一种基于坚硬和完整程度连续函数的岩体质量评价方法与流程

本发明涉及岩石工程技术领域，具体涉及一种基于坚硬和完整程度连续函数的岩体质量评价方法。

背景技术：

岩石工程是指以岩体为工程建筑地基或环境，并对其进行开挖和加固的工程，主要包括岩石地下工程、岩石边坡工程和岩石地基工程。岩石工程影响范围内的岩体称为工程岩体。岩体的质量是指影响工程岩体稳定性的最基本的属性。对工程岩体的质量属性作出评价并划分出等级的过程称为工程岩体分级。岩体的强度是指岩石抵抗破坏的能力，主要指标有岩块的单轴抗压强度、三轴抗压强度、饱和单轴抗压强度等。饱和单轴抗压强度是指岩石试件在吸水饱和状态下在轴向受压时能承受的最大轴向应力。结构面是指岩体中的不连续面，包括岩层分界面、节理、裂隙等。可用岩体单位面积上的结构面的条数、结构之间的间距、结构面的充填物、粗糙度、完整性系数等描述结构的特征。完整性系数是指弹性纵波在含有结构面的岩体中的波速与同一岩性的完整岩石中波速比的平方。由于岩体是赋存在地下的，影响工程岩体质量的因素主要有岩体的强度、结构面、地应力、地下水等。目前各种岩体评价方法大多是采用定性和定量相结合的方法。定量方法一般采用指标与质量评分之间的经验公式确定质量分值。定性方法一般根据对结构面、地下水特征的现场经验采用打分的方法确定质量分值。相对于国外的各种岩体质量方法，我国发布了基于岩体坚硬程度和完整程度两个方面考虑工程岩体基本质量评价方法的国家标准《工程岩体分级标准(gbt50218-2014)》。《工程岩体分级标准》岩体的基本质量(bq)可用下式进行计算：

bq＝100+3rc+250kv

其中rc为岩石饱和单轴抗压强度(mpa)，kv为岩体的完整性指数。

为避免将完整性差而饱和单轴抗压强度高的岩体误判为质量高的岩体，若rc＞90kv+30时，应将rc＞90kv+30和kv代入上式计算基本质量(bq)；为避免将完整性好而饱和单轴抗压强度低的岩体误判为质量高的岩体，若kv＞0.04rc+0.4时，应将kv＞0.04rc+0.4和rc代入上式计算基本质量(bq)。

因岩体工程的稳定性影响因素除了岩体基本质量(bq)外，还有地下水、结构面、岩体中的初始应力等。《工程岩体分级标准》根据地下工程地下水影响修正系数(k1)、地下工程主要结构面产状影响修正系数(k2)、初始应力状态影响修正系数(k3)对上式计算出的岩体基本质量(bq)进行了修正，修正岩体质量[bq]可用下式计算：

[bq]＝bq-100(k1+k2+k3)

式中的各修正系数可查找表格确定，表格的数据来自经验判断。在计算出岩体质量[bq]后可根据表格进行岩体质量的评价。

现有的技术及不足之处分析：

1.由《工程岩体分级标准》分级标准中的岩体基本质量(bq)的计算公式可知，该方法认为岩体基本质量(bq)是饱和单轴抗压强度rc和完整性系数kv的线性函数，且bq值是rc和kv代数和。事实上，岩体质量与岩石的强度、结构面关系应该为非线性。这种方法未考虑这种非线性关系。

2.《工程岩体分级标准》分级标准没有设定岩体基本质量(bq)的下限和上限，会导致同一个等级基本质量分值差别过大的现象。举例说明，基本质量为600和1000的岩体都属于一个等级，显然分值1000和600的岩体从影响工程稳定性角度而言，差别很大。

