利用剪切波速划分岩石风化程度

利用剪切波速划分岩石风化程度

王兰中许淳杰

浙江省工程物探勘察院310000

1前言

宁波至奉化城际铁路上部结构基本采用高架桥形式，根据钻探揭露的地层情况结合上部荷载要求，高架桥需采用中等风化岩作为桩基持力层。因此，合理划分岩石的强风化和中等风化界线具有十分重要的意义。

《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)、《城市轨道交通岩土工程勘察规范》(GB50307-2012)和《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10093-2017)均对岩石风化程度分类进行了规定。在不同风化岩石野外特征上，三本规范均从次生矿物的产生、结构破坏、风化裂隙发育情况、破碎程度、坚硬程度等方面对岩石不同风化程度进行定性描述，区别在于《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)对不同风化岩体裂隙间距（即切割大小）未予量化，而其他两本规范均进行了相应量化。在不同风化程度量化指标上，《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)和《城市轨道交通岩土工程勘察规范》(GB50307-2012)均以波速比和风化系数作为定量划分指标，而《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10093-2017)除波速比和风化系数外，还采用纵波波速作为定量划分指标。

岩石风化程度是一个渐变过程，不同风化程度并不存在绝对的界线。受工程经验、岩性等影响，不同的岩土工程师对岩石不同风化程度界线的确定有不同的认识，导致对同一岩石不同风化岩界线的确定出入较大。在岩石风化程度判别上，定量参数指标可以弥补定性指标受人为因素影响大的不足，但在工程实践中，往往较难取得新鲜岩石，因而以波速比、风化系数等定量指标来判别岩石风化程度有一定的难度。由于轨道交通勘探孔大多沿现状道路布置，纵波波速受周边振动影响大，测试效果较差。本文尝试利用剪切波速划分、判定岩石风化程度，确定岩石不同风化程度的界线。

2钻孔波速测试技术

弹性波的传播实质上是应力和应变在介质中的传播，其特性取决于物质受力状态和传播介质的物理力学性质。波速测试以岩(土)体的弹性特征为基础，可以反映出某一结构岩土体在动力作用下的动变形特征。通过测定压缩波(P波)、剪切波(S波)在岩(土)体中的传播速度，能确定场地土类型、建筑场地类别；提供断层破碎带、估算场地卓越周期及场地土的承载力、评价岩(土)体质量等；并可计算工程动力学参数，如动剪切模量、动弹性模量等，为场地工程地质评价和工程建筑设计提供科学依据。

宁波至奉化城际铁路工程每个车站、区间分别在初勘、详勘阶段合计布置3个孔的波速测试。波速测试采用单孔法，分别采用北京水电物探研究所的SWS～Ⅲ型工程地震仪及CDJ～JG38高灵敏度井中三分量检波器和河北省廊坊开发区大地工程检测技术开发有限公司生产的XG～I型贴壁式波速测井仪。前者激振设备为震源板及重锤，分别测试纵波和剪切波，XG～I型贴壁式波速测井仪主要用于剪切波测试。

采用地震仪测试时，测试激发点离钻孔垂距约1.0m，纵波采样间隔为100us，横波采样间隔为500us，采样点数均为1024；从下往上每隔1m采一个样。利用重锤横向左右锤击震源板，产生剪切波（横波）；利用重锤纵向锤击点震源产生压缩波（纵波）。测试方法如图3～1所示。

采用XG～I型贴壁式波速测井仪测试时，由于震源为剪切锤并于井内激发，对于地表条件受限时或者地表干扰相对较大时，使用该仪器采集比较好，测试时从下往上每隔1m采一个样。测试方法如图3～2所示。

根据Q2XZ14孔剪切波色测试结果（表2.4-4）可以看出：全风化层与强风化层之间有明显的速度差异（强风化层Vs=556～667m/s）；60.7～70.0m段岩体剪切波速随埋深逐渐增大（Vs=714～833m/s），与下部较完整的中等风化层之间没有明显的突变，分析认为该段岩芯破碎主要受岩性、节理影响，有别于正常风化的强风化层，结合宁波地区工程经验，需单独划分出来。

（4）岩体风化程度的最终判定

综合现场钻探施工情况、岩性特点、波速测试成果、附近钻孔岩石风化程度划分及宁波地区工程施工经验，认为钻孔Q2XZ14孔深60.7m以下宜定为中等风化砂砾岩，其中60.7m～70.0m可定为中等风化砂砾岩的亚层，最终判定结果得到监理单位的认可。

5小结

（1）剪切波在岩土层中的传播速度是反映岩土的动力特性的重要参数，根据剪切波速度可进行岩石不同风化程度的划分。

（2）岩体的波速主要取决于岩石物质组成、风化程度与节理裂隙的发育程度。对于全风化～微风化岩石，岩体的波速主要由风化程度决定，按剪切波划分风化度是可行的。

（3）本次工程实例仅是对该区域同类别场地的研究，实测的岩石风化层剪切波速值标准不具有一般性，但对本工程地质资料的编制起到了很好的借鉴作用