第四系残坡积物能统计RQD值吗？|岩土工程勘察 - Page 2 - 领先的岩土技术社区，岩土领域的媒体、社区与应用平台！

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只看该作者 12楼发表于: 2007-12-12

俺对RQD一点体会，可以写论文，有需要可以参考。
Deere在1964年提出RQD概念时［1］，最初的定义是大于10 cm 的完整岩心累计长度与岩心总进尺之比的百分数，没有提出限制条件，通过使用发现很多问题，于是在1966、1967年提出要使用NX钻头、双层岩心管钻进，采取率的提高，使RQD值有了可比性，得到了各国工程师的广泛认同并实际应用，我国从80年代开始引用了这一评价指标。目前，RQD法在我国工程地质界被广泛关注，已载入我国工程界名著《工程地质手册》及多部《工程设计规范》，供工程科技人员应用。同时，还载入我国学术界多部《工程地质学》、《工程地质学原理》等教科书。
1、我国国标中对RQD值的规定及评价
1.1、我国勘察方面的“母规范”《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）在术语中规定“岩石质量指标（RQD) rock quality designation用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于l0cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分数表示。”
该规定对施工使用的钻具进行了强制规定，但对岩心采取率并没进行统一规定，对参与统计的大于10cm岩芯的质量也没规定。
1.2、《工程岩体分级标准》（GB50218-94）“属于国家标准第二层次的通用标准，适用于各部门、个行业的岩石工程”。该规范未采用RQD值作为对岩体进行分级标准，理由在3.4.3条文说明中是 “在我国工程勘探中，金刚石钻头的使用还未普及，钻具型号也不够规范，有的单位虽尝试获取RQD值，但缺乏统一性和可比性”，其实RQD值的固有缺陷也不适合单独作为岩体定量分级的标准。
1.3、《矿区水文地质工程地质勘探规范》(GB12719-1991)属于第三层次的规范，适用范围是“固体矿产(金属、非金属、煤)矿区(或井田、矿段)水文地质工程地质勘探”，在 5.4.2.2规定“按钻进回次测定岩石质量指标(RQD)，确定不同岩组RQD值的范围和平均值。RQD值一般按公式(2)计算确定；
（2）
式中：Lp——某岩组大于10cm完整岩芯1）长度之和，m；
Lt——某岩组钻探总进尺，m。
注：1)小于10cm岩芯若为钻进过程中机构破碎，则应上、下对接，其长度大于10cm时应参与计算；当钻头内径小于54.1mm时，RQD值作适当降低，根据经验降低20％～50％。”
在固体矿山矿区地质勘探中，施工大量的地质钻孔是必须的，结合地质编录统计RQD值，可以减少了专门的工程地质勘探投入，对工程地质评价是最经济的，况且多数固体矿山中矿体和围岩的岩石是坚固的，所以该规范使用RQD值作为岩石质量和岩体完整程度的一个分级标准有一定的合理性。但规范中对RQD规定值得商榷：
首先没有明确RQD统计的限制条件，并且扩大了RQD使用范围“当钻头内径小于54.1mm时，RQD值作适当降低，根据经验降低20％～50％。”该项规定既不符合Deere的RQD值本意，又缺乏科学性，“经验”人人不同，“降低20％～50％”更是无根无据，使RQD值更“缺乏统一性和可比性”。
其次对机械破碎的岩心对接规定不全面，台湾《工程地质探勘资料库》关于RQD的统计中规定“人为新鲜不规则破裂面不予考虑，可列入完整岩心计算”该条与我们规定相同，“沿层面、节理面、劈理面等发生之新鲜裂面，可列入完整岩心计算”这条是我们没规定的，仔细推敲也是合理的。
