1、工程岩体中结构面的精确测量方法工程设计与研究)2005?2O 结构 O工程岩体中结构面的精确测量方法空军工程设计研究局李志宏常书义摘要重点介绍以精测线法量测岩体结构面,对量测的内容和具体方法作了详细的阐述,尤其是在野外条件下,定量测量结构面的裂隙宽度,壁面强度,粗糙度等.关键词岩体结构面精测线露头面1 引言岩体是赋存于一定地质环境,由于各种各样的结构面所切割,且具有一定工程地质特性的岩石综合体,后期不仅经受了不同时期,不同规模和不同性质的构造运动的改造,同时还经受了外应力次生作用的表生演化,因此在岩体中存在着不同成因,不同特性的地质界面,如层面,节理,断层,裂隙等.这些界面统称为结构面.它们依
2、据自己的产状,彼此组合将岩体切割成形态不一,大小不等的以及成分各异的岩块.这些由结构面所包围的岩块称为结构体,也就是说,岩体是由结构面和结构体两个基本元素所组成的.古德镇教授(1979) 根据结构面的延展性及其纵深发育和宽度的大小,对结构而作了五级划分,具体如下:I 级结构面: 一般只对区域构造起控制作用的断裂带,是地壳和区域内巨型地质结构面,一般走向上延伸数十公里,纵深方向上延伸至少切穿一个构造层,破碎带的宽度至少在数米以上.级结构面:一般指延展性强而宽度有限的区域性地质界面,如不整合面,假整合面,原生软弱夹层,也包括延展数百至数千米以上,延伸数百米以上,宽度 1 米上下(不超过 35 米)
3、, 贯穿整个工程区域或切穿某一具体部位的断层,层间错动,接触破碎带,风化夹层等.级结构面:走向和纵深方向上延伸有限,一般在数百米范围内的断层,挤压或接触破碎带,风化夹李志宏,男,1969 年出生,大学本科,从事工程地质专业,工程师.常书义,男,1953 年出生,大学本科,从事工程地质专业,高级工程师.层,其宽度 1 米左右.级结构面:在走向上和纵深方向上延伸有限,一般在数米范围以内,大多不超过 2030 米,无明显宽度,是岩体中断续分布的裂隙,如节理,层面,片理面和发育的劈理等.他们仅在小范围内将岩体切割成岩块,在岩体中是普遍,大量存在的.它们的存在不仅破坏了岩体的完整性,直接影响岩体的力学性
4、质和应力分布状态,而且在很大程度上影响岩体的破坏方式.由于这类结构面的发育程度,分布状态和组合排列的不同,构成了岩体工程地质特性的不同.因此,在野外必须广泛,深入,细致地进行研究,弄清它们的特性和展布规律.V 级结构面:延展性差,无厚度之别,分布随机,为数甚多的细小的结构面,主要包括微小的节理,劈理,隐微裂隙,不发育的片理,线理,微层理等.它们的存在,降低了由级结构面所包围的岩块强度,即主要影响岩块的强度以及岩块破坏方式.综上所述,对于 I,级结构面,在工程岩体具体的部位出露的数量是有限的,可以认为这些结构面是具体的,确定的,可以通过野外细致的研究逐一确定下来.对于 V 级结构面,尽管它数量多
5、,分布随机,但它主要影响岩块的强度和变形,对岩体不产生直接影响和控制作用,它的影响在岩块的力学强度和变形性质中得到充分的体现,因此可不作专门研究.而级结构面,不仅发育数量巨大,而且相互之间的限制交切关系复杂,直接影响岩体的力学性质和应力分布状态,因此必须通过现场的实地量测,建立结构面的概率统计模型,为建立正确的岩体结构模型和分析岩体的工程地质特性提供依据.级结构面的量测也是本文重点论述的内容.?14?工程设计与研究)2005.2o 结构 o2 结构面的量测技术与方法结构面几何特征的采样技术和方法有很多种,如依靠钻孔岩心测定结构面方位;钻孔拍照技术测定结构面;摄影测量技术确定结构面的方位和规模;
