王 燕 陆诗磊

(常州市建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏 常州 213015)

1 概述

岩体中往往存在多组结构面，这些结构面又称节理，是反映岩石完整度的重要指标[1]。GB/T 50218—2014工程岩体分级标准第3.3.2～3.3.4规定岩体完整程度的定量指标，应采用岩体完整性指数KV，KV应采用实测值。当无条件取得实测值时，也可用岩体体积节理数JV[2]。岩体体积节理数JV、岩体完整性指数KV以及岩体完整程度的对应关系，如表1所示。

表1 JV与KV及岩体完整程度的对应关系

同时该规范第B.0.2条规定了岩体体积节理数可采用间距法进行计算，其计算公式如式(1)所示。

(1)

其中，JV为岩体体积节理数，条/m3；n为统计区域内结构面组数；Si为第i组结构面沿法向每米长结构面的条数；S0为每立方米岩体非成组节理条数。

通过间距法对岩体体积节理数的计算应符合下列规定：

1)测线应水平布置，测线长度不宜小于5 m；根据具体情况，可增加垂直测线，垂直测线长度不宜小于2 m。

2)应对与测线相交的各结构面迹线交点位置及相应结构面产状进行编录，并根据产状分布情况对结构面进行分组。

3)应对测线上同组结构面沿测线方向间距进行测量与统计，获得沿测线方向视间距。应根据结构面产状与测线方位，计算该组结构面沿法线方向的真间距，其算数平均值的倒数记为该组结构面沿法向每米长结构面的条数。

4)对迹线长度大于1 m的分散节理应予以统计，已为硅质、铁质、钙质胶结的节理不应参与统计。

2 岩心体积节理数JV′的计算方法

通过对上述间距法进行分析，根据曾联波学者2008年对结构面、节理以及裂缝的解释及描述[3]，Si为第i组结构面沿法向每米长结构面的条数，即第i组结构面的线密度Ri′，而S0为每立方米岩体非成组节理条数，即非成组结构面的体密度R0[3]。因为视间距已经过产状校正为真间距，结构面产状平行于岩体底面，故结构面线密度与该岩体的底面积数值无关，假定该段岩体的底面积为1 m2，则第i组结构面的线密度Ri′即为该段岩体第i组结构面的体密度Ri。故岩体体积节理数JV亦可用式(2)表征：

(2)

其中，JV为岩体体积节理数，条/m3；n为统计区域内结构面组数；Ri为第i组结构面的体密度；R0为非成组结构面的体密度。

不难得出，当岩体结构面分布均匀时，沿结构面法线方向在岩体中取出多节岩心，通过式(2)分别计算出它们的岩心体积节理数JV′，这些岩心体积节理数的平均值与利用式(1)计算出的该岩体的岩体体积节理数JV′，其数值是相同的。

而经过对岩体体积节理数JV的重新表征，引入结构面线密度、体密度的概念，则利用间距法测试JV可不再受岩体体积大小及测线长度的约束。

对于地下埋藏较深的岩体，受钻探技术的影响，我们并不能取出足够大的岩体并利用式(1)对其进行间距法测试岩体体积节理数从而评估其完整性(通常取出的岩心直径仅有89 mm～137 mm)。而根据本文我们可以利用式(2)来对岩心体积节理数JV′进行定量计算。

计算时需注意非成组结构面体密度R0应通过式(3)求取：

R0=Ti÷Vi

(3)

其中，R0为非成组结构面的体密度；Ti为测试岩心中非成组结构面的条数；Vi为测试岩心的体积。

而第i组结构面的体密度Ri亦可用线密度Ri′表征，但是两者并不是等价关系，由于对视间距校正为真间距，其底面也由视底面校正为真底面，其产状与水平面的夹角即为结构面的倾角，则Ri必须由Ri′进行钻遇率修正，如式(4)所示。

Ri=Ri′ ×cosθ

(4)

其中，Ri为第i组结构面的体密度；Ri′为第i组结构面的线密度；θ为结构面的倾角。

其中钻遇率即钻探过程中遇到该组结构面的概率，其示意图如图1所示。

3 工程实例验证

在实际工程实施过程中，对某市某镇某地块三叠灰岩分别通过岩心体积节理数及岩体完整性指数来评价其完整程度，其结果是一致的。因此通过岩心体积节理数来判别地下埋藏岩体的完整程度是可行的。具体验证情况如下：

根据某市某镇某地块取出的三叠灰岩岩心(所取孔号在场地均匀分布具有代表性)，通过其结构面进行分组描述，并剔除充填的结构面，利用式(1)～式(3)进行岩心体积节理数JV′计算，并根据各岩心体积进行加权求平均值，算出该场地三叠纪灰岩的岩体体积节理数JV，从而判别其完整程度。具体结果如表2所示。

表2 利用岩心体积节理数JV′判别宜兴丁蜀三叠纪灰岩完整程度表

通过对该地区岩体和岩心进行波速测试，得出岩体完整性指数KV的值为0.91，判断岩体完整性指数为完整。与岩心体积节理数判别结果一致。

4 结语

本文通过引入结构面体密度与线密度的概念，将间距法测试岩体体积节理数JV的公式加以改进拓展，使其不受岩体体积大小及测线长度的限制，从而使间距法适用于岩心体积节理数JV′的求取，并通过对第i组结构面的体密度Ri进行钻遇率修正，对非成组结构面的体密度R0进行岩心体积修正，最终得到利用间距法求取岩心体积节理数JV′的计算公式，对埋藏地下的岩体完整程度的定量表征具有重要意义。