技术实现要素：

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是一种基于坚硬和完整程度连续函数的岩体质量评价方法，旨在解决背景技术中提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于坚硬和完整程度连续函数的岩体质量评价方法，包括以下步骤：

s1、构建岩体基本质量分值的计算公式：

基于坚硬程度和完整程度的岩体基本质量分值采用满分100分，100分为岩体质量的上限，0分为岩体质量的下限；

以饱和单轴抗压强度rc的真实测试值作为评价岩体坚硬程度的指标，其对应的质量分值用q1表示，构建q1与rc的关系函数为：

q1＝100(1-e^-a×rc)

式中：e为数学常数，取值为2.718，a为系数；

以岩体的完整性系数kv的100倍数作为评价岩体完整程度的指标，其对应的质量分值用q2表示，构建q2与kv的关系函数为：

式中:e为数学常数，取值为2.718，b为系数；

上述公式中的系数a、b根据《工程岩体分级标准gbt50218-2014》中rc和kv与岩体的质量关系确定；以饱和单轴抗压强度30mpa对应的分值为60分作为岩体坚硬和软弱的分界线确定系数a；以完整性系数以0.55对应的分值为60分作为岩体完整与破碎的分界线确定系数b；

对q1＝100(1-e^-a×rc)进行求解，得到：

对进行求解，得到：

s2、岩体综合基本质量的评定：

采用步骤s1计算得系数a为0.03，由饱和单轴抗压强度rc评定的岩体基本质量q1的分值，计算得系数b为0.017，由岩体完整性系数kv评定的岩体基本质量q2的分值，岩体综合质量q是q1和q2的几何平均值，用解析法两点确定一条直线的方法由公式m＝(q2-q1)/(kv-rc)和q＝q1-mrc求解；

s3、岩体质量等级的评价：

借鉴《工程岩体分级标准gbt50218-2014》中的评价方法，具体分为13种类型5个级别，由步骤s2计算出岩体基本质量等级q的分值对岩体的综合质量等级作出评定。

本发明的有益效果在于：(1)该方法考虑了工程岩体质量与饱和单轴抗压强度rc及岩体完整性系数kv之间的非线性关系，以饱和单轴抗压强度rc和完整性系数kv的负指数有限增长函数分别计算基本质量q1和q2，比《工程岩体分级标准》中岩体基本质量(bq)的线性函数更科学。(2)该方法以q1和q2几何平均值评定岩体综合质量q，按满分100的赋值划分13种类型5个级别进行岩体评价，比《工程岩体分级标准》中用rc和kv质量分值的代数和表示的岩体基本质量(bq)分值，且bq没有上下限的计算方法更科学。(3)为工程技术人员提供一种简单可操作的岩体分类方法，采用本方法可对岩体的质量等级作出评价，进而为工程岩体的稳定性分析及后续的施工设计提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于坚硬和完整程度连续函数的岩体质量评价方法的流程示意图。

图2为本发明实施例饱和单轴抗压强度与岩体基本质量关系的曲线图；

图3为本发明实施例完整性系数与岩体基本质量关系的曲线图；

图4为本发明实施例提岩体综合质量计算图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

如图1至图4所示，一种基于坚硬和完整程度连续函数的岩体质量评价方法，包括以下步骤：

s1、计算岩体基本质量分值：

某岩体的单轴抗压强度为rc为15mpa，采用本发明的计算方法，算得基本质量分值q1为36分，该岩体由附表1按坚硬程度可评定为软岩～较软岩等次，该岩体的完整性系数kv为55，采用本发明的计算方法，算得基本质量分值q2为60分，该岩体由附表2按完整程度可评定为软破碎～较完整等次；

表1岩体饱和单轴抗压强度赋分表

表2岩体完整性系数赋分表

s2、岩体综合基本质量的评定：

根据步骤s1算得的q1和q2计算出综合的质量q为41分，效果见附图3；

表3岩体基本质量分级表

s3、岩体质量等级的评价

根据表1对岩体基本质量作出评价，综合质量41分对应的岩体可评定为ⅳ等软岩、岩体完整～较完整类岩体。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。