6、精测线法量测结构面.从统计学上看,精测线法是目前最切实可行,也是最常用的方法.具体介绍如下:为使现场量测的结果具有客观性和代表性,首先必须充分研究和掌握区域的构造地质,工程地质等背景资料,据此划分合理的相对均一的结构区,使得同一结构区内的结构面展布,组合形态具有相似性,从统计意义上其系统特征相同,这是结构面几何特征采样,统计的前提.除此之外,在采样中还要遵循以下原则:(1)最理想的情况是在三个正交方向上布置测线,以保证把岩体中发育的所有结构面都测量到.一般情况下,垂直方向的测线难以量测,即使可以量测,能量侧的距离也很短,为此,可采用几条短的垂直测线连起来的办法.(2)测量的露头面应平坦,因为起
7、伏不平的露头面给迹长和间距的量测造成困难,有时对方位量测不利.(3)露头面必须新鲜,未扰动,不曾受爆破,倾倒破坏,风化剥蚀和植物生长等不利因素影响,以保证量测数据的可靠性.(4)露头面积应尽可能大,以保证有足够的数据样本,尽可能多的测出半迹长.(5)最理想的量测地点是垂直露头面,垂直露头面能保证量测精度,也可采用摄影测量方法.(6)量测过程中不宜频繁变更人员,设备,以减少误差.量测的内容和方法:(1)露头面条件:包括露头产状 ,尺寸,类型(露天自然坡面,露天矿边坡台阶面,路堑边坡面,隧洞壁面,掌子面).(2)测线位置: 每条测线要有编号 ,长度,产状记录,测量位置可用坐标表示,也可直接标注在地
8、质图上.(3)结构面的鉴定;在精测线量测中 ,测量的是原生的或构造成因的结构面,应把人工爆破,风化卸荷等作用形成的裂隙剔除掉,用不同的符号表示不同的结构面.(4)结构面的位置:从测线的零点开始 ,记录与测线相交的的结构面交点,这个交点位置也就是结构面所处的相对位置,然后再测出相邻的交点位置.对于光滑平整的露头面,测量交点位置是容易的;对于起伏不平的露头面测线不能与露头面相交,交点位置就难于测定,此时,交点位置按结构面与水平测线的交点位置确定.(5)结构面的方位:把与测线相交切的结构面的产状量出,对于不规则的结构面,可以测定其平均方位.(6)半迹线长度:半迹线长度是结构面与测线交点至结构面迹线一
9、端点的长度,在近直立的露头面布置水平测线时,测线以下被覆盖,则量测测线上方的半迹长.在近水平的露头面,应量测测线一边的半迹长,切不可在同一条测线上,一会量左边的半迹长,一会又量右边的半迹长.(7)结构面端点类型:结构面的端点类型有三种:为简便起见用数字 2,1,0 表示,数字 2 表示端点终止在岩块中;1 表示终止在另一结构面,即被另一结构面所切断;0 表示端点看不见,被覆盖或延伸到岩体内部.(8)结构面张开度:用一组 0.040.64mm 的塞尺测量结构面张开度,塞尺能插到结构面中的厚度就是隙宽度.对于张开度大于 0.64mm 的结构面,可用三角板测量.(9)结构面的壁面强度:结构面的壁面强
10、度对岩体的抗剪强度和变形性质影响很大,可用人工指标试验或 L 型施密特锤试验确定出来.人工指标试验:对结构面壁面或壁面代表材料的人工指标试验按表 1 进行,试验的位置和数量根据精度要求确定.L 型施密特锤试验:将施密特锤垂直与量测的壁面施力,记录其回弹数,为得出保守结果,试验应在饱水状态下进行.试验位置处,应清除松散颗粒.为保证实验结果有代表性,每一条结构面的壁面应有足够的试验次数.施密特锤回弹数一般介于1060 之间.下限值对应的是软质岩石,单中抗压强度小于 20MPa.上限值对应的是坚硬岩石,单中抗压强度小于 150MPa.L 型施密特锤试验不适用于非常软弱的岩石,而人工指标试验则适用于小
11、于 1520MPa 的软岩.由于结构面产状的变化,施密特锤所施加力的方向也是变化的.对于某一特定的壁面强度,施密特?15?(m-/l 设计与研究)2oo5?2O 结构 O表 1 野外结构面壁面强度识别表(ISRM,1978)等单轴抗压强级描述野外识别度范围(MPa)S1 非常软的粘土拳头可容易压人数厘米0.025大拇指可容易压人数厘 S2 软粘土 0.025-0.05米中等用力大拇指可压人中等硬粘土 0.050.10数厘米大拇指可容易划出刻痕,S4 硬粘土 0.10-0.25 但只有极用力才能压入S5 很硬粘土拇指甲可容易刻出痕迹 0.250.50S6 极坚硬粘土拇指甲很难刻出痕迹0.50极软
