一种倾倒岩体的分类方法与流程

本发明涉及岩体分类。

背景技术：

脆性岩层倾倒变形后岩体破碎，按照一般的岩体结构分类方案，难以描述其倾倒变形程度。现有技术中评价岩体倾倒变形通常采用岩体结构分类方案或岩体质量分级方法，其中，岩体结构分类方法的分类指标有：1.地质背景(岩性，构造运动,岩层厚度) 2.结构面特征（结构面长度，结构面组数，结构面填充物，结构面胶结程度） 3.结构体形态 （巨形块状，厚板状，块状，柱状，板状，岩块），分类结果是：1.整体块状结构 2.层状结构 3.碎裂结构 4.散体结构，这种分类方法的技术缺陷是：1.分类的四种结果不能定量描述倾倒岩体的基本破裂特征，2.难以描述倾倒岩体的变形程度，3.涉及指标较多，野外工作量大，4.倾倒岩体破坏模式特殊，现有技术对边坡稳定性评价精度较低。岩体质量分级方法RMR的分类指标包括：1.完整岩石强度 2.岩体质量指标(RQD) 3.节理间距 4.节理条件 5.地下水 。综合考虑以上指标对岩体质量的影响，对这些因素分别给出影响因子：然后采用和差积分法，计算岩体的分类指标：并根据节理方位与边坡之间的关系进行修正，用以评价边坡的稳定性。这种分类方法的技术缺陷是：1.无法定量描述倾倒岩体的基本破裂特征，2.难以描述倾倒岩体的变形程度，3.计算方法复杂，野外使用不方便，4.倾倒岩体破坏模式特殊，该技术对倾倒岩体针对性较弱。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种倾倒岩体的分类方法，能够迅速准确便利的描述倾倒岩体的变形破坏特征，可以作为倾倒岩体变形破坏特征程度划分的基本标准

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种倾倒岩体的分类方法，该方法设定以下7个分类指标来评价倾倒岩体：1.变形特征、2.岩层倾角、3.层间最大拉张量，单位mm、4.层间单位拉张量，单位mm/m、5.卸荷变形特征、6.风化程度、7.纵波波速，并根据上述分类指标的综合判断，将倾倒岩体分为三类：A类极强倾倒破裂区、B类强倾倒破裂区、C类弱倾倒过渡变形区。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述B类强倾倒破裂区据其变形性质不同，分为上下段两种类型：B1类强倾倒上段切层剪切破裂区和B2类强倾倒下段层内张裂变形区。

对于变形特征指标，A类极强倾倒破裂区的表现为：当岩层倾角转动很大时，岩体发生强烈的折断张裂变形，形成陡倾坡外的张性破裂带；B1类强倾倒上段切层剪张破裂区的表现为：当岩层倾角转动较大时，岩体除了沿层内错动夹层及千枚状板岩等软弱岩带发生强烈的剪切滑移、层内岩层发生强烈的张性破裂外，其变形特征为沿缓倾坡外节理发生强烈的张性剪切变形，并表现出切层发展特征；B 2类强倾倒下段层内张裂变形区的表现为：层内错动带发生剪切滑移，层内岩体产生宏观张性破裂或沿已有结构面产生拉张变形；C类弱倾倒过渡变形区的表现为：陡倾层状岩体沿层内错动夹层及千枚状板岩等软弱岩带发生剪切滑移，层内岩层不发生明显的宏观张裂变形，或形成微量变形的张裂缝。

对于岩层倾角指标，A类极强倾倒破裂区的岩体倾角α≤40º；B1类强倾倒上段切层剪切破裂区的岩体倾角40º<α≤57º；B2类强倾倒下段层内张裂变形区的岩体倾角54º<α≤68º；C类弱倾倒过渡变形区的岩体倾角60º<α≤78º。

层间最大拉张量是指岩层拉张裂隙相邻岩壁间的垂直距离，其中，A类极强倾倒破裂区的层内最大拉张量≥21mm；B1类强倾倒上段切层剪切破裂区的层内最大拉张量9～24mm；B2类强倾倒下段层内张裂变形区的层内最大拉张量6～18mm；C类弱倾倒过渡变形区的层内最大拉张量为2～8mm。

层间单位拉张量是指层内单位长度岩体的张裂变形，其中，A类极强倾倒破裂区的层间单位拉张量为26.8～47.4mm/m，B1类强倾倒上段切层剪切破裂区中硬质岩的层间单位拉张量为20.5～33.1mm/m，B1类强倾倒上段切层剪切破裂区中软质岩的层间单位拉张量为10.3～32.9mm/m，B2类强倾倒下段层内张裂变形区中硬质岩的层间单位拉张量为14.9～26.5mm/m，B2类强倾倒下段层内张裂变形区中软质岩的层间单位拉张量为11.1～29.36mm/m，C类弱倾倒过渡变形区中硬质岩的层间单位拉张量为10.0～16.6mm/m，C类弱倾倒过渡变形区中软质岩的层间单位拉张量为8.3～11.9mm/m。

