本发明涉及水文地质和工程地质勘察领域，尤其涉及一种岩体风化程度快速量化评价方法及其应用。
背景技术：
岩体风化是外营力对岩石的自然破坏作用，是一种常见的自然现象。岩体风化降低岩体质量和稳定程度，是影响岩体工程特性的重要因素之一。岩体风化所导致的矿物组成、结构构造的变化对工程活动极为不利，所造成的地质、工程灾害越来越多，如建筑地基的稳定，边坡的稳定、坡面附近洞室围岩稳定问题等都与岩体的风化有关。因此，合理确定岩体风化程度和分带是边坡、坝基和洞室围岩稳定性评价的基础性工作之一。
目前对岩体风化程度的判别主要依据风化现象进行现场定性判断，量化的判别指标主要有波速、波速比和风化系数。此外，沉积岩石学研究者也会通过测试岩石矿物、结构和化学成分变化，来说明岩石风化机理和程度。对于非可溶岩，岩体风化效应的直观反映主要有3个方面，一是岩石块体发生微观的物理、化学变化，一般导致岩石抗变形能力和强度降低；二是岩体内结构面发生颜色、矿物成分、形态等改变，这实际上是第一个效应作用的直接结果，一般称为结构面锈染；三是形成风化裂隙。这三方面效应导致岩石弱化、岩体完整性降低、结构面性状变差。风化程度不同，风化现象也不同，这是依据风化现象定性判断岩体风化程度和分带的地质依据，也是工程实践中岩体风化程度确定和分带的基本方法。当风化现象差异渐变特征明显时，则风化程度界限会出现难以确定和因人而异情况。岩体质量不同，岩体的声波速度不同，但引起岩体质量差异的因素除了风化程度外，还有结构面发育密度、张开度、充填和地下水状况等，因此，波速和波速比的差异具有多解性，不能唯一反映风化程度差异；岩石风化后，其饱和单轴抗压强度降低，因此风化系数(风化岩石单轴抗压强度与饱和抗压强度之比)可以很好反映岩石的风化程度，其主要缺点是需要系统取样和试验，不具有时效性，费用也明显增加；另外，风化系数不能反映结构面弱化。过去，在现场工作中也有采用回弹仪，但其主要目的是利用经验关系获得岩石的饱和抗压强度和抗拉强度。
目前，尚无直接基于回弹值建立的量化指标来量化判断岩体风化程度报道。
技术实现要素：
为了克服上述不足，本发明的目的是通过使用回弹仪所测得的岩体回弹值及其变化率，来定量确定岩体风化程度，并进行岩体风化带的定量划分，特别适用于山区大型水电工程、交通工程的边坡、坝基和洞室围岩等非可溶岩岩体风化程度定量判别。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种岩体风化程度快速量化评价方法，具体包括如下步骤：
步骤1：测试数据的采集，具体包括如下步骤：
(1)新鲜岩石回弹值(rh)测量：
工作区内，采用回弹仪在岩石开挖形成的较平整新鲜岩石断面上或未锈染结构表面进行回弹测试，记录各新鲜岩石的回弹值rhi，去掉异常低值，然后通过式1计算新鲜岩石的平均回弹值，
其中，rh为新鲜岩石的平均回弹值，rhi为第i个测点的新鲜岩石的回弹值，n为新鲜岩石的回弹值测点数目，n不少于6个；
(2)岩体回弹值(rs)系统测量：包括岩石和结构面回弹值的系统测量，岩体风化程度不同岩体回弹值不同，测量方法具体包括：
a.确定测试单元尺寸及其布置方式：
一个岩体回弹值测量要在一个测试单元内完成，为保证有足够测点，岩体测试单元尺寸一般定为长1～2m、高1～1.5m，对工作面进行系统测量时，测试单元布置方式为沿选定测线布置，连续布置或以一定距离(等间距或不等间距)布置，对开挖坡面或洞壁岩体，当定性判断风化分带界线困难时，建议沿测线进行连续系统测量，面积较大的开挖面布置多条测线进行系统测量；
b.岩石回弹值测量：
一个岩石回弹值测试要在一个测试单元内进行，测点选择在较平整的岩石断面上或锈染结构面上，结构面上尽量不要过于潮湿或有流水，不要有次生泥，沿击打方向上岩石块体厚度一般不小于10cm，测点选择距离侧边界一般在3cm以上，采用回弹仪在风化岩石上进行回弹测试，记录各测值rsi，然后分别根据式2、式3分别计算该测试单元内岩石回弹值的均值和标准差，
