的回彈值得到評價區域的特征回彈值;S03步，根據測得的評 價區域的特征回彈值的大小判斷圍巖等級。
[0033] 由此，本申請中通過回彈試驗便能得到評價區域的圍巖等級，現場操作方便。另 外，由于回彈試驗可以充分反映巖土中的裂隙、節理等內部構造的不連續性和不均勻性，因 而試驗數據對影響因素反映的綜合程度高。并且巖土的地質水文等因素已反映在回彈試驗 的回彈值中，則不需要另外考慮地質、水文等影響因素。
[0034] 例如，以某地下工程隧道10號的圍巖為例，如圖1和2所示，首先，根據工程需要，選 定拱腰附近為評價區域1，評價區域1沿隧道10的縱軸方向分布。
[0035] 接著，在評價區域1內劃分多個測區2,例如，在圖1和2中以黑色的點表示測區2。為 了保證所得到的數據的穩定性和代表性，優選地，可在評價區域1內選定多個測區2。多個測 區2在評價區域內均勻分布，并且各測區2的中心點之間間隔第一距離。第一距離可以為 0.3-0.7米，例如，第一距離可以為0.5米。
[0036] 在各測區2內進行回彈試驗前，將測區2分為多個子測區3,如圖4所示。為了進一步 地保證所得到的數據的穩定性和代表性，以及方便操作，子測區3在測區2的范圍內大致均 勻分布，并且回彈點4盡量設置在子測區3的中心區域處。
[0037] 需要說明地是，在本申請中，回彈點4不限于設置在子測區3的中心區域處。例如， 如果子測區3的中心區域處恰有節理或者裂隙，而為了避開節理或者裂隙，回彈點4可以移 到偏離子測區3的中心的附近其它區域處。
[0038] 在一個實施例中，在子測區3中進行回彈試驗時，需要在一個回彈點4處多次錘擊。 當在同一回彈點4錘擊連續不小于3次的回彈值之間的偏差不大于百分之十時，停止回彈試 驗，記錄最后三次的回彈值的平均值為回彈點的回彈值X」。例如，在工程中，可以規定錘擊 連續三次的回彈值之間的偏差小于或等于百分之十時，可將最后三次的回彈值的平均值為 回彈點的回彈值X」。得到測區2中各個回彈點的回彈值X」后，取其平均得到此測區2的平均回 彈值。也就是通過公式
，來計算測區2的平均回彈值Xi，公式中，m是測區2中的 子測區3的個數。
[0039] 在得知評價區域1內的各測區2的平均回彈值乂:后，可以通過公式計算評價區域1 的特征回彈值X，即I
其中，X為評價區域1的特征回彈值，n為評價區域1內的測 區2的個數。
[0040] 根據本發明的一個實施例，在各測區2中，子測區3為三行三列的矩陣式分布。通過 這種設置能保證得到更具有代表性的數值，同時避免操作測量次數過高，而降低操作效率。 為了提高測量回彈值的操作效率，可采用光透過帶有均勻分布的孔的遮光片的方法確定子 測區3。也就是，將帶有3X3孔的遮光片放置在光源(例如電筒）的前方，將光照射處的光斑 處標記為測試點，則可在測區內劃定3X3的網格以形成子測區3。
[0041] 而為了保證回彈測試的效果，測區2的有效直徑在0.3-0.7米之間，例如，測區2的 有效直徑約為0.5米。如果測區2為正方形，則測區2的有效直徑為邊長，也就是正方形的邊 長在0.5米左右。當然，測區2還可以為其它形狀，例如，圓形、多邊形或梅花型中的一種或多 種。并且，在各測區2的中心點之間間隔第一距離的前提下，各測區2不應有重疊的部分。 [0042]可采用混凝土回彈儀進行回彈試驗。混凝土回彈儀價格不高，操作簡單，操作員不 需要經過特別復雜的培訓便能進行操作，由此降低了操作成本。同時，采用混凝土回彈儀可 直接得到所測的區域的回彈值，并且所測的區域的地質、水文等值以反映在所得到的回彈 值中，由此保證得到的數據值的代表性。
[0043]優選地，如圖5所示，在利用混凝土回彈儀進行回彈試驗時，混凝土回彈儀的錘擊 方向與圍巖(畫有剖面線的部分)的表面的切線方向垂直，進一步地保證了所得數據的精確 度。
[0044] 在地下工程施工初期，可以選擇設計、監理、施工等參建各方達成共識的，比較典 型有代表性的各種等級的圍巖，作為評價區域1，按照本發明提出的方法分別進行回彈測 試，得出相應級別圍巖評價區域的特征回彈值的范圍。統計和分析得到的大量特征回彈值 與圍巖級別的關系，即可歸納整理得到表1。
[0045] 在此后的施工過程中，即可通過回彈測試的方法，依據表1給出的范圍，快速得到 新開挖出的圍巖的級別。
[0046] 例如，某一評價區域1的特征回彈值為63,則對照表1得到此評價區域1的圍巖等級 為n級。
[0047] 表 1
