一种复合型蚀变岩/带的工程地质分类方法

摘要

本发明公开了一种复合型蚀变岩/带工程地质分类方法，涉及岩土及水电工程领域。复合型蚀变岩/带工程地质分类方法，首先，对调查区内原岩，按照现有的规范或标准进行分类，分别测试各类原岩的纵波波速，分别平均后得纵波标准值，以调查区新鲜无卸荷原岩的纵波波速为基准值，计算各类原岩纵波标准值相对基准值的损失率Li；然后，对调查区内蚀变岩/带进行地质调查与测试，对各蚀变类型的岩体进行纵波波速测试，对蚀变岩/带进行蚀变类型工程地质划分，对蚀变岩/带进行不同蚀变类型区域划分，进行纵波波速测试，计算各蚀变区域的综合纵波波速相对基准值的损失率L′t；最后以Li为界限值将处于同一区间内的L′t对应的蚀变岩/带划分为同一类型。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土及水电工程领域，特别涉及一种应用于存在多种蚀变类型岩体的/带的工程地质分类方法。

背景技术

蚀变岩指因热液作用、表生及构造作用等引起岩石和矿物的次生变化而形成的岩石，蚀变作用通过改变岩体内部的部分矿物成分、结构构造类型等，改变原生岩体物理力学特性，蚀变作用的差异性则会造成岩体性状不均匀，甚至形成工程的软弱带等地质缺陷。长期以来，蚀变岩的研究主要应用于矿床地质学，主要通过蚀变岩特征研究其相关成矿矿物的质、量、分布规律及形成机制，而针对蚀变岩工程地质特性研究相对较少。

一定区域地质及环境条件下，部分蚀变岩受蚀变作用及程度的不同，蚀变岩内分布多种蚀变类型岩体，不同蚀变类型岩体物理力学性状差异较大，各蚀变类型岩体分布形态、结合形式复杂，规律性不强。

对于具备上述特征的复合型蚀变岩/带，即包括两种或两种以上蚀变岩体，各种蚀变类型岩体存在一定力学差异性，且呈“耦合、混杂、包裹”式分布的蚀变岩/带。复合型蚀变岩/带分布于水电工程高坝坝基、大跨度地下洞室群、高陡边坡等工程部位时，往往对其影响或涉及的建筑物的抗变形能力及稳定条件起决定或控制作用，为满足针对不同建筑物工程部位进行其工程适宜性评价的要求，需要对复合型蚀变岩/带工程地质性状按一定规律、原则及方法进行工程地质分类。

从工程及技术角度而言，难以将复合型蚀变岩/带内各蚀变类型岩体较为系统地划分为独立的工程地质单元进行分类研究，需将该类蚀变岩按其分布特征考虑为统一的地质体进行适宜的工程地质概化与工程地质分类。然而，复合型蚀变岩/带按其分布特征与展布规律工程地质概化后，其力学特性差异大、规律性低。

根据《工程岩体分级标准》进行工程地质分类，即在岩体质量分级的基础上，结合工程设计相关要求进行针对性的分类，已被广泛应用。目前相关规程规范中的工程地质分类方法不适用该复合型蚀变岩/带，若对其工程地质概化后的各蚀变岩/带逐条(个)进行主要综合力学参数确定，受勘探试验适用范围及条件所限，其测试的相关力学参数与真实情况存在较大偏差，相应影响其工程地质分类的准确性。

岩体质量指标或工程岩级往往包含众多影响因素，对于复合型蚀变岩/带，在实际工程中获取各影响因素的完整资料是非常困难的，且相关岩体质量分级方法(RMR法、Q系统法、BQ法等)其考虑的主要因素不适宜复合型蚀变岩/带的地质特征。此外，工程地质分类的成本、周期往往不能满足勘测设计成本与工期控制要求，目前尚无针对该类复合型蚀变岩/带工程地质快速分类方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合型蚀变岩/带工程地质分类方法，为复合型蚀变岩/带分布于不同建筑物工程部位进行工程适宜性评价提供基础与支撑，同时也为后期针对该类复合型蚀变岩/带的工程处理方案设计等提供有力依据。其中复合型蚀变岩/带为包括两种或两种以上蚀变岩体，各种蚀变类型岩体存在一定力学差异性，且呈“耦合、混杂、包裹”式分布的蚀变岩/带。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合型蚀变岩/带工程地质分类方法，包括如下步骤：

