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基于结构面间距标准的层状岩体结构分类方法探讨与应用

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第24卷第5期 2010年10月 资源环境与工程 Resources Environment&Engineering Vo1.24,No.5 Oct.,2010 基于结构面间距标准的层状岩体结构 分类方法探讨与应用 闫长斌,王贵军,常福庆,陈艳国,高旭辉 (黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003) 摘要:在总结现行规范、规程有关层状岩体结构划分标准的基础上,指出了以结构面间距为划分依据存 在的差异与不足,对层状岩体结构分类方案提出新的认识。将巨厚层状结构进一步细分为>1 nl和>2 m两 个亚类,并将互层状结构融入其他层状结构类型中。同时针对层状岩体风化卸荷与剪切带发育特点,提出 了更具针对性的夹层结构。最后,结合建筑物涉及岩组的结构面间距平均值与结构面间距百分比统计资料, 初步建立了适用于古贤水利枢纽工程的近水平层状岩体结构划分方案。 关键词:工程地质;层状岩体;岩体结构类型;结构面间距 中图分类号:TV223.1 文献标识码:A 文章编号:1671—1211(2010)05—0574—05 0 引言 岩体结构是岩体工程地质评价的基础。正确认 体结构分类问题进行探讨,尝试提出一些新的看法 和认识,并结合具体地质条件,建立适用于古贤水利 枢纽工程复杂近水平层状岩体结构划分方案,为古 识、划分岩体结构类型,对于岩体工程地质评价具有重 要影响。从宏观上讲,地壳中的岩体结构可分为块状 结构和层状结构两大类¨J,其中层状结构岩体约占陆 地面积的75%,是工程建设中遇到的主要岩体结构类 型。层状岩体中不但包括原生层面和层理,而且有后 贤水利枢纽工程岩体质量分级和评价提供基础,为 类似工程提供借鉴和参考。 1层状岩体结构划分依据及其存在的差异 1.1 现有规范与文献的有关规定 期改造形成的节理裂隙等次生以及表生结构面,甚至 (1)《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-- 断层构造。另外,层状岩体中有时还存在软弱夹层发 2008)附录u中规定了层状岩体结构的划分标准。该 厚层状、中厚层 育、岩石相变明显等一系列复杂问题。这些问题给层 规范将层状岩体结构划分为巨厚层状、状岩体质量评价和分级带来了诸多困难。 对于层状岩体结构类型的划分,国内外已有多种 方案或标准,有关规范也给出了明确的规定 I4 。参 照软硬岩层组合关系,根据层面等结构面间距,通常 状、互层状和薄层状等5种结构类型,依据的层面间距 标准分别是>100 Cm、100~50 cm、50~30 cm、30~10 cm和<10 cm。 (2)《工程岩体分级标准》(GB50218--94)中建议 将层状岩体划分为巨厚层状结构、厚层状结构、中厚 层状结构、互层状或薄层状结构等。然而,从实际应 用来看,结构面间距标准并不一致,甚至差别很大, 将层状岩体结构类型分为巨厚层状、厚层状、中厚层状 以及中一薄层状等4种,其中巨厚层状、厚层状结构的 结构面间距标准均为>100 cm,而中厚层状及薄层状 结构的划分标准依次为lO0~40 cm和40~20 cm。 难免造成认识和使用上的诸多混乱 。另外,就某 些规范而言,其结构面间距划分标准是根据某些工 (3)《岩土工程勘察规范》(GB50021--2001) (2009版)附录A.0.4中给出了岩体按结构类型划分 的规定,其划分依据仍然是岩体结构面发育状况。其 中涉及的层状岩体结构类型主要有巨厚层状、厚层状、 程统计数据得来的,是否适用于任何一项工程,有待 进一步考证。本文在对比分析已有层状岩体结构类 型划分标准的基础上,对基于结构面间距的层状岩 收稿日期:2010—07—31;改回日期:2010-09—03 基金项目:黄河勘测规划设计有限公司自主研究开发项目(20o9一ky01);国家“十一五”科技支撑计划(2006BABO4A06)。 作者简介:闰长斌(1979一),男,工程师,博士,岩土工程专业,从事水工岩石力学方面的设计与研究工作。E—mail:yanchanghin一2001 @163.tom 第5期 闫长斌等:基于结构面间距标准的层状岩体结构分类方法探讨与应用 575 中厚层状结构等3种,其划分标准依次是>150 cm、 150~70 cm、70~50 cm。 