电力工程中强风化岩石和松砂石的现场定量判别方法与流程

1.本发明涉及电力工程岩石鉴别领域，具体是一种电力工程中强风化岩石和松砂石的现场定量判别方法。


背景技术：

2.输电线路作为电网工程的核心,不仅影响输电线路项目成本的经济性,而且影响整个电网工程的规划布局。输电线路设计面临的环境复杂,而且工程建设投资费用较高,因此在勘察设计阶段对工程概预算、招标控制价进行精确计算，对提高输电线路工程的投资效益，保持我国电力工业高速发展和优化资源配置具有重大意义。
3.现行《电力工程预算定额》中松砂石指碎石、卵石和土的混合体，全风化状态及强风化状态不需要打眼、爆破或风镐打凿方法开采的岩类；岩石指中风化、微风化状态、全风化状态及强风化状态需采用打眼、爆破或部分用风镐打凿方法开采的岩类。这种考虑开挖方法及其难易程度的定性分类方法对风化岩石和松砂石的界定不是很明确，导致土石方工程的结算价与概算价、招标控制价存在较大差异，给项目投资带来困难。其他采用定量评价指标的分类方法也存在指标确定方法复杂或未全面考虑各影响因素的问题，因而对岩石类别的鉴别，特别是对风化岩石和松砂石的分类不够精确。
4.因此，需要采用一种工程现场操作方便，能够快速量化区别强风化岩石与松砂石类别的方法。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明针对现行《电力工程预算定额》中岩石分类方法存在的主要问题，综合分析影响土石方施工难易程度的各因素，提出用基本质量指标bq对岩石进行划分，解决岩石无法进行定量区分的问题；提出用施密特回弹仪确定岩石强度的方法，解决基本质量指标bq中岩石饱和单轴抗压强度需通过室内试验测定的问题；提出用体积节理数来确定岩石完整性系数的方法，解决基本质量指标中岩石完整性系数需要通过现场及室内波速试验测定的问题。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：一种电力工程中强风化岩石和松砂石的现场定量判别方法，包括以下步骤：
7.步骤一:利用n型施密特回弹仪获取岩石的回弹值rn；
8.步骤二：根据岩石的回弹值rn和单轴抗压强度rc的相关性确定岩石的单轴抗压强度rc；
9.步骤三：选择掌子面或岩石完全出露部位进行结构面统计并计算岩石体积节理数jv；
10.步骤四：根据岩石体积节理数jv与岩石完整性系数kv的对应关系确定岩石完整性系数kv；
11.步骤五：利用岩石抗压强度rc和岩石完整性系数kv计算岩石基本质量指标bq；
12.步骤六：岩石基本质量指标bq与电力工程定额岩石分别对照关系为：强风化岩石bq值大于等于250、且小于等于300；松砂石bq值大于等于200、且小于250；
13.根据步骤五获得的岩石基本质量指标bq对岩石进行区分。
14.作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤一中，获取岩石的回弹值rn时，在岩石同一点上进行连续10次弹击，取后5击较为稳定的回弹值取其平均值作为该位置的最终回弹值；然后取同一岩石6个不同位置的最终回弹值取其平均值作为该岩石的回弹值rn。
15.作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤二中，岩石的回弹值rn和岩石抗压强度rc的函数关系式为：
[0016][0017]
式中rc为岩石单轴抗压强度计算值；rn为岩石回弹值；a、b均为拟合参数；
[0018]
(1)当所求岩石为软质岩；如砂岩、砾岩、灰岩、云母片岩、千枚岩时；a取6.097，b取0.0442；
[0019]
(2)当所求岩石为硬质岩；如页岩、片岩、钙质岩、白云岩、石灰岩、玄武岩、片麻岩时；a取4.24，b取0.059；
[0020]
(3)当所求岩石为极硬岩；如角岩、硅质岩、石英岩、大理岩、闪长岩、花岗岩时；a取2.21，b取0.07；
[0021]
将步骤一中所得岩石的回弹值rn代入函数关系式中可得岩石抗压强度rc。
[0022]
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤三中，岩石体积节理数jv值按下式计算：
[0023]
jv＝s1+s2+
…
+sn+sk[0024]
式中，jv为岩石体积节理数，条/m3；sn为第n组节理每米长测线上的条数；sk为每立方米岩石非成组节理条数。
[0025]
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤三中进行结构面统计时，统计部位的测窗面积不小于2
×
5m2。
[0026]
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤四中，所述岩石体积节理数jv与岩石完整性系数kv的对应关系为：
[0027]
