土岩双元基坑边坡岩体结构面与软弱局部精准勘察方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及土岩双元基坑边坡岩体结构面与软弱局部精准勘察方法。

背景技术

土岩双元基坑是指基坑支护体系影响深度范围内上部是土体、下部为岩体的基坑，其边坡稳定性与土体和岩体的质量有关。其中，岩体是由结构面和岩块组成的，结构面的强度要远低于岩块的强度，因此边坡稳定及其安全主要取决于结构面和软弱局部的岩体性状，必须在勘察工作中查明岩体结构面与软弱部位的真实情况，但实际岩土工程勘察大多依靠单一钻探，钻孔取样过程中会对岩体产生一定的扰动，降低岩芯样本的质量，且一般钻孔20-30m间距，因此无法根据岩芯取样的结果获取准确的岩体结构面情况。勘察单位往往根据钻探粗略判断，无依据的提出结构面存在建议，导致设计单位大大增加施工措施投资，以确保基坑边坡安全。

除钻孔取样以外，目前有一些物探技术可以应用于岩体结构面的勘察中，物探技术是以目标介质勘探中的物理性质差异为原理的勘探方法，单一的物探技术往往只勘察目标的一种物理性质差异，存在一定的局限性，并不能全面的反映出结构面的情况。综合物探技术可以利用岩体多种物理性质的差异进行综合判断，弥补单一物探技术的不足，但是使用综合物探技术进行岩体结构面勘察需要先解决两个关键问题，一是如何选择各种单一技术，二是多种技术如何组合使用，而这两个问题目前尚未解决，即目前不存在适用于结构面勘察的综合物探技术。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种土岩双元基坑边坡岩体结构面与软弱局部精准勘察方法，以求用前期技术投入，精准施工措施，节约投资保护绿水青山。因此，根据结构面类型明确不同的勘察目标，选择不同的物探技术与钻探联合，得到一种适用于结构面勘察的综合物探技术，以查明岩体结构面发育情况并获取结构面统计参数。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的实施例提供了土岩双元基坑边坡岩体结构面与软弱局部精准勘察方法，包括：

基于高密度电法、探地雷达法、瞬变电磁法中的至少两种获取基坑边坡物探勘察结果，根据勘察结果布置钻探方案；

按照钻探方案进行钻孔取样，得到取样结果；并利用钻孔成像技术勘察钻孔，得到钻孔成像结果；

结合勘察结果、取样结果和钻孔成像结果，判断结构面发育情况，获取结构面统计数据。

作为进一步的实现方式，根据结构面发育程度划分为Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面、Ⅲ级结构面、Ⅳ级结构面和Ⅴ级结构面。

作为进一步的实现方式，对于Ⅰ级结构面和Ⅱ级结构面需要获取其几何参数和力学参数；对于Ⅲ级结构面需要确定其充填情况、其和Ⅰ级结构面和Ⅱ级结构面的组合情况；对于无充填的Ⅲ级结构面、Ⅳ级结构面和Ⅴ级结构面需进行参数统计以确定其分布规律。

作为进一步的实现方式，通过高密度电法、探地雷达法和瞬变电磁法中的至少两种，明确Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和有填充的Ⅲ级结构面的范围、产状和位置。

作为进一步的实现方式，垂直于基坑边坡方向设置至少三条垂直物探测线，平行于基坑边坡方向设置至少两条平行物探测线。

作为进一步的实现方式，根据钻孔成像结果确定无充填Ⅲ级结构面和Ⅳ结构面、Ⅴ级结构面的产状与统计参数。

作为进一步的实现方式，若存在Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面，连接同一直线上的多个钻孔成像结果形成地质剖面影像，获得Ⅰ结构面、Ⅱ级结构面的产状。

作为进一步的实现方式，根据勘察结果、取样结果和钻孔成像结果判断结构面是否满足设定条件，不满足设定条件时，增加物探测线数量和钻孔数量重复勘察、钻探和取样过程。

作为进一步的实现方式，所述设定条件包括：判断是否查清Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和有充填Ⅲ级结构面的情况，是否有足够的无充填Ⅲ级结构面和Ⅳ级结构面、Ⅴ级结构面参数以反映其统计规律。