12、弱岩石拇指甲可刻出痕迹 0.25-1.0地质锤尖用力锤击会破 R 非常软弱岩石 1.0-5.0碎,小刀可刮皮小刀难以刮皮,地质锤锤 R2 软弱岩石 5.0-25 尖用力锤击有浅凹痕小刀不能刮皮,用地质锤 R3 中等硬度岩石 2550 用力锤击试样可破裂地质锤多于一次锤击试坚硬岩石 50-1o0样破裂地质锤多次锤击试样破 R5 非常坚硬岩石 1o0-250 裂民极坚硬岩石地质锤只能劈裂试样250注:等级 S1-S 对应于低渗透性粘性土 ,如粘土,粉砂质粘土和砂质粘土,结构面壁面强度一般为一民等级,而结构面充填物一般对应于 S1-S.表 2 施密特锤回弹数校正表(ISRM,1978)回弹数垂直向下
13、垂直向上水平rc=-90.仅=一 45.仅=+90.0t=+45.=0.100-0.83.2200-0.9-8.8-6.9-3.4300-0.8-7.8-6.23.1锤垂直向下时(回弹与重力相反),回弹数最小;当垂直向上时则回弹数最大.因此,回弹值需做适当修正,见表 2.在已知结构面的回弹数和岩石的密度后,可按图 1 得到结构面的壁面强度.(10)结构面的粗糙度 :结构面的粗糙度对抗剪/.200,/,/00/t80.60/I/,;,rI,I,I7f,.“J/ ,.,/,/,/,/./,/./“/)20锤垂苴向_F/203040施密特锤硬度(1-)(L 型锤)图 1 施密特锤回弹数与岩石重度,单
14、中抗压强度关系(据 Miller,1965)强度,张开度,充填厚度影响极大,粗糙度在不同方向各有不同,当潜在滑动方向已知时,应量测这一方向的粗糙度;当潜在滑动方向未知时,一般沿倾向方向或最小粗糙度方向进行.主要有两种量测方法:线性剖面量测法和简易纵剖面法.线性剖面量测法量测费时费力,暂不介绍.简易纵剖面法简便易行,精确度高,迅速经济,值得大力推广.具体介绍如下:简易纵剖面法:是杜时贵(1992)研制的简易纵剖面仪现场量测结构面的表面轮廓线,如图 2 所示.?16?图 2 简易纵剖面仪及操作吣舯砷加 m一日 d 邑骥三日辖恒工程设计与研究)2005.2o 结构.预制混凝土空心板后加预应力用于深基
15、础护坡的设计与研究沈阳军区司令部工程科研设计院王长民吕亚操摘要详细介绍了预制混凝土空心板后加预应力用于深基础护坡设计与施工的可行性,如能在工程实际应用,会获得较大的经济效益.关键词深基础扩坡混凝土预应力挡土墙交又施工随着经济的发展,城市建设更加集中在繁华的商业娱乐区,加之地价不断上涨,为获得更大的经济效益,只好向高层发展,这就给施工带来了一系列困难,施工现场窄小,深基础施工没有放坡条件等.长期以来,人们一直采用钢板桩以及目前最普遍采用的钢筋混凝土挖孑 L 桩,造价都非常昂贵,并有噪声污染且施工工期长.而本文提出一种新的护坡方法,采用预制混凝土空心板,后施加预应力形成混凝土预应力挡土墙,结构受力
16、合理,施工方便,所有材料均可重复利用,且无噪声污染,无需现场浇注混凝土,达到了最佳经济效果.1 设计构思利用预制的混凝土空心板(结构形式如图)开槽王长民,男,1958 年出生,大学本科,从事结构专业,高级工程师.吕亚操,男,1978 年出生,大学本科,从事结构设计专业,助理工程师.一手将固定板沿欲测方向垂直结构面固定,另一手捏紧平衡块,将探头接触结构面表面,绘图笔头紧贴绘图纸,然后平行均匀的移动平衡块即可连续地在绘图纸上绘出表面轮廓线.3 结束语以上介绍的精测线法是目前结构面量测的较好方法,它对于建立岩体结构模型有着非常重要的意义.其中在野外定量测定结构面的壁面强度和粗糙度的方法,避免了凭感官测定带来的模糊认识,使其