对于卸荷变形特征指标，A类极强倾倒破裂区及B类强倾倒破裂区的倾倒岩体与强卸荷岩体的卸荷变形特征指标相吻合，即强卸荷变形岩体的底界位于B类倾倒岩体的底界附近，弱卸荷变形与C类弱倾倒岩体分布范围近于一致。

对于风化程度指标， A类倾倒岩体的分布范围与强风化岩体接近；B1类倾倒岩体处于弱风化上段，上部允许出现局部强风化岩体；B2类倾倒岩体处于弱风化上段，下部允许出现弱风化下段岩体；C类倾倒岩体处于弱风化下段，其上段局部允许为弱风化上段。

对于波速指标，A类倾倒岩体的波速值变化范围为v_p=1017～1405(m/s)；B1类倾倒岩体的波速值变化范围为v_p=1290～2111 (m/s)；B2类倾倒岩体的波速值变化范围为v_p=1845～3000 m/s；C类倾倒岩体的波速值变化范围为v_p=1852～3377 m/s。

本发明的方法还包括根据上述7个分类指标及其具体数值建立岩体倾倒变形程度分级体系，通过测定倾倒破裂变形岩体的各个分类指标，并上述分级体系进行比较从而对倾倒破裂变形岩体进行分类。

本发明的有益效果是：1.本发明的分类指标能够针对性地描述倾倒岩体的基本变形破裂特征。2.野外工作量小。3.在评价倾倒变形岩体稳定性方面，由于其针对性强，能起到事半功倍的效果。

附图说明

图1是本发明中层间单位拉张量指标的分类图表。

图2是岩体卸荷带定性划分参考表。

图3是依据本发明的分类指标所建立的岩体倾倒变形程度分级体系表。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明，首先本发明的技术术语进行定义：

岩体的倾倒变形：当岩层层面与坡面走向近平行，倾角较陡时，岩层产生向临空方向的弯曲折断，在斜坡浅层形成具有一定深度的碎裂岩体。

岩体节理节理：指岩石在自然条件下形成的裂纹或裂缝。

岩体质量指标（RQD）：同级岩芯中大于100mm的岩柱在岩芯的岩柱在岩芯总长中的比例。

高山峡谷地貌为水电工程建设创造了极好的条件，近年来，倾倒变形岩体对水利工程建设的负面影响巨大，因此评价其稳定性十分重要，现有岩体结构分类方案与岩体质量分级方法对倾倒岩体描述具有一定的局限性，因此提出岩体倾倒变形程度的定量描述体系，该体系解决了倾倒岩体定量描述的难题。

为此，本发明对倾倒岩体建立7个分类指标：1.变形特征、2.岩层倾角、3.层间最大拉张量，单位mm、4.层间单位拉张量，单位mm/m、5.卸荷变形特征、6.风化程度、7.纵波波速，根据分类指标组合关系将倾倒岩体分为3类：A类极强倾倒破裂区、B类强倾倒破裂区、C类弱倾倒过渡变形区，其中（B类强倾倒破裂区据其变形性质不同，可进一步分为上下段两种类型：①B1类强倾倒上段切层剪切破裂区和②B2类强倾倒下段层内张裂变形区。

以下对各个指标的定义、选取、测量和评判作详细说明：

1. 变形特征。

不同倾倒变形程度的岩体具有其独特的变形特征，通过采用皮尺、钢卷尺、罗盘等进行现场测量与观察，分析其变形破坏后岩体的形态、规模、物质组成、运动特征，以及破坏后边界的形态、产状、擦痕等，总结出不同类型倾倒变形类型所对应的变形特征为：

A类极强倾倒破裂区。

当岩层倾角转动很大时，岩体发生强烈的折断张裂变形，形成陡倾坡外的张性破裂带。岩体内部张裂变形显著，松弛强烈，架空现象明显，大量充填块碎石及角砾、岩屑。变形严重者，破裂带以上岩体与下伏变形基岩分离，并可发生重力坠覆位移。这类变形破裂主要分布在坡体的浅表层，分布范围极为有限。

B类强倾倒变形破裂区。

①B1类强倾倒上段切层剪张破裂区。

当岩层倾角转动较大时，岩体除了沿层内错动夹层及千枚状板岩等软弱岩带发生强烈的剪切滑移、层内岩层发生强烈的张性破裂外，其特征变形为沿缓倾坡外节理发生强烈的张性剪切变形，并表现出显著的切层发展特征。这类变形破裂主要发生在坡体的浅层部位。

②B2类强倾倒下段层内张裂变形区。

层内错动带发生剪切滑移，层内岩体产生宏观张性破裂或沿已有结构面产生拉张变形。张性破裂一般仅局限在层错带及软弱岩带之间，总体上不切层、局部可切单层发育。这类变形破裂主要发生在坡体内部相对较深的部位。

（3）C类弱倾倒过渡变形区。

陡倾层状岩体沿层内错动夹层及千枚状板岩等软弱岩带发生剪切滑移，层内岩层基本上不发生明显的宏观张裂变形，或形成微量变形的张裂缝。这类变形属倾倒变形程度较弱的情况，一般发生在岩体的深部。