作为进一步的实现方式，根据结构面发育情况进行钻孔弹模测试和钻孔声波测试，使用钻孔取得的岩芯进行力学试验，获取岩体和结构面充填物的力学参数。

本发明的有益效果如下：

本发明以求用前期技术投入，精准施工措施，节约投资保护绿水青山；因此，根据结构面类型明确不同的勘察目标，选择不同的物探技术与钻探联合，得到一种适用于结构面勘察的综合物探技术，以查明岩体结构面发育情况并获取结构面统计参数，实现精准勘察。

由于Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和部分Ⅲ级结构面延展性强，其几何尺寸较大，以确定其是否存在和测量产状作为主要勘察目标，且此三类结构面都充填有软弱物质，充填物与岩体的物理性质存在较大差异，选择瞬变电磁法、高密度电法和探地雷达法中至少两种。

无充填的Ⅲ级结构面和Ⅳ结构面、Ⅴ级结构面尺寸较小，在岩体中必然存在，而且数量较多，无法逐一测量，不同结构面差异也比较大，但其产状和分布符合一定的统计规律，以统计其产状参数作为主要勘察目标，采用钻孔成像技术可以直观可视化的观测岩体结构面的情况，可以根据成像结果统计结构面数据，从而实现对基坑岩体结构面的统计分析。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的流程图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的测线布置示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供了一种土岩双元基坑边坡岩体结构面与软弱局部精准勘察方法，包括：

基于高密度电法、探地雷达法和瞬变电磁法中的至少两种获取基坑边坡物探勘察结果，根据勘察结果布置钻探方案；

按照钻探方案进行钻孔取样，得到取样结果；并利用钻孔成像技术勘察钻孔，得到钻孔成像结果；

结合勘察结果、取样结果和钻孔成像结果，判断结构面发育情况。

具体的，如图1所示，包括以下步骤：

步骤一：按照城市地质或既有勘察经验，提前预判岩体结构面存在及情况，考虑拟采用的物探技术。

结构面根据发育程度的不同可以分为五级，如表1所示，Ⅰ级结构面延伸性较强，对区域构造起到控制作用，Ⅱ级结构面延伸性强但宽度有限，Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面的质量决定了基坑的稳定性，因此必须查明是否存在Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面，如果存在则需要进一步获取其几何参数和力学参数。

Ⅲ级结构面仅在一个地质时代的地层中分布，有时仅在一种岩性中分布，Ⅲ级结构面若与Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面组合会产生不同规模的块体破坏，需要确定其充填情况和组合情况。Ⅳ级结构面、Ⅴ级结构面广泛存在于岩体中，其几何尺寸较小，且基坑工程的几何范围一般在几十米左右，Ⅳ级结构面、Ⅴ级结构面必然存在且数量较多，需要对其进行统计分析。

表1不同等级结构面特性

Ⅰ结构面、Ⅱ级结构面和部分Ⅲ级结构面都充填有软弱物质，充填物质量一般较差，完整程度较低，其中发育有大量的裂隙和节理，直接或间接地导致其电阻率、声波波速、电磁波波速等物理性质与周边岩体有较大的差异，因此可以在瞬变电磁法、高密度电法、波速测试法和探地雷达法等方法中进行选择两种或两种以上方法组合使用。

无充填的Ⅲ级结构面和Ⅳ结构面、Ⅴ级结构面数量较多，无法逐一测量，不同结构面差异也比较大，但其产状和分布符合一定的统计规律，只要能获取足够的统计数据就能反映出其分布规律。

钻孔成像技术是一种实现钻孔内部可视化的物探技术，通过钻孔成像技术可以直观可视化的观测岩体结构面的情况，并且可以结合钻孔取样技术，通过对比孔内成像和岩芯取样的差异修正取样岩体的质量，由于钻孔成像技术可以提供岩体截面的可视化数据，因此可以根据成像结果统计结构面数据，从而实现对基坑岩体结构面的统计分析。