1)当岩石体积节理数jv大于等于0且小于等于3时，岩石完整性系数kv小于等于1且大于等于0.75；
[0028]
2)当岩石体积节理数jv大于等于3且小于等于10时，岩石完整性系数kv小于等于0.75且大于等于0.55；
[0029]
3)当岩石体积节理数jv大于等于10且小于等于20时，岩石完整性系数kv小于等于0.55且大于等于0.35；
[0030]
4)当岩石体积节理数jv大于等于20且小于等于35时，岩石完整性系数kv小于等于0.55且大于等于0.15；
[0031]
5)当岩石体积节理数jv大于35时，岩石完整性系数kv小于0.15。
[0032]
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤五中，所述岩石基本质量指标bq的计算公式为：
[0033]
bq＝100+3rc+250kv
[0034]
式中，bq为岩石基本质量指标；rc为岩石抗压强度；kv为岩石完整性系数。
[0035]
作为本发明技术方案的进一步改进，当rc＞90kv+30时，以rc＝90kv+30和kv代入计算bq值；当kv＞0.04rc+0.4时，以kv＝0.04rc+0.4和r。代入计算bq值。
[0036]
本发明所述电力工程中强风化岩石和松砂石的现场定量判别方法，针对现行《电力工程预算定额》中岩石分类方法存在的主要问题，综合分析影响土石方施工难易程度的各因素，提出用基本质量指标bq对岩石进行划分，解决岩石无法进行定量区分的问题；提出用施密特回弹仪确定岩石强度的方法，解决基本质量指标bq中岩石饱和单轴抗压强度需通过室内试验测定的问题；提出用体积节理数来确定岩石完整性系数的方法，解决了基本质量指标中岩石完整性系数需要通过现场及室内波速试验测定的问题。本发明既可以解决目前电力工程预算定额中岩石定性分类标准模糊不易操作的问题，又可实现工程现场即可精确地进行岩石分类的目的。
具体实施方式
[0037]
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0038]
本发明提供了一种电力工程中强风化岩石和松砂石的现场定量判别方法的具体实施例，包括以下步骤：
[0039]
步骤一:利用n型施密特回弹仪获取岩石的回弹值rn；
[0040]
步骤二：根据岩石的回弹值rn和单轴抗压强度rc的相关性确定岩石的单轴抗压强度rc；
[0041]
步骤三：选择掌子面或岩石完全出露部位进行结构面统计并计算岩石体积节理数jv；
[0042]
步骤四：根据岩石体积节理数jv与岩石完整性系数kv的对应关系确定岩石完整性系数kv；
[0043]
步骤五：利用岩石抗压强度rc和岩石完整性系数kv计算岩石基本质量指标bq；
[0044]
步骤六：岩石基本质量指标bq与电力工程定额岩石分别对照关系为：强风化岩石bq值大于等于250、且小于等于300；松砂石bq值大于等于200、且小于250；
[0045]
根据步骤五获得的岩石基本质量指标bq对岩石进行区分。
[0046]
在本发明提供的一个实施例中，所采用的n型施密特回弹仪的冲击动能为2.207j。对于使用回弹仪进行岩石的回弹测试时，采用单点重复测试方法。在获取岩石的回弹值rn时，在岩石同一点上进行连续10次弹击，取后5击较为稳定的回弹值取其平均值作为该位置的最终回弹值；然后取同一岩石6个不同位置的最终回弹值取其平均值作为该岩石的回弹值rn。
[0047]
根据研究发现，由于施密特回弹仪测得的rn和岩石抗压强度rc有较好的指数关系。在步骤二中，岩石的回弹值rn和岩石抗压强度rc的函数关系式为：
[0048][0049]
式中rc为岩石单轴抗压强度计算值；rn为岩石回弹值；a、b均为拟合参数；
[0050]
(1)当所求岩石为软质岩；如砂岩、砾岩、灰岩、云母片岩、千枚岩时；a取6.097，b取0.0442；
[0051]
(2)当所求岩石为硬质岩；如页岩、片岩、钙质岩、白云岩、石灰岩、玄武岩、片麻岩时；a取4.24，b取0.059；
[0052]
(3)当所求岩石为极硬岩；如角岩、硅质岩、石英岩、大理岩、闪长岩、花岗岩时；a取2.21，b取0.07；
[0053]
将步骤一中所得岩石的回弹值rn代入函数关系式中可得岩石抗压强度rc。
[0054]
在步骤三中，岩石体积节理数jv应选择掌子面或岩石完全出露部位进行结构面统计，统计部位的测窗面积不小于2
×
5m2，即侧窗面积的长不小于5m、宽不小于2m、总面积不小于10m2。
[0055]
岩石体积节理数jv值按下式计算：
[0056]
jv＝s1+s2+
…
+sn+sk[0057]
式中，jv为岩石体积节理数，条/m3；sn为第n组节理每米长测线上的条数；sk为每立方米岩石非成组节理条数。
[0058]
在步骤四中，所述岩石体积节理数jv与岩石完整性系数kv的对应关系见下表：
[0059]
jv/条
·
m-3
