岩石質量指標

RQD 即岩石質量指標, 指每次進尺中等於或大於10cm的柱狀巖芯的累計長度與每個鑽進回次進尺之比(以百分數表示) 。

即: RQD = 每次進尺≥10cm 巖芯累計長度

RQD 由美國人迪爾(Deere ^[4]  ) 提出的, 被廣泛地應用於評價巖體的完整性, 並作為岩石質量分級的一項重要指標。

RQD 值國外應用較多, 我國從80 年代開始引用了這一評價指標, 經過了十幾年的實踐, 取得了一些成果, 但也發現存在着許多的問題, 無論是對其概念的理解, 還是應用的認識都有較大的不足 ^[1]  。

從RQD 本身的指導意義看, RQD 是一個衡量岩石質量的定量指標, 由岩石的質量來反應巖體完整程度的一個具體參數, 因此RQD 成為工程巖體評價的一個重要方面。

1 　RQD 在巖體完整性評價方面的實例

RQD 作為岩石質量定量評價的一個指標被廣泛的應用,既有它的實用價值, 同時也是巖體完整性由定性評價向定量評價方向邁進了一步。

(1) Deer 的岩石RQD 分類:

A 很壞RQD = 0～25 %;

B 壞RQD = 25 %～50 %;

C 一般RQD = 50 %～75 %;

D 好RQD = 75 %～90 %;

E 很好RQD = 90 %～100 %1

(2) 在巴頓的Q 系統分類中採用了RQD 指標作為一計算因素。

(3) 魯布革、二灘水電站、《中小型水利水電工程地質勘察規範》(SL55 - 93 ) 對巖體完整程度分級如表1 。

2 　RQD 應用存在的問題

RQD 在岩石質量、巖體完整性等方面的評價確實具有實際的推廣意義。儘管如此, 對RQD 的認識和理解以及在應用中仍然存在着突出問題。

（1）　RQD 應用的前提和條件問題

應用RQD 這一定量指標是有嚴格的規定, 要求用NX鑽頭, 第一, 鑽孔孔徑應取得直徑不小於50mm 的巖芯; 第二, 應使用雙層單動巖芯管取芯。

由此可見, 應用RQD 值評價巖體完整程度, 是在有特定的兩個前提條件下進行的。而在我們勘察過程中往往無法滿足這兩個前提條件, 出現了在不具備應用的條件下, 採用了RQD 進行分析評價, 由此得出的結果自然是不正確的, 甚至可能產生嚴重的誤導。

我們知道, 使用<54mm 以上的NX 鑽頭, 並採用雙層單動巖芯管取芯的目的, 就是要保證巖芯採取率, 減小巖芯的磨損, 儘可能地使取出的巖芯保持原始結構狀態, 只有這樣, 才能真實反映巖體完整程度, 這也就是RQD 計算的出發點。使用金剛石鑽頭和雙層單動巖芯管取芯鑽探, 其實是保證巖採率、巖芯磨損、機械破碎程度達到能反映巖體狀況的一個量的控制措施, 至於這一量度是多少, 未做明確的規定, 但有一點可以肯定, 巖採率越高, 巖芯磨損越小, 機械破碎程度越低, RQD 值就越能體現岩石質量和巖體完整程度。因此認為, 不能滿足RQD 應用前提條件的鑽孔巖芯,計算RQD 是不妥的。

巖性、岩石強度及巖體完整程度對鑽孔巖芯的影響也較大。從經驗上看, 堅硬、完整的火成岩、火山岩, 使用非金剛石鑽頭和其他的巖芯管取芯與規定的要求取芯比較, 在巖 採率、巖芯磨損、機械破碎等方面存在着一定的差距, 但這個差距有時可能還不會太大。而對軟弱的岩石、完整程度差的巖體來説, 差距會很大。這種情況下計算的RQD 是不合理的, 應絕對禁止使用, 否則將產生嚴重的錯誤。

綜上所述, 正確掌握RQD 的應用前提條件, 是應用RQD 正確評價巖體完整性的關鍵。

（2） 　RQD 應用的侷限性問題

從RQD 的定義上看出, RQD 是將完整程度分為大於10cm 和小於10cm 的兩級, 僅就這一點來説, 是不能客觀地反映巖體的完整程度。例如, RQD 只是把凡大於10cm 長的巖芯籠統地混合累計, 而無法反映到底是多大的長度級, 使得RQD 對巖體完整程度的評價抽象化, 很難具體地反映出巖體的實際完整程度。同樣RQD 為90 %的巖芯, 其塊度可以是大於10cm 的任意尺寸, 可以是10cm～20cm , 也可以是大於60cm , 二者RQD 值是相同的, 但其完整性顯然有極大的差異。

因此, RQD 本身對評價岩石質量、巖體完整性存在明顯的侷限性。

由於RQD 在具體量化方面存在限局性問題, 為了能更客觀地反映巖體完整程度, 需要對RQD 進行新的研究探索。

1 　巖體塊度係數

巖體塊度係數(Jcm) 的定義為: 完整巖芯長度分別為10cm～20cm、20cm～60cm、大於60cm 三級巖芯長度巖芯獲得率的加權平均值(完整巖芯長度的分級參照國際岩石力學學會推薦的節理間距分級標準確定, 劃分為小的10cm～20cm , 中等的20cm～60cm和大的大於60cm三個塊度等級) 。即:

Jcm = 10Cr10 + 20Cr20 + 60Cr60

式中: Cr10 、Cr20 、Cr60 分別為完整巖芯長度10cm～ 20cm、20cm～60cm、大於60cm 的巖獲率、加權值。

Jcm最大值為60 , 表示完整巖芯長度均大於60 。而具有同等RQD 值的巖體, 其J cm值越大, 巖體的完整性越好。

2 　巖體節理係數

巖體節理係數(JJ ) 的定義為: RQD 值與本進尺中的平均節理條數之比。

JJ =RQDJ t

式中: J t 為平均節理條數。

JJ 值越大, 巖體完整性越好, 同時也可分析同等RQD值的巖體的不同完整程度。

3 　巖體完整程度分級

根據巖體塊度係數、巖體節理係數統計的雍口水電站、汶潭水電站、桑園水電站、玉山水電站等幾個工程的巖體完整程度情況比較見表2 。

綜合以往工程的實例, 經分析總結, 認為巖體完整程度分級如表3 。

4 　巖性完整性的綜合評價

根據巖體的特徵, 巖體完整性的評價應該是在綜合巖體各項指標條件下進行, 包括節理間距(D ) , 體積節理數(J v ) 、巖體完整性係數( Kv ) 及RQD 等。這些因素是巖體完整性評價的基礎, RQD 只是分級因素中的一個因素, 只有將RQD 與其他指標結合起來綜合評價才能較合理、較準確地體現巖體的完整性。

從更深入的角度討論, 任何的地質結構體都是三維的,鑽孔中的RQD 所能代表的是一個方向上的各統計點, 因此,可以設想將其他鑽孔相結合形成線至面, 建立三維空間, 這樣便能得到我們需要的不同單元的巖體結構特徵和分級, 進而評價巖體的完整性 ^[2]  。

從RQD 的應用前提條件出發, 分析巖體完整性評價中存在的問題, 提出RQD 研究的新方法, 目的是使使用者更清楚地瞭解RQD 的應用條件、應用方法及應用中存在的問題, 以便正確地評價巖體完整性 ^[3]  。