再次对何种岩心参与统计没说明，台湾《工程地质探勘资料库》关于RQD的统计中规定“每轮岩心钻进长度中大于2倍岩心直径(NX岩心为10公分以上)之完整坚实岩心块所占之比例。”这里强调使用“坚实岩心”，排除严重泥化、泥质充填等柱形完整而硬度极低的软弱夹层参与RQD值统计。土屋铜矿勘探中很多孔出现柱形完整的宽大断层泥破碎带，如按规范GB12719-1991规定统计该岩组，其RQD值均为100，对应描述岩石质量应为“极好的”、“岩体完整”，岂不乱套？这种情况应严禁使用RQD值。
其实《矿区水文地质工程地质勘探规范》对RQD值的使用也是谨慎的， 5.5.3.1条规定计算岩体完整系数（Z）时岩体完整系数（I），“无资料时可用RQD值代替”，言外之意有其它资料时使用RQD值是不合适的；5.5.3.2条规定计算岩体质量指标（M）中用到RQD，计算的结果只能算是“粗略估算”，即RQD非严格意义的定量数据。
2、RQD值理论和实践中的不足
RQD法自问世近半世纪来，颇受国内外工程地质学界重视，特别是国外还把RQD法作为对工程岩体质量进行定量评价的主要技术方法，然而，该公式还存在着诸多问题。
2.1、岩心采取率直接影响RQD值的精度
Deere规定使用金刚石钻头和双层单动岩芯管取芯钻探，其实是保证岩采率、岩芯磨损、机械破碎程度达到能反映岩体状况的一个量的控制措施，至于这一量度是多少，未做明确的规定。但有一点可以肯定，岩采率越高，岩芯磨损越小，机械破碎程度越低．ROD 值就越能体现岩石质量和岩体完整程度。因此认为，不能满足ROD 应用前提条件的钻孔岩芯，计算ROD 是不妥的。
理想情况是岩心采取率全为100％，这时的RQD值是可比的，而实际上是很难做到的。同样的地层、同样的钻具不同的施工队因技术水平不同，可能岩心采取率就不同，《中国地质调查局地质钻探钻孔质量暂行要求》规定“1、地质要求取心的岩层、钻孔平均岩心采取率不得低于65％；2、矿化带重要标志层以及矿层与矿层顶板各3-5m范围内不得低于75％（岩金矿80％）。”机台施工只要达到上述要求就算合格，如果机台只能达到上述要求，RQD值可比性就大打折扣。2006年我们施工的一个矿区，地层单一，两台钻机施工，A机台岩心回次采取率均大于95％，而B机台岩心回次采取率则没有超过80％的，从地质角度钻孔质量均为优质孔，对工程地质来说统计出的RQD值对岩体分类至少相差一个等级。
RQD统计采取率要求一般没有硬性要求，只是统一规定了规定钻具型号，但GB50021-2001关于核电厂勘探中4.6.11(3)规定“岩石钻孔应全断面取芯，每回次岩心采取率对一般岩石应大于85％，对破碎岩石应大于70％”。
2.2、钻孔方向也能影响RQD值
钻孔方向与结构面方向之间的夹角不同时，会显著地影响RQD的取值，是由于钻孔与节理裂隙之间产状的相互关系导致的，且有
(1)
式中：θ为钻孔与岩体节理之间的夹角，d为节理的间距，l为钻孔的长度， Nθ为获取节理间距的个数。显然，当θ=90°时获取节理间距的个数为最多，相应的RQD最小；而当θ=O时钻孔方向与节理走向方向平行，则获取的节理间距个数为0，相应的RQD 最大。由于钻孔布钻方向的局限，传统的RQD不具有任意方向性的属性，而岩体的变形与稳定性是受到岩体中结构面的方向及其不同组合控制的，因此的传统的RQD，通常很难作为岩体整体质量的评价指标，特别是对裂隙岩体在不同方向上的变形与稳定性的评价实际上相当缺乏说服力。这就指出了传统RQD 误差的来源［2］。
2.3、RQD值作为岩体质量指标不准确性
由于工程的规模变化很大，对于不同规模的工程仍采用定长的10cm阈值来评价岩体的质量，显然存在着阈值与工程之间的不相适宜性。