0-33-1010-2020-35＞35kv1-0.750.75-0.550.55-0.350.35-0.15＜0.15
[0060]
根据步骤三计算所得岩石体积节理数jv，利用岩石体积节理数jv和岩石完整性系数kv的对应关系，采用插值的方法即可求出岩石完整性系数kv。
[0061]
在步骤五中，所述岩石基本质量指标bq的计算公式为：
[0062]
bq＝100+3rc+250kv
[0063]
式中，bq为岩石基本质量指标；rc为岩石抗压强度；kv为岩石完整性系数。
[0064]
实践表明，rc和kv对岩石质量的影响是非线性的，当kv值极小(如极破碎)时，rc值的增大对岩石质量的改善作用不大；同样，当rc值很低(如极软岩)，kv值的增大也不能改善岩石的质量。因此，采用上式计算bq时，要分情况讨论：
[0065]
当rc＞90kv+30时，以rc＝90kv+30和kv代入计算bq值；当kv＞0.04rc+0.4时，以kv＝0.04rc+0.4和rc代入计算bq值。
[0066]
本发明既可以解决目前电力工程预算定额中岩石定性分类标准模糊不易操作的问题，又可实现工程现场即可精确地进行岩石分类的目的。
[0067]
下面通过具体实施例来对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0068]
某输电线路段处低中山区，全线岩性为二迭系(p)浅红色和灰白色砂岩为主，局部塔位地质成分为粉土或者碎石土为主。取其中某塔位为实施例，其周边以浅红色、黑灰色砂岩为主，矿物成分主要有石英、长石。
[0069]
(一)利用n型施密特回弹仪获取岩石的回弹值：
[0070]
本此实验测试采用南方建筑仪器生产厂生产的n型施密特回弹仪，其冲击动能为2.207j。在塔基周边岩石取6个不同的具有代表性的位置，同一位置取同一点进行连续10次弹击，取后5击较为稳定的回弹值作为最终回弹值。统计数据见下表。
[0071][0072]
岩石六个不同位置的最终回弹值取其平均值作为该岩石的回弹值rn，其大小为29。
[0073]
㈡根据岩石的回弹值rn和岩石抗压强度rc的相关性确定岩石的岩石抗压强度rc；
[0074]
该塔基周边岩石主要以砂岩为主，则a取6.907，b取0.0442；
[0075][0076]
将岩石的回弹值rn＝29代入上式得岩石抗压强度rc＝24.887mpa。
[0077]
㈢为检验回弹值与单轴抗压强度关系式以及换算得到的岩石抗压强度rc与室内试验实测值的合理性，对该塔基周边岩石上述㈠中六个位置各取三组试样进行实验室岩石单轴压缩试验。
[0078]
将采集的岩样按照《工程岩石试验方法标准》(gb/t50266-2013)规范要求进行试验，标准试件尺采用φ50mm
×
100mm。本次试验采用型号为sht4305的微机控制电液伺服万能试验机，量程范围为0-300kn。按规范要求，安装好岩样后，控制应力为0.5mpa/s的加载速率对岩样进行匀速加载直至试件完全破坏，记录其单轴抗压强度如下表所示。
[0079][0080]
将换算得到的岩石抗压强度rc与室内试验实测值进行对比分析，如下表所示。
[0081][0082][0083]
由上表可见平均相对误差范围均在5％以内，说明该公式适用于岩石的单轴抗压强度换算，能为岩石类别的评价提供重要的力学参数。
[0084]
(四)选择掌子面或岩石完全出露部位进行结构面统计，作为岩石完整性系数kv。
[0085]
在岩体表面接近水平的面上布置6m长测线测定结构面分布情况，根据测量发现沿测线方向共发育了3组结构面和2条非成组节理，统计结果见下表：
[0086][0087]
岩石体积节理数计算过程如下：
[0088][0089][0090][0091][0092]
jv＝s1+s2+s3+s0＝27.3
[0093]
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1m2，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。
[0094]
㈤根据上式所得的岩石体积节理数jv，利用岩石体积节理数jv和岩石完整性系数
kv的对应关系，采用插值的方法即可求出岩石完整性系数kv。
[0095]
由jv与kv的对应关系可得：
[0096][0097]
㈥利用岩石抗压强度rc和岩石完整性系数kv计算岩石基本质量指标bq；
[0098]
将rc与kv代入岩石基本质量指标bq计算公式得：
[0099]
bq＝100+3rc+250kv＝237.911
[0100]
(七)根据岩石基本质量指标对岩石进行区分；
[0101]
根据计算所得bq值与电力工程定额岩石对应关系可知，该塔基周边岩石属于松砂石。
[0102]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。