式中，rs为测试单元内岩石回弹值均值，rsi为第i个测点的岩石回弹值测值，n为一个测试单元内测点数目，n不少于6个，s为岩石回弹值标准差；
c.结构面回弹值测量：
一个结构面回弹值要在一个测试单元内进行，测点选择在与结构面上大角度相交的断面上，尽量不要过于潮湿或有流水，当结构面闭合或微张(张开度不大于1mm时)，测点就选在裂缝上，击打方向近于平行裂缝、垂直于测面；当结构面张开较大时(张开度大于1mm)，测点就选在裂缝边，距离裂缝间距一般小于2cm，击打方向近于平行裂缝、垂直于测面，采用回弹仪在结构面上进行回弹测试，记录各测值rsi，根据式4计算该测试单元内岩石回弹值的均值计算均值：
式4中，rs为测试单元内结构面回弹值均值，rsi为结构面上第i个测点的结构面回弹值测值，n为一个测试单元内测点数目，n不少于6个；
岩体回弹值测量时，同时记录各测试单元的位置信息，并定性描述其风化程度；
(3)弱化回弹指数(rhi)计算：
根据测量得到的新鲜岩石回弹值(rh)、岩体回弹值(rs)，根据式5依次计算测线上各测试单元的弱化回弹指数(rhi)，
分别计算测线上各测试单元内岩石和结构面的弱化回弹指数，当rs为岩石回弹值时，称为岩石弱化回弹指数；当rs为结构面回弹值时，称为结构面弱化回弹指数；
步骤2：不同风化带岩体回弹值特征分析
(1)基于岩体特征、典型风化现象和定性判断，分析测量处岩石和结构面的弱化回弹指数特征，以确定不同风化带的弱化回弹指数特征值及范围；
(2)根据测量得到的岩石回弹值及其标准差、岩石弱化回弹指数和结构面弱化回弹指数，作沿测线的回弹特征变化图，包括岩石回弹值及其方差变化图，岩石弱化回弹指数变化图和结构面弱化回弹指数变化图；
步骤3：岩体风化程度定量评价及分带
岩体风化程度定量划分必须以定性判断为基础，定性判断的标准主要为行业规范，或细化的风化分带依据，在定性判断基础上，结合不同风化带岩体回弹特征值分析成果，在沿各测线上的岩体回弹特征变化图上，进行岩体风化特征量化分带，其关键是确定出风化分界位置；量化确定的分界其地质特征一般不明，因此沿各测线的风化分带完成后，还应进行现场回判，进一步确定风化分界的地质特征和依据；以各测线的岩体风化分带分析及回判成果为基础，结合岩体特征空间变化情况，即可确定岩体中风化分带界面空间延伸特征。
优选的，所述步骤一中不同类岩石的新鲜岩石回弹值(rh)一般不同，需要分别测量；而rs要在同一测试单位内进行。
优选的，所述步骤一中的回弹仪可为zc3-a型回弹仪。
优选的，所述步骤一中新鲜岩石回弹值测量选择在新鲜岩体段或微风化岩体段的开挖形成的新鲜断面上；如不见微新岩体，则在弱风化带选择大块度岩石，将其破开至可见新鲜岩石的断面上进行测试，回弹值测点应满足，沿击打方向上岩石块体厚度不小于10cm，测点距离侧边界在3cm以上。
优选的，所述步骤中，结构面回弹值测量应选择在与结构面大角度相交的断面上进行，当结构面闭合或微张(张开度不大于1mm时)，测点就选在裂缝上，击打方向近于平行裂缝、垂直于测面；当结构面张开较大时(张开度大于1mm)，测点就选在裂缝边，距离裂缝间距一般小于2cm，击打方向近于平行裂缝、垂直于测面。
优选的，所述步骤一中岩体回弹值系统测量选择风化岩石时，rs为风化岩石的回弹值，rhi为岩石弱化回弹指数；岩体回弹值系统测量选择结构面，rs为结构面的回弹值，rhi为结构面弱化回弹指数。
此外，上述岩体风化程度快速量化评价方法在山区大型水电工程、交通工程等边坡、坝基和洞室围岩等非可溶岩岩体风化程度定量判别等领域的应用也属本发明的保护范围。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明通过使用回弹仪针对岩体风化主要特点，通过系统测量，结合定性判断，可以简便快捷地量化确定岩体风化程度和分带，在山区大型水电工程、交通工程等边坡、坝基和洞室围岩的岩体风化程度定量判别等领域具有广泛的应用前景；