2. 岩层倾角。

同倾倒程度的岩体其岩层倾角明显不同，显然二者之间存在必然的对应关系。运用罗盘在野外进行岩层产状测量，并根据实测编录经进一步的统计归纳，获得不同倾倒程度岩体的倾角变化范围单指标分类：总体上：A类极强倾倒岩体倾角α≤40º；B1类强倾倒上段岩体倾角40º<α≤57º；B2类强倾倒下段岩体倾角54º<α≤68º；C 类弱倾倒变形岩体倾角60º<α≤78º。

3、层间最大拉张量（单位mm）。

层间最大拉张量是指岩层拉张裂隙相邻岩壁间的垂直距离，拉张量的大小直接影响岩体的变形和前度特征，在野外通过运用钢尺实测岩层最大拉张量，编录成果清楚地显示，岩体的最大张裂变形与倾倒程度有着较好的对应关系：总体上，具有强烈张裂变形的A类倾倒岩体，层内最大拉张量≥21（mm）；B1类倾倒岩体的层内最大拉张量9～24（mm）；B2类倾倒岩体的层内最大拉张量6～18（mm）；C 类倾倒岩体的张裂变形明显减小，层内最大拉张量仅有2～8（mm）。

4. 层间单位拉张量（单位mm/m）。

大量的实测资料显示，层内单位长度岩体的张裂变形（mm/m）明显受控于岩体倾倒变形的强烈程度。因而可作为界定岩体倾倒变形程度的基本指标之一。

进一步的统计研究发现，以板岩、片岩及千枚岩为主体的软质岩组合，一般多呈薄层状结构，层面错动极为发育，岩体表现出塑性特征。这类软质岩体即使在倾倒转动角度较大时，张裂变形也不明显；以石英质砂板岩及变质砂岩等为主体的硬质岩组合，则是较小的倾倒转动角度即可产生明显的张性破裂。因此，二者的分级指标亦有所差异，应按硬质岩组合及软质岩组合两类岩体分别统计分析。

将上述实测统计成果与岩体倾倒破裂形式的地质研究成果进行对比分析，归纳获得如图1所示的岩体单位拉张量（即每米长度岩体的拉张量mm/m）与岩体倾倒破裂程度的基本关系。

5. 卸荷变形特征。

斜坡岩体协和直接导致浅表部岩体松弛、原有结构面的拉裂张开以及产生新的次生裂隙，造成岩体中裂隙增多，岩体完整性变差，岩体结构变坏。岩体卸荷带的划分依据斜坡岩体结构特征、裂隙张开及泥质物充填特征、地下水分布等进行现场定性确定。现场实测统计结果表明，岩体卸荷变形与不同类别的倾倒岩体之间有一定的相关性。总体上强卸荷岩体与极强卸荷破裂（A类）及强卸荷破裂（B类）岩体相吻合，即强卸荷变形岩体的底界一般位于B类倾倒岩体的底界附近，弱卸荷变形一般与C类弱倾倒岩体分布范围近于一致。岩体卸荷带的定性划分如图2所示。

6.风化程度

岩体风化与岩石风化存在较大差别，岩石的风化程度主要考虑岩块的风化特征，岩体的风化程度划分除考虑岩块的风化外，还需考虑结构面的发育及其风化程度。岩体风化带的划分可采用《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50287-99）。根据现场实测统计结果分析，岩体的风化特征与不同类别的倾倒岩体之间有一定的相关性。

强风化岩体与极强卸荷破裂（A级）分布范围接近；

强倾倒上段岩体（B1级）总体上处于弱风化上段，上部可出现局部强风化岩体；

强倾倒下段岩体（B2级）总体上处于弱风化上段，下部可出现弱风化下段岩体；

弱倾倒岩体（C级）总体上处于弱风化下段，其上段局部可为弱风化上段。

7. 波速指标

不同倾倒程度的岩体因其变形破裂程度而岩体波速有所不同，二者之间存在一定的对应关系。根据地质编录及测试成果经进一步的统计归纳，获得不同倾倒程度岩体的波速变化范围分析成果。

A类极强倾倒破裂岩体的波速值较低，变化范围总体为v_p=1017～1405(m/s)；

B1类强倾倒破裂上段岩体的波速略有增高，总体上v_p=1290～2111 (m/s)；

B2类强倾倒破裂下段岩体的波速值明显增高，一般v_p=1845～3000 m/s；

C类岩体的波速值略高于B2类岩体，v_p=1852～3377 m/s。

在上述各分级指标的统计分析的基础上，提出倾倒岩体的倾倒破裂程度分级定量描述体系，如图3所示。该体系以大量的现场实测数据为基础，经过系统的统计分析和反复的现场验对校正，基本上能够反映坝区倾倒岩体的基本变形破裂特征，可以作为岩体倾倒变形破裂程度分级的基本标准。

实践中，反过来推断，按照图3所示的分类系统进行判断和对照，符合A类特性的岩体，判断为A类岩体，符合B类特性的岩体，判断为B类岩体，符合C类特性的岩体，判断为C类岩体，通过岩体分类对岩体的倾倒变形有相当足够的了解，对实践中水利水电工程建设有十分重要的指导意义。