一种野外现场测量统计岩体体裂隙率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地质勘测、岩土工程、水文地质和岩质边坡覆绿等专业技术领域，尤其 涉及一种野外现场测量统计岩体体裂隙率的方法。
【背景技术】
[0002] 在实际生产工作中，很多方面都需要进行岩体裂隙率的野外几何测量，如在水利 水电工程、采矿工程、国防军工等涉及在岩体中施工的工程项目。但是岩体的裂隙发育存在 很强的非均质性和各向异性，裂隙发育的不确定性和产状的未知性给野外现场测量造成了 很大困难，如何在野外现场相对客观的测量岩体的裂隙率一直是地质工作中的难题。在调 查工作中，野外几何测量岩体裂隙率的工作是最基础的工作，加强野外现场测量岩体体裂 隙率的方法研究有很强的实际应用价值。
[0003] 目前在野外地质工作几何测量方法中，我们大多采用的是线裂隙率和面裂隙率测 量方法。这两种测量方法简单易行，但是其分别反映一维和二维条件下的裂隙发育特征，测 得结果只能说为局部表面的裂隙率。选择测量点不同，线裂隙率和面裂隙率测量结果也会 有很大不同。实际上岩体是个三维的物体，其裂隙率定为体裂隙率更加客观准确，从三维来 看，岩体实际是被一个个结构面切割开来，裂隙实际上就是结构面的外延。以往测量方法的 测量范围为所选测量面上所有裂隙，包括构造裂隙、成岩裂隙、风化裂隙、卸荷裂隙等。但是 岩体临空面因为受风化作用、卸荷作用，裂隙比内部要发育的多，以线裂隙率和面裂隙率作 为区域岩体的裂隙率无疑就将结果放大，这对于需要较精确取得岩体内部裂隙率的情况来 说就显得不是很实用了。另外，采用其他精密器械则所需代价较大，而且野外工作时较为不 方便。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种相对客观的在野外现场测量统计岩体体裂隙率的方法，解决了 上述现有方法中的不足。其能够较全面的综合统计一定区域内完整岩体体裂隙率，代表性 和应用性大为提尚。
[0005] 本发明具体的技术方案如下：
[0006] (1)收集资料与野外地质踏勘：首先结合研究区已有地质资料了解本地区岩层、 构造史等基础地质资料，对本区域岩体可能的成岩裂隙、构造裂隙的控制方向有大致的了 解与判断；进行野外地质踏勘，实地调查野外岩体裂隙的实际发育状况，结合前期资料收集 判断的构造应力的主方向，弄清研究区岩体具体发育几组成岩裂隙与构造裂隙；同一组不 同节理面产状应近似一致，表现为节理裂隙面近平行，可使用地质罗盘等测量岩层产状的 工具和绘制玫瑰花图来进行判断，至于风化裂隙与卸荷裂隙因其只在岩体表面存在，故不 予考虑；对每组裂隙分别编号（j = 1，2, 3...)，确保所选的节理裂隙涵盖了研究区所有的 成岩、构造裂隙。
[0007] (2)要以全区为研究对象进行裂隙统计显然是不可行的，我们可以用典型单元体 的体裂隙率来代表全区岩体的体裂隙率，所以要先确定典型单元体的位置和大小。单元体 的选择原则为代表性、准确性、经济性与可操作性，代表性是指所选测量位置要能反映全区 岩体的裂隙发育规律；准确性是指测量要客观，所得结果要精确可靠；经济性是指在考虑 代表性和准确性的前提下，要尽可能的节约成本，减少人力、物力的消耗；可操作性是指测 量工作的过程要安全、便于操作。
[0008] 这里要重点对典型单元体（正方体）棱长a的确定进行说明，棱长一般根据节 理面平均间距来进行选择，经过我们多次测量统计发现，实际野外工作中我们所接触到的 岩体节理面间距多在IOcm-IOOcm之内，大于IOOcm的完整巨厚层岩体十分罕见，所以我们 规定：节理面平均间距在30cm以内的，典型单元体棱长a取Im即可；节理面平均间距在 30cm-100cm的，典型单元体棱长a取2m ;当然我们不排除个别特殊情况的出现，如果受测量 可操作性所限或岩体平均节理间距大于l〇〇cm，则典型单元体棱长的确定视具体情况而定， a也可取0. 5m或3m。此外，选择球体作为单元体计算也可。
[0009] (3)假定单元体为棱长2m的正方体，对单元体内每组节理裂隙分别进行测量统 计，使用折尺与塞尺等工具。具体测量方法为：选定一组节理面，将2m长折尺置于节理面法 线方向，记录2m长度范围即折尺穿过的该组每一个节理面，用米尺逐一测量迹线长度Li (i =1，2, 3. . .)、Ki (i = 1，2, 3...);受壁面露头条件所限，一般情况下，我们只能测得节理面 的一条迹线长度，延伸向壁面内的一边（简称内边）无法测得，通常可将贯穿整个单元体的 裂隙（如层面裂隙）的内边定为2m，用塞尺逐一测量节理面隙宽Ni(i = 1，2,3...);用罗 盘测量其产状，倾向相差20°且倾角相差10°的节理面可视为是同一组节理面，此项工作 必须进行，防止重复计算。
[0010] 计算方法为：先求出每组节理面的裂隙体积，假设第一组（j = 1)节理面，在2m长 的法线距离由有η个书理而笛一钼节理面裂隙体积和为
[0011]
[0012] 则该单元体内m组节理面的裂隙体积总和为：
[0013]
[0014] 岩体体裂隙率为：
[0015]
，V表示岩块与裂隙总体积。
[0016] 假定单元体为棱长a的正方体，故岩体体积，即岩块与裂隙总体积为a3,所以岩体 体裂隙率为
[0017]
[0018] 假定单元体为半径为R的球体，故岩体体积，即岩块与裂隙总体积为^πΙΙ3，所以 岩体体裂隙率为
[0019]
[0020] (4)若单元体棱长为Im的正方体，则岩体裂隙率为
[0021]
[0022] 本发明提供的一种野外现场测量与计算岩体体裂隙率的方法有以下优点：
[0023] 在经济成本方面，体裂隙率测量法只需极为简单的折尺、塞尺、罗盘等测量工具， 成本较低，在实际操作上，两个人即可完成此项工作，熟练的技术人员可以在一个小时内完 成一个测量平面的工作。
[0024] 在技术先进性方面，应用本发明方法革新了固有的线裂隙率与面裂隙率测量方 法，可以在较为方便测量的基础上，取得可靠性较高的岩体体裂隙率的数据，流程清晰，在 实际操作中，前期判断节理面组数的工作可与其它地质踏勘工作共同进行。
[0025] 在社会应用价值方面，本发明提供了一种真正具有实际操作性的岩体体裂隙率测 量方法，开辟了一种野外现场测量岩体裂隙率的新思路，对于完善野外地质工作手段、推进 地质等相关行业发展具有十分重要的意义。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明提供的用于野外现场测量统计岩体体裂隙率的方法操作步骤示意 图。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 实施例1济南市某地区高陡岩质边坡覆绿工程：
[0029] 在前期裂隙测量统计工作中，运用本发明方法对济南市多个地区的石灰岩岩体进 行测量统计。在具体实施上即是按照图1方法所述步骤开展，具体为：
[0030] (1)收集济南某地区有关地层、构造史等的基础资料。在资料中我们了解到济南地 区构造应力场以水平作用为主，最大主应力轴σ 1与最小主应力轴σ 3倾角均小于20°，最 大主应力方向为北东东向，方位为ΝΕ60。~80°