其原因,一方面是规程、规范修编的协调性差,各行业、 领域之间缺乏有效、完备的沟通;另一方面是人为因素 (4)《中小型水利水电工程地质勘察规范》(s【55— 2005)附录 o_2-2仍将层状岩体结构划分为巨厚层状、 厚层状、中厚层状、薄层状和极薄层状等5种类型,其对应 的结构面间距标准依次是>100 cm、100~50 cm、50~ 20 cm、0-5 ti2n和<5 cm。 的影响,人们对于结构面间距划分标准的认识不统一。 因此,有必要对此问题予以澄清,建立面向工程应用 的、概念明晰的划分标准或方案。在此基础上,结合具 体的工程地质条件,根据现场有关实测数据和资料,确 定合理的结构面间距划分依据,构建适用于具体工程 (5)《铁路工程岩土分类标准》(TB 1()077— 的层状岩体结构类型划分体系。 2001)第3.2节中规定,有关层状岩体结构类型和相应 的结构面间距应分别符合如下规定:①巨厚层状结构: >100 cm;②厚层状结构:i00~50 cm;③中厚层状结 构:50~10 cm;④薄层状结构:<10 cm。 (6)《公路工程地质勘察规范》(JrrJ 064—98)附 录G中规定,层状岩体结构类型的划分,结构面间距应 符合以下规定:①厚层:>50 cm;②中层:50~10 cm; ⑧薄层:<10 cm。 (7)《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330--2002) 附录A.2中提到,岩体结构类型的划分应符合现行国家 标准《岩土工程勘察规范》(GB 50021--2001)(2009版) 表A.0.4的规定,即结构面间距为:①巨厚层状结构: >100 cm;②厚层状结构:150~70 cm;③中厚层状结 构:70~50 cm。 (8)湖南省水利水电勘测设计研究总院编写的 《中小型水利水电工程地质勘察经验汇编》有关《中小 型水利水电工程围岩地质分类及有关围岩稳定性评价 的几个问题》一文中,对于层状岩体结构采用如下分类 标准:①巨厚层状结构:>200 cm;②厚层状结构:200 ~60 cm;③中厚层状结构:6O~20 cm;④薄层状结构: 20~6 cm;⑤薄层状结构:<6 cm。 1.2结构面间距标准存在的差异与不足 从前述规范关于层状岩体结构类型划分的规定 中,不难发现:对于层状岩体结构类型的主要划分依据 是结构面间距。而对于相同岩体结构,其划分所依据 的结构面间距却有很大差别。例如,对于巨厚层状结 构的划分标准,结构面间距数值就有200 cm、150 cm 和100 cm三种,相差竞达1倍;而厚层状岩体结构划 分所依据的结构面间距之间的差异更加突出,例如 200~60 cm、150—70 cm、100~50 cm和100~40 cm 等。另外,中厚层状和薄层状岩体结构类型划分标准 也很不一致。纵观以上层状岩体结构的分类方案,大 多数采用100 cm、50 cm、30 cm和10 cm体系来划分巨 厚层、厚层和中厚层以及薄层状岩体结构类型,其应用 最为广泛。由此可见,现行规程、规范及部分文献对于 层状岩体结构类型的划分标准的确存在较大差异。究 2 对层状岩体结构类型划分方法的探讨 2.1 基于结构面间距的划分标准及其确定方法 综合上述规程、规范中的结构面间距标准,参考葛 洲坝、小浪底、李家峡等工程建立的层状岩体结构分类 方案,认为层状岩体结构类型划分应主要依据单层厚 度,即首先考虑层面间距;其次考虑节理裂隙对岩体的 切割厚度,即节理面间距;同时参考完整性系数、风化 卸荷程度以及RQD等因素,综合划定层状岩体结构类 型。另外,岩体结构面间距的确定,对于研究节理裂隙 发育深度与密度亦具有实际意义。 至于结构面间距的确定,对于层状岩体而言,应首 先现场测量不同沉积岩性之问的接触层面问距,然后 再统计节理裂隙切割后的裂隙面问距。无法直接进行 测量的,亦可根据钻孔、大口径钻孔岩芯,配合钻孔电 视,进行结构面间距的统计分析。在实际统计过程中, 划分结构面的标志性界限是以下几个:①明显的岩性 层面;②张开的层内层理;③陡倾角或缓倾角节理裂隙 面;④泥化夹层等软弱结构面。 2.2对层状岩体结构类型划分方案的建议 层状岩体结构的五级划分方案应用最多。然而, 对于互层状结构,水利水电工程地质勘察规范(GB 50487--2008)把互层状列在中厚层状与薄层状之 问,而其他绝大部分规范则没有将其单独列出。其 实,从某种意义上讲,层状岩体绝大部分情况下都是 软硬互层状沉积的,与层面间距并无直接联系,互层 状结构完全可以划归到其他结构类型中,不必单独 列出。