设想由一组层状灰岩构成的岩体。A段薄层状，层理间距均为9cm；B段中厚层状，层理间距均为11cm；C段巨厚层状，层理间距均＞1m，则由Deere的定义得出沿结构面法线方向的RQD值分别为0、100、100。A段应描述为岩石质量极劣的、岩体破碎，而B段和C段应描述为岩石质量极好的、岩体完整，显然，这个结论是错误的，因为实际上A段和B段的岩石质量是相近的，而B段和C段的岩石质量却大不相同。
即便不考虑岩石硬度，RQD值相同时（特别是＞95）岩体质量也有多种可能，仅用RQD值对岩体分级，其结论有时相左，缺乏科学性。
2.4、RQD值作为岩体质量指标具有多解性
对于巨厚层状灰岩，当节理不发育，层厚多＞1m，RQD指标＞95时，岩体质量为Ⅰ级岩石质量极好、岩体完整，相应于节理间距法，为Ⅰ 级完整岩体；而对于中厚层状灰岩，当节理不发育，层厚多在0.4-0.2m之间，RQD指标＞95 时，岩体质量也为Ⅰ级岩石质量极好、岩体完整。而相应于节理间距法则为Ⅲ 级较破碎岩体。
RQD值所指的岩石质量只能指相对于同岩性的质量，岩性不同、RQD值相同的岩体，如花岗岩岩体与钙质砂岩岩体，其质量相差悬殊。
2.5、RQD岩体质量概念，同我国国标相左
我国国标GB50218－94明确指出“岩体质量应用岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定”。同时，还指明“岩石坚硬程度和岩体完整程度，应采用定性划分和定量指标两种方法确定”。RQD值完全撇开了岩石硬度，是无法对岩体质量分级的。
2.6、钻孔RQD值对岩体质量代表性差
钻孔相对于三维空间的岩体只相当于一维的线，岩体各向同性的不多，各向异性时，通过钻孔统计RQD值，对岩体的代表性差。而且靠钻孔的办法来获取RQD要耗费大量的资金和时间。有限的钻孔所获取的RQD 值也是有限的，由于岩体的不均匀性，至使少量的RQD并不能真正地代表工程岩体整体的质量。
例如，杭(州)衢(州)金(华)高速公路新岭巷道围岩中，在(50×40)m2范围内的5个钻孔测得的RQD值分别为56％、22％、35％、61％、78％。按照传统的方法，无法确定合适的岩石质量指标值［3］。
3、RQD值研究的进展
在RQD概念方面有测线节理RQD、采用体积节理数JV来评价岩体的RQD，使RQD的概念得到拓宽；在岩体RQD特征的评价方面从不同的角度采用概率统计和随机理论评价岩体质量的统计估值，岩块尺寸的正态分布特征，和基于韦布尔分布的RQD－连通性－传导性－孔隙性方面的评价研究；在RQD的研究方法上除了采用测线法和体积节理数之外，Olivier H. J. (1977)采用光学照像的方法来确定岩体的RQD；在RQD的实际应用方面，Cormer,等(1996)将RQD应用于美国丝兰山稳定性设计研究；Wu C.,Hao H.(2002)研究了新加坡花岗岩的初始破坏与RQD关系统计分析，另外，国外学者Barton提出的著名围岩Q分类把RQD作为一个参数；学者们主要从以上四个方面对RQD的进行了持续不断的过程，从本质上对RQD有了较深刻的认识，取得了较好的成果。以上研究中阈值问题和测线节理RQD值问题对矿区工程地质勘探有更现实意义。
3.1、阈值：
Deere当初把阈值定为10cm，大概是把岩心长度为岩心直径2倍的岩块定义为完整，但在应用中会出现本文2.3中的岩体质量不确定性。由于岩体工程的复杂性，导致RQD也是一个复杂的指标。为确定一个合理的RQD，必须考虑岩体的各向异性，因为即使在同一个结构均质区内，由于不连续面发育的的方向不一样，致使岩体在不同方向上有不同的RQD值。在岩体中必定存在一个RQD 值最大和最小的方向，通常可以把RQD的最大和最小值之比称为各向异性比，该值能反映一个岩体的各向异性程度，在岩体强度各向异性分析中具有重要的意义。对巷道工程研究表明．当RQD最小方向与巷道轴线方向一致时，对巷道围岩稳定不利；而当RQD最小方向与巷道轴线方向垂直时，对巷道围岩稳定有利，如果阈值定为10cm，岩体各向RQD都可能大于95，就无法判断出RQD优势方位，可以选用不同阈值试算，直至找到优势方位。石碑岭隧道K241+68.5-K241+37.5段分别使用阈值10cm、30cm、50cm和70cm对水平方向0-180°范围18条剖面进行RQD值统计（图1）［4］，可以看出阈值为10cm时岩体的各向异性得不到反映，随着阈值增加岩体各向异性越来越明显得到反映。阈值在一个合理的范围内，能准确的反映岩体质量和各向异性，阈值大到一定程度就又没有意义了。

