巖質(zhì)邊坡風(fēng)化分帶量化評(píng)價(jià)

羅 軼 宋 楊

（1.四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司 610000；2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局化探隊(duì) 618000）

0 前言

巖體風(fēng)化是外動(dòng)力地質(zhì)作用對(duì)巖體改造的重要特征之一，是巖體暴露或接近地表后初始結(jié)構(gòu)特征發(fā)生變化的主要表現(xiàn)之一。在高山峽谷地區(qū)，由于內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用相對(duì)較強(qiáng)，河谷下切，斜坡巖體應(yīng)力的降低，巖體發(fā)生沿結(jié)構(gòu)面的松弛，為風(fēng)化作用提供了通道，在地表或接近地表的條件下，因溫度變化、水及水溶液、大氣及生物作用，原巖為適應(yīng)淺表生環(huán)境的變化而發(fā)生的物理的、化學(xué)的變化，從而導(dǎo)致的巖石成份和巖體結(jié)構(gòu)不斷變化的過(guò)程，形成程度不同的風(fēng)化帶。

一般巖體的風(fēng)化是一個(gè)漸近、連續(xù)的變化過(guò)程，即從表部的全、強(qiáng)風(fēng)化至深部的弱風(fēng)化、微風(fēng)化、新鮮巖體。巖體風(fēng)化表現(xiàn)為巖石的松弛、裂隙的增多，巖體風(fēng)化程度的變化可以表征巖石物理力學(xué)性質(zhì)的變化、巖體中裂隙發(fā)育程度的變化（淺表生裂隙造成）、巖體結(jié)構(gòu)的變化、巖體力學(xué)參數(shù)的變化，因此，對(duì)巖體進(jìn)行風(fēng)化分帶具有重要的理論和工程意義。

1 風(fēng)化分帶量化評(píng)價(jià)

國(guó)內(nèi)外按風(fēng)化程度對(duì)風(fēng)化巖的分帶一般劃分為4～6 個(gè)帶，一般依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及建筑類(lèi)型、規(guī)模的不同而不同。國(guó)際巖石力學(xué)協(xié)會(huì)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ISRM，1979）和我國(guó)的《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）（2009 年版）將風(fēng)化巖分為殘積土帶及全、強(qiáng)、中等、微、未風(fēng)化6 個(gè)帶。

就巖體風(fēng)化帶劃分方法來(lái)看，早期以定性判斷為主，在60 年代以前，人們主要以巖石的顏色、礦物的光澤、巖石結(jié)構(gòu)的變化及破碎情況、錘擊聲、開(kāi)挖方法的難易程度、手捏強(qiáng)度等加以判斷。不難看出，定性劃分容易造成巖體風(fēng)化帶劃分的不確定性和人為性，很難反應(yīng)巖體風(fēng)化的本質(zhì)，隨著人類(lèi)工程活動(dòng)規(guī)模變大，這種定性評(píng)價(jià)難以適應(yīng)大型建設(shè)項(xiàng)目的需要。

20 世紀(jì)60 年代以來(lái)，隨著研究的深入，在巖體風(fēng)化分帶中，逐漸引入了一些定量指標(biāo)如縱波速度、波速比、風(fēng)化系數(shù)等來(lái)對(duì)巖體進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分帶，如《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第五版，2018）在原有的考慮巖石組織結(jié)構(gòu)、礦物成分變化程度、堅(jiān)硬程度以及可控掘性或可鉆性等的基礎(chǔ)上，同時(shí)給出了波速比、風(fēng)化系數(shù)等定量指標(biāo)對(duì)巖體進(jìn)行風(fēng)化分帶。同時(shí)，基于風(fēng)化作用對(duì)表生巖體的改造作用，出現(xiàn)了利用巖石變形強(qiáng)度指標(biāo)（變形模量、點(diǎn)荷載強(qiáng)度、單軸抗壓強(qiáng)度、回彈值等）、巖體結(jié)構(gòu)指標(biāo)（結(jié)構(gòu)面間距、體積節(jié)理數(shù)）等對(duì)風(fēng)化帶的劃分。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某工程邊坡位于開(kāi)都河上游右岸，典型峽谷地形，岸坡相對(duì)順直，坡度約40°，高300 余米，Ⅲ、Ⅳ級(jí)殘余階地零星不連續(xù)發(fā)育，大面積基巖裸露，區(qū)域基巖為層狀英安質(zhì)凝灰?guī)r、白云巖，主要發(fā)育4 組裂隙。

