岩块卸荷效应与工程岩体质量评价方法研究

工程岩体质量评价是地下洞室工程选址、设计所必须回答的主要工程地质问题，在许多常用的工程岩体质量评价方法中，岩体的完整性指数是一个重要评价指标，而由于岩块卸荷效应和室内、原位波速测试的频率差异以及样品采取、测试仪器等方面的原因导致完整性指数不能够准确的表征岩体的完整程度，有时甚至会产生岩体完整性指数大于1的不合理的现象。本项目针对以上问题拟进行相关的试验，研究岩块的波速-应力关系，提出岩块卸荷指标和频率修正系数两个因子对工程岩体质量指标BQ值的计算方法进行修正，进而对国标BQ岩体分级法进行改进。另外，岩块的应力-波速关系应与岩块的受荷历史有关系，因此可以根据得到的岩块应力-波速关系，结合原位实测地应力值，分析岩块在原位地应力附近波速的变化情况，试图提出新的原位地应力测量方法- - 波速-应力关系法。

工程岩体质量评价是地下洞室工程选址、设计所必须回答的主要工程地质问题，在许多常用的工程岩体质量评价方法中，岩体的完整性指数是一个重要评价指标，而由于岩块卸荷效应和室内、原位波速测试的频率差异以及样品采取、测试仪器等方面的原因导致完整性指数不能够准确的表征岩体的完整程度，有时甚至会产生岩体完整性指数大于1的不合理的现象，本项目针对以上问题拟进行相关的试验，获得如下主要研究成果：.（1）在岩石三轴试验机基础上设计了岩块应力－波速实验装置，整个试验装置可以分为两个部分：力学试验装置和波速测量装置。力学试验装置主要由岩石三轴试验机、压力传递筒和引伸计组成。岩石三轴试验机负责应力的施加及测量；压力传递筒置于岩样两端，其主要是为了保证固定于岩样两个端面上的波速探头在加压过程中不会受到压力而损坏；引伸计用来测量岩样的变形，可同时测量岩样的径向变形和轴向变形。波速测试装置主要由工程多波参数分析仪、激发探头和接收探头组成，工程多波参数分析仪即时记录并存储波形。.（2）在多个地下工程实际场地采集了不同种类的岩石样品，在自行设计的应力-波速实验装置上开展了应力-波速关系测试实验，分别获得了灰岩（沉积岩）、花岗岩（岩浆岩）和片麻岩（变质岩）三种岩石的应力-波速关系，并将岩块在原位所受应力对应的波速与未受荷时的波速之比定义为卸荷指标，据此计算出三种岩石在其原位环境下的卸荷指标。.（3）在粘弹性介质中，纵波的传播速度是复数，即粘弹性介质中的纵波速度与频率相关，存在频散现象。本次研究通过理论推导，结合室内试验，获得地震波（数十Hz）和超声波（数万Hz）两种频率下的波速差异，提出了波速测试的频率修正系数。.（4）根据卸荷指标和频率修正系数，对岩体完整性指数的计算公式进行了修正，进而修正了岩体质量指标BQ值的计算方法，并将修正的岩体质量指标计算方法在黄岛地下水封石油洞库工程、惠州地下水封石油洞库工程和京沪高速铁路西渴马隧道工程中进行了应用。.（5）根据岩石的应力－波速关系，当岩样所受压力达到其在原位状态下在试验加荷方向下所受的应力时，岩样波速增加速度急剧变缓，这种现象类似于Kaiser效应，据此提出根据应力－波速试验过程中波速增速变化来确定岩样所处位置的地应力的方法。