因此,本文将结构面间距为10~30 cm的层状 岩体划归到薄层状结构的范畴。对于结构面问距< 10 cm的层状岩体,可视为夹层或细长透镜体,往往 呈片状或极薄层状,此处统称为夹层状结构;而对于 巨厚层状结构,则需考虑具体工程地质条件,结合前 述规程、规范的对比分析,可将其分为两个亚类,即 层厚>200 cm和>100 CITI的,分别称为整体巨厚层 状和一般巨厚层状。层状岩体结构与相应的划分标 准,见表1 576 资源环境与工程 2010年 3 古贤水利枢纽层状岩体结构类型分析 古贤水利枢纽工程位于黄河中游北干流碛口一禹 门口河段,壶口瀑布上游约3.5—23.5 km处,左岸为山 坝址区为近水平状单斜地层,总体走向为lO。~ 30。,倾向NW,倾角为0。一3。。地质构造简单,未发现 断层、褶皱等构造,发育有陡倾角的节理裂隙和顺层剪 切带等。 3.2古贤水利枢纽层状岩体中的结构面间距统计 根据钻孔柱状图、钻孔岩芯测量、钻孔电视成像资 料,在河床、两岸选取有代表性的钻孔进行层状岩体结 构面间距统计。坝址区坝基岩体和洞室围岩主要埋藏 西省吉县,右岸为陕西省宜川县。古贤水利枢纽作为黄 河干流的七大控制性骨干工程之一,在黄河治理开发和 水沙调控体系方面具有极为重要的战略作用 。 3.1 古贤水利枢纽地层岩性与层状岩体结构特征 坝址区出露基岩主要为中生界三叠系中统二马营 组上段和铜川组下段,为一套陆相碎屑岩系,分布于整 个坝址区的河谷及岸坡上,出露厚度160~200 In,最 于二马营组地层的T2el";、T er 1。和T er ‘岩组以及铜川 组地层的T2t:和T2 岩组中,统计时重点选择了以上 几个岩组,具体结果见表2。 大揭露厚度350 ITI左右。岩相变化较大。 表2坝址区岩体结构面间距平均值统计表 Fig.2 Statistic of discontinuity spacing of dam area rock moss 状(>2 m)和一般巨厚层状(>1 m)岩体的结构面间 巨厚层状(>1 m)岩体的结构面间距平均值具有相似 距百分比平均值亦具有基本相似的规律,二者的百分  m)岩体 的规律,均是T er 岩组最大,而T £2-l岩组较小。其 比平均值都较大。其中,一般巨厚层状(>1余岩组的结构面问距平均值相差不大。②整体巨厚层 中的T2 岩组最大;而整体巨厚层状(>2 m)的岩体 由图1—2可见:①整体巨厚层状(>2 m)和一般 第5期 闫长斌等:基于结构面间距标准的层状岩体结构分类方法探讨与应用 舳 日u、 喽井 承 一求 姗 枷 姗 瑚 瑚 如 。 ∞ 如 蚰 如 m 577 0 中T2er;岩组最大;二者均是T 2。岩组最小。③其余 3.3 古贤水利枢纽工程近水平层状岩体结构分类 几个岩组的结构面间距百分比平均值相差不大。其中 根据水利《水电工程地质勘察规范》(GB50487-- 厚层状(0.5~1 m)岩体的结构面间距百分比平均值 相对较大,各个岩组所占比例基本上都超过了10%; 而中厚层状(0.3~0.5 m)、薄层状(0.1~0.3 m)及夹 2008)的规定,参考本文提出的层状岩体结构分类方 案,结合上述古贤水利枢纽坝址区有关岩组层状岩体 层面等结构面间距统计数据,同时考虑RQD、波速等 其它因素,将古贤水利枢纽工程坝址区层状岩体结构 层状结构和夹层状结构等五种类型。其中,巨厚层状 结构又进一步细分为结构面间距>1 m和结构面间距 层状(<0.1 m)等结构岩体的结构面间距百分比平均值 低于10%,且三者之间非常接近。 相对较小,除了夹层状(<0.1 m)的T _z_1岩组外,大部分 划分为:巨厚层状结构、厚层状结构、中厚层状结构、薄 >2 m两个亚类。具体的层状岩体结构类型划分及其 主要工程地质特征,见表3。 由于岩层的相变较大,不同岩性呈不等厚的韵律 互层发育。因此根据现阶段工程地质岩组的划分,同 一个岩组可能包含不同的层状岩体结构类型。 另外,由于覆盖层及强风化卸荷带岩体在重力坝 坝基、面板坝趾板、心墙坝齿槽以及进出口边坡、隧洞 T2t1 一T2fl’ T2er2“T2Pr2 T2er ̄。T2erx。T2er2 过沟浅埋段等部位需要挖除,因此工程建筑物区域的 薄层状和夹层状结构岩体所占比例将会减少。 岩 组 图1各岩组结构面间距平均值 Fig.1 Discontinuity spacing average depth of each rock group 4结论 在总结现有规范、规程有关层状岩体结构划分标 准的基础上,指出了结构面间距划分依据存在的差 异与不足,综合分析后提出了层状岩体结构分类的 修正方案。