(2)本发明所用测试仪器便携，测量指标针对性强，测量方法简单，数据处理容易，成本低，速度快，不干扰正常施工。
附图说明
图1为本发明实施例1pdz11岩石回弹值随硐深变化图；
图2为本发明实施例1pdz11中基于缓裂的弱化回弹指数；
图3为本发明实施例1pdz11中基于陡裂的弱化回弹指数；
图4为本发明实施例2pdz07岩石回弹值随硐深变化图；
图5为本发明实施例2pdz07中基于缓裂的弱化回弹指数；
图6为本发明实施例2pdz07基于陡裂的弱化回弹指数。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，以便于同行业技术人员的理解：
岩体工程特性调查是岩体稳定性评价的基础，岩体风化特征是岩体工程特性之一。量化评价岩体风化特征及分带，是精细描述岩体工程特性的基础性工作之一。非可溶岩体风化主要表现为岩石弱化、结构面锈染和产生风化裂隙，其中，前两者是主要的，岩石弱化和结构面锈染具有一定的相关性，由此导致岩石抗变形能力和强度降低。回弹值可以直观便捷地反映测点附近岩石的抗变形能力和强度特性，因而可以量化反映岩体风化效应。
采用回弹仪来量化评价岩体风化程度和分带，关键性技术工作主要有2点：一是岩石的回弹值测定；二是结构面的回弹值测定。一般选择常规的回弹仪(如zc3-a型回弹仪)进行回弹值测量。首先进行地层岩性判别和岩体风化程度定性判别，确定未风化岩石；然后测量未风化岩石回弹值；最后系统测量工作面上岩石和结构面的回弹值，当岩体有风化时，则这些回弹值会有所降低，其降低程度可以反映岩石和结构面因风化作用的弱化程度。
实施例1：
一种岩体风化程度快速量化评价方法，具体包括如下步骤：
步骤1：测试数据的采集，具体包括如下步骤：
1.新鲜岩石回弹值(rh)测量：
工作区内，采用zc3-a型回弹仪在岩石开挖形成的较平整新鲜岩石断面上或未锈染结构表面进行回弹测试，新鲜岩石回弹值测量选择在新鲜岩体段或微风化岩体段的开挖形成的新鲜断面上，如不见微新岩体则在弱风化带选择大块度岩石，将其破开至可见新鲜岩石的断面上进行测试，回弹值测点要求是在击打方向上岩石块体厚度不小于10cm、测点距离侧边界在3cm以上，不同类岩石的岩石回弹值(rh)一般不同，需要分别测量，记录各新鲜岩石的回弹值rhi，去掉异常低值，然后通过式1计算新鲜岩石的平均回弹值，
其中，rh为新鲜岩石的平均回弹值，rhi为第i个测点的新鲜岩石的回弹值，n为新鲜岩石的回弹值测点数目，n为6个；
(2)岩体回弹值(rs)系统测量：包括岩石和结构面回弹值的系统测量，岩体风化程度不同岩体回弹值不同，测量方法具体包括：
a.确定测试单元尺寸及其布置方式：
一个岩体回弹值测量要在一个测试单元内完成，为保证有足够测点，岩体测试单元尺寸一般定为长1～2m、高1～1.5m，对工作面上进行系统测量时，测试单元布置方式为沿选定测线布置、连续布置或以一定距离(等间距或不等间距)布置，对开挖坡面或洞壁岩体，当定性判断风化分带界线困难时，建议沿测线进行连续系统测量，面积较大的开挖面布置多条测线进行系统测量；
b.岩石回弹值测量：
一个岩石回弹值测试要在一个测试单元内进行，测点选择在较平整的岩石断面上或锈染结构面上，结构面上尽量不要过于潮湿或有流水、不要有次生泥，沿击打方向上岩石块体厚度一般不小于10cm，测点选择距离侧边界一般在3cm以上，采用zc3-a型回弹仪在风化岩石上进行回弹测试，记录各测值rsi，然后分别根据式2、式3分别计算该测试单元内岩石回弹值的均值和标准差，
式中，rs为测试单元内岩石回弹值均值，rsi为第i个测点的岩石回弹值测值，n为一个测试单元内测点数目，s为岩石回弹值标准差，n为6个；
c.结构面回弹值测量：