2.2 風(fēng)化分帶量化指標(biāo)的選取

風(fēng)化帶定量劃分主要圍繞“巖體結(jié)構(gòu)”這一控制巖體工程地質(zhì)性質(zhì)和巖體穩(wěn)定的基本條件展開(kāi)，代表性指標(biāo)有：巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）、體積節(jié)理數(shù)（Jv）、波速（Vp）、波速比（Bv）和完整性系數(shù)（Kv）。參考相關(guān)規(guī)范及前人成果，本次分類(lèi)定量指標(biāo)中考慮波速比和完整性系數(shù)進(jìn)行劃分，分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)如表2-1。

表2 -1 邊坡巖體風(fēng)化帶劃分依據(jù)

2.3 風(fēng)化帶劃分成果

分析表明，該邊坡強(qiáng)風(fēng)化深度為0～26m，弱風(fēng)化深度為32～101m，劃分成果如表2-2，圖2-1～圖2-2?？傮w來(lái)看，定量劃分的兩種結(jié)果較為接近，而定性、定量劃分在部分平洞有一定的差異，這可能是由于岸坡地形、地層巖性、斷裂構(gòu)造發(fā)育程度的差異所造成，但總體仍保持了隨著洞深的增加，風(fēng)化程度減弱；隨著岸坡高程的增加，風(fēng)化程度增強(qiáng)的趨勢(shì)。并且，定量劃分比定性劃分的風(fēng)化帶厚度大，這是因?yàn)閹r體波速不僅受風(fēng)化程度的影響，巖體中構(gòu)造裂隙和其他結(jié)構(gòu)面對(duì)波速影響也較大，在裂隙發(fā)育地段，波速會(huì)發(fā)生較大下降，定量劃分風(fēng)化帶會(huì)失真。相應(yīng)地，對(duì)于完整性較好的巖體，波速不會(huì)發(fā)生較大改變，但其顏色、錘擊聲卻可能變化很大，定量劃分風(fēng)化帶厚度就會(huì)比定性劃分小。

表2 -2 邊坡巖體風(fēng)化帶劃分成果

圖2 -1 PD02 號(hào)平洞波速比隨洞深變化關(guān)系

圖2 -2 PD02 號(hào)平洞完整性系數(shù)隨洞深變化關(guān)系

3 結(jié)論

（1）巖體風(fēng)化分帶一般采用定性評(píng)價(jià)方法，存在不確定性和人為性，定量指標(biāo)評(píng)價(jià)有助于使巖體風(fēng)化分帶更全面、更科學(xué)，運(yùn)用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)在大型建設(shè)項(xiàng)目中更具有指導(dǎo)意義。

（2）巖體風(fēng)化分帶定量評(píng)價(jià)也具有局限性，波速比和完整性系數(shù)兩個(gè)指標(biāo)受波速影響，而巖體波速不僅受風(fēng)化程度的影響，巖體結(jié)構(gòu)對(duì)其影響也很大，一定程度上影響了評(píng)價(jià)結(jié)果。

（3）風(fēng)化帶劃分應(yīng)結(jié)合定性和定量評(píng)價(jià)進(jìn)行分析，只要在同一標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行定性劃分，同時(shí)以定量劃分進(jìn)行驗(yàn)證，就能得到相對(duì)合理的結(jié)果。