图1 水平方向不同阈值的RQD随剖面倾向变化曲线图
3.2、测线节理测量岩体的RQD：
RQD值与节理发育情况密切相关（表1），将RQD与节理间距联系起来，用节理间距代替岩心块度，并采用有限长度（或岩组单元）的单测线来测量岩体的RQD。是对Deere的RQD概念拓宽。
节理密度（条／m） RQD（％）
1 90-100
1-5 75-90
5-10 50-75
10-20 25-50
＞20 0-25
表1 I．w ．Farmer(1985) 节理密度与RQD指标的关系
当矿区勘探中施工浅井或坑道时，结合地质编录，进行测线节理RQD统计，相对于钻孔岩心RQD值受岩心采取率干扰，测线节理RQD值更准确，更有代表性；相对于线裂隙率统计，节理RQD值更能反应岩体质量。
测线节理RQD统计，在工程地质勘探中应是个重点发展方向，不仅是该指标获取相当经济，而且使RQD研究和使用领域更广阔，F. K. Boadu, L. T. Long1994年，研究了裂隙的分形性与RQD之间的关系；Elsayed A.Eissa1991年采用节理二维网络数值模拟的方法来研究平面上不同方向的RQD；王国欣等2002年进行了岩体结构面三维网络数值模型获取RQD的初步研究；
4、小结
由于编录者水平不同，对RQD理解也不同，在一些大型勘探报告中甚至还有统计第四系冲洪积物RQD值的笑话，有必要强调RQD值的使用范围和限制条件。
综合本文以上论述对RQD值下个完整定义应为：即岩石质量指标（RQD) rock quality designation是一项经验性指标。是指使用NX级钻头、双层岩心管在岩石中全断面连续取芯钻进，在一个钻进回次中，达到规定采取率（每回次岩芯采取率对一般岩石应大于85％，对破碎岩石应大于70％。），所取得的完整坚固岩芯长度在10cm以上（以测量岩芯中轴线上的长度为准）的各分段长度总和与该回次进尺之比。
RQD值要作为一个指标使用，就必须对RQD值的取得条件和方法进行严格限制，使其有统一标准具有可比性，
1）钻具用NX钻头（直径2 in的金刚石钻头），双层岩心管钻进。就是要保证岩芯采取率，减小岩芯的磨损，尽可能地使取出的岩芯保持原始结构状态．只有这样才能真实反映岩体完整程度，这也就是RQD计算的出发点。
2）统计的是完整坚固的岩芯。从经验上看，坚硬、完整的火成岩、火山岩，使用非金刚石钻头和其他的岩芯管取芯与规定的要求取芯比较，在岩采率、岩芯磨损、机械破碎等方面存在着一定的差距，但这差距有时可能还不会太大。面对软弱的岩石、完整程度差的岩体来说，差距会很大。这种情况下计算的RQD是不合理的，应绝对禁止使用，否则将产生严重的误导。
3）人为新鲜不规则破裂面不予考虑，可列入完整岩心计算；沿层面、节理面、劈理面等发生之新鲜裂面，可列入完整岩心计算。
4）对硬质岩，RQD值可作为岩体分级指标；对软质岩重点在于对岩体特殊性质描述，RQD值只能作为分级参考；对极软岩和极破碎岩（即岩体基本质量为ⅴ极）不适用RQD指标。

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wustone

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2007-12-12

池小能容月，山高不碍云。