A.对调查区内原岩，即未蚀变岩，按照现有的规范或标准进行分类，分为n类，n≥2且为自然数；分别测试各类原岩的纵波波速，同类原岩至少测试两个纵波波速，再计算各类原岩的纵波波速的算术平均值v_p1、v_p2……v_pn并作为该类原岩的纵波标准值；

以调查区新鲜无卸荷原岩的纵波波速v_pr为基准值，计算各类原岩纵波标准值相对基准值的损失率L_i：

$L_i=\frac{v_{pr}-v_{pi}}{v_{pr}}\times 100\%,$

其中i＝1、2……n；

B.对调查区内蚀变岩/带进行地质调查与测试，根据调查与测试结果对蚀变岩/带进行蚀变类型工程地质划分，划分为m类蚀变类型，m≥2且为自然数；

对调查区内蚀变岩/带进行不同蚀变类型区域划分，划分为s个蚀变区域，s≥1且为自然数，根据地质调查获取各蚀变类型岩体的分布区域，并计算各蚀变区域内的各蚀变类型岩体出露面积与该蚀变区域内的蚀变岩总出露面积的比值k_tj，k_tj表示的是第t个蚀变区域中的第j类蚀变类型岩体出露面积与该蚀变区域内蚀变岩/带总出露面积的比值，其中t＝1、2……s，j＝1、2……m；

C.根据蚀变类型工程地质划分结果，对各蚀变类型的岩体进行纵波波速测试，相同蚀变类型的岩体至少测试两个纵波波速，再分别计算各蚀变类型的岩体的纵波波速的算术平均值v′_p1、v′_p2……v′_pm，再分别计算各蚀变区域的岩体的综合纵波波速v″_pt：

v″_pt＝v′_p1×k_t1+v′_p2×k_t2+…+v′_pm×k_tm，

再计算各蚀变区域的岩体的综合纵波波速的损失率L′_t：

$L_t^{\prime }=\frac{v_{pr}-v_{pt}^{\prime \prime }}{v_{pr}}\times 100\%;$

D.以L_i为界限值形成相应数量的区间，将处于同一区间内的L′_t对应的蚀变区域划分为同一类型。

进一步的是：B步骤中对调查区内蚀变岩/带进行地质调查与测试，包括对蚀变岩/带宏观地质特征、内部各蚀变岩体宏观力学性状、岩石学特征进行调查与测试。

具体地，步骤B具体包括：

B1.对蚀变岩/带进行宏观地质性状调查，包括蚀变岩/带的产状、规模、延伸、分布规律，以及各蚀变类型岩体的颜色、分布规律、形态、物质成份、锤击强度及亲水性；

B2.选取调查区内各类具代表性的蚀变岩/带进行岩石磨片及X粉晶衍射试验，查明蚀变岩矿物种类、组成及含量。

进一步的是：B步骤中，先对具体的蚀变岩/带进行相同力学性质的蚀变类型工程地质概化，再计算各蚀变区域内的各蚀变类型岩体出露面积与该蚀变区域内的蚀变岩总出露面积的比值k_tj。

波在岩体中的传播速度主要与岩块和结构面的性质有关。就岩块而言，密度和孔隙性是主要影响因素，宏观上可由岩石的强度来反映。就结构面而言，其几何形态、裂隙张开程度、地下水的赋存状况及充填物性质等都对波的传播有重要影响。岩体波速实际上是岩体完整程度和岩石强度的综合反映，与岩石强度及完整程度呈正比关系，而岩体质量同样如此，因此，岩体纵波波速与岩体质量之间存在相关性。在水利水电工程中，这种相关性的存在已得到大量工程实践证明。

本发明有益效果是：目前工程地质测试技术、勘察规范及试验规程针对复合型蚀变岩/带工程地质分类存在较大困难与盲区。复合型蚀变岩/带工程地质分类方法，前期在建立纵波波速与其损失率数据体系和标准之后，后期针对具体的蚀变岩/带，仅需通过地质调查确定蚀变岩/带内各蚀变类型岩体比例占比，再计算各蚀变类型的岩体的综合纵波波速的损失率，即可快速地进行复合型蚀变岩/带进行工程地质分类，为后期该类大量的复合型蚀变岩/带进行工程适宜性评价提供基础与支撑，同时也为后期针对该类复合型蚀变岩/带工程处理设计方案等提供有力依据。