[0049]^表2列出了前期得到的不同圍巖等級強度參數的對應關系，再通過表1，則也可以 得到特征回彈值（中值)與巖體強度參數的關系。由于得到特征回彈值不是一個定值而是一 個變化范圍，所以根據某級別圍巖的具體回彈值可以更為精確地確定其強度參數，而不是 如表2給出的一個宏觀的平均值。這對于地下工程數值分析中材料參數確定，更具有明顯的 意義。
[0050] 例如，在得知圍巖等級為n級時，可通過表2得到圍巖的彈性模量為20.5GPa。而為 了得到更加精準的圍巖的彈性模量，可根據表2中的回彈值與圍巖的彈性模量進行擬合，得 到擬合方程，如圖6所示。通過表2中的參數對應關系，擬合出的特征回彈值與圍巖的彈性模 量的關系式為再將得到的具體的評價區域的特征回彈值帶入到上述擬合 方程中，得到更精準的彈性模量值，例如，將回彈值63GPa帶入上述方程，可得圍巖的評價區 域1的彈性模量為16.87GPa。采用這個值計算則得到偏于安全的結論，而采用原來20.5GPa 則會得出偏于樂觀因而危險的結論。
[0051] 本發明的測試方法能針對圍巖的不均勻特征以及現有現場測試方法操作的復雜 性，以及由此造成巖體質量判定耗時和其力學參數較難提取等方面的缺陷，提出了一種不 僅能在現場操作方便、快速，而且同一部位實際讀數較為穩定，能夠綜合反映不同的地質構 造條件和水文條件的影響，而且還可以反映施工開挖過程中圍巖的演變程度的快速量化圍 巖分級和強度參數的回彈測試技術和方法。并且，這種方法可對傳統評價結論進行校對，在 很大程度上排除主觀因素的干擾，可作為傳統評價方法的快速校核及仲裁措施。由此，本測 試方法使得后期施工中的支護系統優化設計與施工方法更合理化。
[0052] 表 2
[0054] 需要說明地是，本申請雖然是以隧道為例，但是本申請中的量化圍巖等級的測試 方法不僅可以應用在隧道中，還可以應用在其它巖質洞室、邊坡和基坑等其它巖土工程中。
[0055] 以上所述僅為本發明的優選實施方式，但本發明保護范圍并不局限于此，任何本 領域的技術人員在本發明公開的技術范圍內，可容易地進行改變或變化，而這種改變或變 化都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以權利要求書的保護范 圍為準。
【主權項】
1. 一種量化圍巖等級的測試方法，其特征在于，包括W下步驟： 根據巖±工程需要，在開挖面圍巖評價區域內選定測區； 在所述測區內進行回彈試驗W得到測區的平均回彈值，并根據測區的平均回彈值得到 評價區域的特征回彈值； 根據測得的評價區域的特征回彈值的大小得到評價區域的圍巖等級。2. 根據權利要求1所述的測試方法，其特征在于，在評價區域內選定連續分布的多個測 區，各所述測區的中屯、點之間間隔第一距離。3. 根據權利要求1或2所述的測試方法，其特征在于，在各測區內進行回彈試驗時，將所 述測區分為多個均布設置的子測區，回彈點設置在所述子測區的中屯、區域處。4. 根據權利要求3所述的測試方法，其特征在于，在各子測區內進行多次回彈試驗，當 連續不小于3次的回彈值之間的偏差不大于百分之十時，停止回彈試驗，記錄最后=次的回 彈值的平均值為子測區的回彈值、，并分別根據公式（1)和(2)來計算所述測區的平均回彈 值和所述評價反城的據佈問強值； (1) 掛 其中，X為評價區域的特征回彈值，Xi是測區i的平均回彈值，m是一個測區中的子測區的 個數，n為評價區域內的測區的個數。5. 根據權利要求4所述的測試方法，其特征在于，在各所述測區中，所述子測區為=行 立列的矩陣式分布。6. 根據權利要求4或5所述的測試方法，其特征在于，在測區內，采用光透過帶有孔的遮 光片的方法確定子測區。7. 根據權利要求1或2所述的測試方法，其特征在于，采用混凝±回彈儀進行回彈試驗。8. 根據權利要求7所述的測試方法，其特征在于，在利用混凝±回彈儀進行回彈試驗 時，混凝±回彈儀的鍵擊方向與圍巖表面的切線方向垂直。9. 根據權利要求1或2所述的測試方法，其特征在于，測區的有效直徑0.3-0.7米。10. 根據權利要求1或2所述的測試方法，其特征在于，在根據評價區域的回彈值得到圍 巖等級后，再確定評價區域的圍巖的強度參數。
【文檔編號】G01N33/24GK105911256SQ201610437798
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】李仲奎, 梁建毅, 徐彬, 李敬毅, 鄒靜, 劉曉亮
【申請人】清華大學, 黃島國家石油儲備基地有限責任公司