该方案将巨厚层状结构进一步细分为> 1 m和>2 m两个亚类,并将互层状结构融人其他结 构类型中。同时针对层状岩体风化卸荷与剪切带发 育特点,提出了更具针对性的夹层结构。根据该方 T t’T t T2er2”T2er2 Tzer2’er2。T2T2er 案提出的划分方法,结合建筑物涉及岩组的结构面 间距平均值与结构面间距百分比统计资料,初步建 立了适用于古贤水利枢纽工程的近水平层状岩体结 构划分方案。 岩 组 图2各岩组结构面间距百分比平均值 Fig.2 Discontinuity spacing percentage of each rock group 表3古贤水利枢纽工程坝址区层状岩体结构类型 Table 3 Layered rock mass structure types of Guxian pmject dam area 岩体结构类型— 结构面间距均值/m — 结构面间距百分比/% — 基本地质特征 578 资源环境与工程 2010年 [5] 黄向春,骆福英,熊博.层状岩体结构划分与岩体工程地质评价 参考文献: 版社,1979. [1]谷德振.岩体工程地质力学基础[M].北京:科学出 [2]GB50487--2008,水利水电工程地质勘察规范[s]. [3]GB50218--94,工程岩体分级标准[s]. [4] SL55--2005,中小型水利水电工程地质勘察规范[s [J].岩土工程界,2005(7):3O一32. [6] 王贵军,常福庆,闫长斌,等.黄河古贤水利枢纽项目建议书阶段工 程地质勘察报告[R].郑州:黄河勘测规划设计有限公司,2O09. (责任编辑:胡立智) Discussion on the Division Methods of Layered Rock Mass Structure Types Based on the Discontinuity Spacing and Its Application YAN Changbin,WANG Guijun,CHANG Fuqing,CHEN Yanguo,GA0 Xuhui (Yellow River Engi ̄ering Consulting Co.,Ltd.,Zhengzhou,ltenan 450003) Abstract:Based on summarizing the codes about division standards of layered rock mass structure,the differences and shortages of discontinuity spacing as the rule are pointed out,and the new cognizance for the scheme of layered rock mass structure is taken forward.The huge thick layered structure is divided into two sub—classes further,which are>1 m and >2 m,and the interbed stuctrure is included in other layered stuctrures as a whole.The interlayer stuctrure with more pertinence is put forward,as for the characters of weathering and unloading and shear zone of layered rock mass.At last, the division schemes of close to horizontal layered rock mass stuctrure,which are applied to Guxian Pr ̄ect,are founded preliminarily,combined with the statistical data of average and percentage of discontinuity spacing of some rock groups where the buildings are involved. Key words:engineering geology;layered rock mass;rock mass structure types;discontinuity spacing 

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