具体实施方式

本发明“一种复合型蚀变岩/带工程地质分类方法”是一种可快速对复合型蚀变岩/带进行工程地质分类的方法。方法包括以下步骤：

A.对调查区内原岩，即未蚀变岩，按照现有的规范或标准进行分类，例如按照GB/T50218-2014《工程岩体分级标准》或者GB50287-2006《水力发电工程地质勘察规范》进行分类，分为n类，n≥2且为自然数；然后，分别测试各类原岩的纵波波速，同类原岩至少测试两个纵波波速，可根据实际尽量多测，再计算各类原岩的纵波波速的算术平均值v_p1、v_p2……v_pn并作为该类原岩的纵波标准值；最后，以调查区新鲜无卸荷原岩的纵波波速v_pr为基准值，计算各类原岩纵波标准值相对基准值的损失率L_i，L_i以百分数计：

$L_i=\frac{v_{pr}-v_{pi}}{v_{pr}}\times 100\%,$

其中i＝1、2……n。

例如，某水电站的坝区河床及两岸基岩为燕山期早期侵入的不规则简单岩株，岩性为中细粒花岗闪长岩，其间分布有后期热气液蚀变的花岗岩化和粘土岩化蚀变岩带。根据前期大量勘测测试成果，坝区原岩，即未蚀变岩按GB50287-2006工程地质分类为5个工程岩级等级，分别为Ⅱ、Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅳ、Ⅴ类，通过大量物探声波测试及分类统计，各类岩体纵波波速分别为5000～5500m/s、4500～5000m/s、3800～4500m/s、3000～3800m/s、2000～3000m/s，各类原岩的纵波波速求算术平均值，得Ⅱ、Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅳ、Ⅴ类岩体纵波标准值分别为5250m/s、4750m/s、4150m/s、3400m/s、2500m/s，取5250m/s作为基准值，则计算出Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅳ、Ⅴ各类岩体的损失率分别为10％、21％、35％及52％。

B.对调查区内蚀变岩/带进行地质调查与测试，根据调查与测试结果对蚀变岩/带进行蚀变类型工程地质划分，划分为m类，m≥2且为自然数。

对调查区内蚀变岩/带进行地质调查与测试，包括对蚀变岩/带的宏观地质特征、内部各蚀变岩体宏观力学性状、岩石学特征进行调查与测试。其中对蚀变岩/带进行宏观地质性状调查，包括蚀变岩/带的产状、规模、延伸、分布规律，以及各蚀变类型岩体的颜色、分布规律、形态、物质成份、锤击强度及亲水性；此外还要查明蚀变岩矿物成分，例如选取调查区内若干种具有代表性的蚀变岩进行岩石磨片及X粉晶衍射试验，查明蚀变岩矿物种类、组成及含量。

在上述调查和测试的基础上，结合工程地质性状，对蚀变岩/带进行不同蚀变类型区域划分，划分为s个蚀变区域，s≥1且为自然数。根据地质调查获取各蚀变类型岩体的分布区域，再计算各蚀变区域内的各蚀变类型岩体出露面积与该蚀变区域内的蚀变岩总出露面积的比值k_tj，为了简化操作便于计算，可先对具体的蚀变岩/带进行相同力学性质的蚀变类型工程地质概化，再计算计算各蚀变区域内的各蚀变类型岩体出露面积与该蚀变区域内的蚀变岩总出露面积的比值k_tj，k_tj表示的是第t个蚀变区域中的第j类蚀变类型岩体出露面积与该蚀变区域内蚀变岩/带总出露面积的比值，此时有k_t1+k_t2+…+k_tm＝1，其中t＝1、2……s，j＝1、2……m。

C.根据蚀变类型工程地质划分结果，对各蚀变类型的岩体进行纵波波速测试，相同蚀变类型的岩体至少测试两个纵波波速，再分别计算各蚀变类型的岩体的纵波波速的算术平均值v′_p1、v′_p2……v′_pm。相应地，可根据实际尽量多测并计算，实际工程通过大量同类型蚀变类型岩体样本的纵波波速测定，再分别计算各蚀变区域的岩体的综合纵波波速v″_pt：

v″_pt＝v′_p1×k_t1+v′_p2×k_t2+…+v′_pm×k_tm，

然后再计算各蚀变区域的岩体的综合纵波波速的损失率L′_t，L′_t的计算方式为：

$L_t^{\prime }=\frac{v_{pr}-v_{pt}^{\prime \prime }}{v_{pr}}\times 100\%.$

D.以L_i为界限值形成相应数量的区间，将处于同一区间内的L′_t对应的蚀变区域划分为同一类型。

本方法在前期研究的基础上，只需查明各蚀变类型的岩体的纵波波速，再计算各蚀变类型的岩体的综合纵波波速的损失率，即可快速按损失率程度的不同进行工程岩级划分，进行适宜的工程地质概化以供设计分析。