巖質邊坡風化分帶量化評價

羅 軼 宋 楊

（1.四川省地質工程勘察院集團有限公司 610000；2.四川省地質礦產勘查開發局化探隊 618000）

0 前言

巖體風化是外動力地質作用對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構特征發生變化的主要表現之一。在高山峽谷地區，由于內外動力地質作用相對較強，河谷下切，斜坡巖體應力的降低，巖體發生沿結構面的松弛，為風化作用提供了通道，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，原巖為適應淺表生環境的變化而發生的物理的、化學的變化，從而導致的巖石成份和巖體結構不斷變化的過程，形成程度不同的風化帶。

一般巖體的風化是一個漸近、連續的變化過程，即從表部的全、強風化至深部的弱風化、微風化、新鮮巖體。巖體風化表現為巖石的松弛、裂隙的增多，巖體風化程度的變化可以表征巖石物理力學性質的變化、巖體中裂隙發育程度的變化（淺表生裂隙造成）、巖體結構的變化、巖體力學參數的變化，因此，對巖體進行風化分帶具有重要的理論和工程意義。

1 風化分帶量化評價

國內外按風化程度對風化巖的分帶一般劃分為4～6 個帶，一般依據行業標準及建筑類型、規模的不同而不同。國際巖石力學協會實驗室和現場標準委員會（ISRM，1979）和我國的《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009 年版）將風化巖分為殘積土帶及全、強、中等、微、未風化6 個帶。

就巖體風化帶劃分方法來看，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、巖石結構的變化及破碎情況、錘擊聲、開挖方法的難易程度、手捏強度等加以判斷。不難看出，定性劃分容易造成巖體風化帶劃分的不確定性和人為性，很難反應巖體風化的本質，隨著人類工程活動規模變大，這種定性評價難以適應大型建設項目的需要。

20 世紀60 年代以來，隨著研究的深入，在巖體風化分帶中，逐漸引入了一些定量指標如縱波速度、波速比、風化系數等來對巖體進行定性與定量相結合的分帶，如《工程地質手冊》（第五版，2018）在原有的考慮巖石組織結構、礦物成分變化程度、堅硬程度以及可控掘性或可鉆性等的基礎上，同時給出了波速比、風化系數等定量指標對巖體進行風化分帶。同時，基于風化作用對表生巖體的改造作用，出現了利用巖石變形強度指標（變形模量、點荷載強度、單軸抗壓強度、回彈值等）、巖體結構指標（結構面間距、體積節理數）等對風化帶的劃分。

2 工程實例

2.1 工程概況

某工程邊坡位于開都河上游右岸，典型峽谷地形，岸坡相對順直，坡度約40°，高300 余米，Ⅲ、Ⅳ級殘余階地零星不連續發育，大面積基巖裸露，區域基巖為層狀英安質凝灰巖、白云巖，主要發育4 組裂隙。

2.2 風化分帶量化指標的選取

風化帶定量劃分主要圍繞“巖體結構”這一控制巖體工程地質性質和巖體穩定的基本條件展開，代表性指標有：巖石質量指標（RQD）、體積節理數（Jv）、波速（Vp）、波速比（Bv）和完整性系數（Kv）。參考相關規范及前人成果，本次分類定量指標中考慮波速比和完整性系數進行劃分，分類標準如表2-1。

表2 -1 邊坡巖體風化帶劃分依據

2.3 風化帶劃分成果

分析表明，該邊坡強風化深度為0～26m，弱風化深度為32～101m，劃分成果如表2-2，圖2-1～圖2-2。總體來看，定量劃分的兩種結果較為接近，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、斷裂構造發育程度的差異所造成，但總體仍保持了隨著洞深的增加，風化程度減弱；隨著岸坡高程的增加，風化程度增強的趨勢。并且，定量劃分比定性劃分的風化帶厚度大，這是因為巖體波速不僅受風化程度的影響，巖體中構造裂隙和其他結構面對波速影響也較大，在裂隙發育地段，波速會發生較大下降，定量劃分風化帶會失真。相應地，對于完整性較好的巖體，波速不會發生較大改變，但其顏色、錘擊聲卻可能變化很大，定量劃分風化帶厚度就會比定性劃分小。

表2 -2 邊坡巖體風化帶劃分成果

圖2 -1 PD02 號平洞波速比隨洞深變化關系

圖2 -2 PD02 號平洞完整性系數隨洞深變化關系

3 結論

（1）巖體風化分帶一般采用定性評價方法，存在不確定性和人為性，定量指標評價有助于使巖體風化分帶更全面、更科學，運用統一的標準進行評價在大型建設項目中更具有指導意義。

（2）巖體風化分帶定量評價也具有局限性，波速比和完整性系數兩個指標受波速影響，而巖體波速不僅受風化程度的影響，巖體結構對其影響也很大，一定程度上影響了評價結果。

（3）風化帶劃分應結合定性和定量評價進行分析，只要在同一標準下進行定性劃分，同時以定量劃分進行驗證，就能得到相對合理的結果。