根据勘察内容的不同，本实施例的多种物探技术可分为三类，如表2所示：①瞬变电磁法、高密度电法和探地雷达法为第一类，主要用于勘察Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和有充填的Ⅲ级结构面，可以判断在基坑范围内是否存在这三种结构面并确定其所在位置和大致范围。②钻孔成像技术为第二类，用于确定结构面产状、充填情况，并采集Ⅳ级结构面、Ⅴ级结构面的统计数据。③钻孔声波测试、钻孔弹模测试和钻孔取样技术为第三类，用以辅助其他技术修正勘察结果，并提供岩体质量参数和部分力学参数。

表2物探技术的对应勘察指标

其中，第一类技术中的三种方法探测范围和探测深度有较大差异，瞬变电磁法探测深度最大，可达到几百米甚至上千米，对含水破碎带等低电阻介质非常敏感，但其发射和接收线圈布置较为不便，可能会受场地限制影响勘察结果。高密度电法探测深度能达到几十米，其探测结果与地层的岩性和岩石孔隙中液体的性质密切相关，勘察速度快，勘察数据量大，但会受到地形和地下人工构造物的影响。探地雷达法的探测深度最大可达30米，通过电磁波进行勘察，对不同介质以及介质界面较为敏感，其探测分辨率与探测深度成反比，增加探测深度会影响探测分辨率。

因此，应根据目标探测深度、场地情况、地下水情况等因素综合考虑，选择第一类方法中的至少两种方法对Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和部分Ⅲ级结构面进行勘察，必须使用钻孔成像技术对部分Ⅲ级结构面和Ⅳ结构面、Ⅴ级结构面进行统计，同时根据具体工程情况和勘察结果结合辅助技术获取结构面参数。

步骤二：使用高密度电法、探地雷达法、瞬变电磁法中的至少两种对基坑边坡所处位置进行勘察，初步明确Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和部分Ⅲ级结构面的范围、产状、位置。

具体测线布置宜满足如下要求：如图2所示，垂直与平行基坑边坡两个方向设置测线，垂直物探测线距离不大于25m且不少于3条；平行物探测线临近边坡两侧或外侧不少于2条。

布置完测线后，按照高密度电法、探地雷达法、瞬变电磁法中的至少两种进行勘察，勘察目标是一个剖面，也就是在测线的两个端点之间进行探测，布置测线是具体操作中的第一个步骤，探测完以后就能初步确定Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和Ⅲ级结构面的范围；由于Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和Ⅲ级结构面的尺寸非常大，如果地下存在上述结构面，根据这几条测线必然能探测到。

步骤三：根据步骤二勘察结果布置岩土工程勘察钻探方案，钻孔位置应与步骤二中物探测线重合，从而验证其勘察结果。

其中，钻孔方案包括：钻孔与物探测线重合，沿着探测线按照一定间距钻孔；在探测结果显示有结构面的位置进行钻孔；在探测结果不明确的位置钻孔。

步骤四：按照钻探方案进行钻孔取样，分析岩芯的质量情况以及结构面充填物情况，使用钻孔成像技术对所有钻孔进行勘察，根据钻孔成像结果统计无充填Ⅲ级结构面和Ⅳ级结构面、Ⅴ级结构面的倾角、倾向、迹长等参数，若存在Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面，连接同一直线上的多个钻孔成像结果形成地质剖面影像，获得Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面的产状、走向、倾向、倾角等参数。

步骤五：根据岩体钻孔取样情况、钻孔成像结果以及高密度电法等勘察结果，判断是否查清Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和有充填Ⅲ级结构面的情况，若存在Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和Ⅲ级结构面，明确其倾向、倾角、产状、充填情况和范围；或根据勘察结果确定不存在Ⅰ级结构面、Ⅱ级结构面和Ⅲ级结构面2。

判断是否有足够的无充填Ⅲ级结构面和Ⅳ、Ⅴ级结构面参数以反映其统计规律，例如不同结构面的长度符合正态分布或负指数分布；若无法满足以上条件，则应增加物探测线数量和钻孔数量，重复步骤二～四进行补充勘察，直至满足上述条件。

根据确定的结构面情况进行钻孔弹模测试和钻孔声波测试，使用钻孔取得的岩芯开展力学试验，获取岩体和结构面充填物的力学参数。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。