一个结构面回弹值要在一个测试单元内进行，测点选择在与结构面上大角度相交的断面上，尽量不要过于潮湿或有流水，当结构面闭合或微张(张开度不大于1mm时)，测点就选在裂缝上，击打方向近于平行裂缝、垂直于测面；当结构面张开较大时(张开度大于1mm)，测点就选在裂缝边，距离裂缝间距一般小于2cm，击打方向近于平行裂缝、垂直于测面，采用回弹仪在结构面上进行回弹测试，记录各测值rsi，根据式4计算该测试单元内岩石回弹值的均值计算均值：
式4中，rs为测试单元内结构面回弹值均值，rsi为结构面上第i个测点的结构面回弹值测值，n为一个测试单元内测点数目，n至少为6个；
岩体回弹值测量时，同时记录各测试单元的位置信息，并定性描述其风化程度；
(3)弱化回弹指数(rhi)计算：
根据测量得到的新鲜岩石回弹值(rh)、岩体回弹值(rs)，根据式5依次计算测线上各测试单元的弱化回弹指数(rhi)，
分别计算测线上各测试单元内岩石和结构面的弱化回弹指数，当rs为岩石回弹值时，称为岩石弱化回弹指数；当rs为结构面回弹值时，称为结构面弱化回弹指数；
步骤2：不同风化带岩体回弹值特征分析
(1)基于岩体特征、典型风化现象和定性判断，分析测量处岩石和结构面的弱化回弹指数特征，以确定不同风化带的弱化回弹指数特征值及范围，岩体风化程度定性判断主要依据行业规范提供的岩体风化程度判别表，如《水利发电工程地质勘察规范》(gb50287-2006)，一些大型工程，常依据行业规范和工程区特点，细化岩体风化分带依据。工程中，通常将岩体按照风化程度差异分为全风化、强风化、弱风化(中风化)、未风化和新鲜(未分化)等5个等级。在水电工程中，弱风化带又常常进一步划分为弱上风化带和弱下风化带。
现场工作实践表明，对同一类岩石，岩体风化程度不同，其弱化回弹指数以及岩石回弹值有较明显差异；在同一风化带内，岩石回弹值和弱化回弹指数会保持在一定范围值内。因而，同一分化带内，岩石回弹值和弱化回弹指数大小又可在一定程度上反映岩体风化程度差异。岩石类型不同，则同一风化带内岩石回弹值和弱化回弹指数会有一定差异。
(2)根据测量得到的岩石回弹值及其标准差、岩石弱化回弹指数和结构面弱化回弹指数，作沿测线的回弹特征变化图，包括岩石回弹值及其方差变化图，岩石弱化回弹指数变化图和结构面弱化回弹指数变化图。
步骤3：岩体风化程度定量评价及分带
岩体风化程度定量划分必须以定性判断为基础，定性判断的标准主要为行业规范，或细化的风化分带依据，在定性判断基础上，结合不同风化带岩体回弹特征值分析成果，在沿各测线上的岩体回弹特征变化图上，进行岩体风化特征量化分带，其关键是确定出分化分界位置；量化确定的分界其地质特征一般不明，因此沿各测线的风化分带完成后，还应进行现场回判，进一步确定风化分界的地质特征和依据；以各测线的岩体风化分带分析及回判成果为基础，结合岩体特征空间变化情况，即可确定岩体中风化分带界面空间延伸特征。
实施例2：
西藏某水电站左岸pdz11，在结合规范的定性判断基础上，采用回弹值及岩体弱化回弹指数，清晰完成确定岩体风化程度及分带的量化确定，如图1-3所示。以规范定性描述为基础，综合岩石回弹指数及其标准差曲线、陡裂弱化回弹指数和缓裂弱化回弹指数，确定pdz11中，自洞口向内，0～30m为弱风化上带，30～67m为为弱风化下带，67m以里为微新岩体。
实施例3：
西藏某水电站左岸pdz07，在结合规范的定性判断基础上，采用回弹值及弱化回弹指数，完成了确定岩体风化程度及分带的量化确定，如图4-6所示。以规范定性描述为基础，综合岩石回弹指数及其标准差曲线、陡裂弱化回弹指数和缓裂弱化回弹指数，确定pdz07中自洞口向内，0～26m为弱风化上带，26～117m为弱风化下带，117m以里为微新岩体。
在实施例2-3中的西藏某水电站位于澜沧江上游深切河谷段，区域上位于青藏高原的东南部，工程地质条件非常复杂，岩体中结构面非常发育，风化卸荷明显，合理确定风化程度和风化深度，对于确定岩体质量和岩体力学参数至关重要。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。