CN110361264A - 预测泥质粉砂岩抗压强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预测泥质粉砂岩抗压强度的方法，其包括以下步骤：步骤一：将勘察孔内的岩芯取出后在孔内岩芯处及时做横波波速V_s和纵波波速V_p测试，同时将采取的岩芯及时送往实验室进行室内岩芯声波测试；步骤二：观察同一深度区间岩芯的纵波波速V_p、V_p＇及横波波速V_s、V_s＇在勘察孔内及室内的比较；步骤三：对岩芯进行抗压试验；步骤四：对抗压后的岩芯碎块进行含泥量测试；步骤五：分析含泥量与抗压强度f_r的相关性，同时分析岩芯的抗压强度与横波波速V_s及纵波波速V_p的相关性；步骤六：分别制作岩芯的横波波速V_s、纵波波速V_p、含泥量与抗压强度f_r的对应关系图；步骤七：建立预测公式f_预；步骤八：建立修正后的抗压强度修正公式f_修。

Description

预测泥质粉砂岩抗压强度的方法

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，尤其涉及一种预测泥质粉砂岩抗压强度的方法。

背景技术

目前，土工试验中岩石的抗压强度主要是采用钻机在野外钻探，采取芯样，送到实验室，采用岩石压力机获取抗压强度数据。泥质粉砂岩属于极软岩，抗压强度值在0～20MPa，取值区间不大，但是岩石样品在保存过程中受水、热、湿、暴晒的影响很大，会出现崩解、破碎、运输过程受震动断裂也时有发生。因此样品进入实验室后需要立即测定，这样给测试人员带来很***烦，有时样品多，堆积的多，测试速度无法保证，极大的影响了测试的准确度。从某种意义上说，实验室的泥质粉砂岩岩石抗压数据常常是不如人意的。

除此之外，现场钻机取样人员采取的芯样常常标识不清楚，样品混淆的情况也不少见，部分强风化、破碎岩芯无法取样，取芯程度常常取决于钻机、钻具的选择，操作人员的水平对取样也有很大影响。所以从某种程度上说，很难准确获取钻孔某段深度的真实抗压数据。无法取样或者样品破碎的情况给勘察技术人带来很多麻烦事情，最终提交给勘察技术人员或者地基基础设计人员的数据常常是依靠经验来估算，这显然有失科学性。尤其有许多关键部分的岩芯常常无法获取，样品破碎，或者运输途中震碎、样品包装不好损毁，以及取样后在实验室保存时间偏长，导致样品崩解、碎裂都正常不过。因此急需改变这种靠实验人员或者现场技术人员凭经验估算岩石抗压数据的局面，确保相对定量，即使精准的数据无法获得，但比纯粹靠经验要好得多。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种预测泥质粉砂岩抗压强度的方法，该方法相较于传统测试方法更加合理、得到的数据更加准确，只需在现场进行测试，需求的样品也少。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述预测泥质粉砂岩抗压强度的方法包括以下步骤：

步骤一：将勘察孔内的岩芯取出后在孔内岩芯处及时做横波波速 V_s和纵波波速V_p测试，同时将采取的岩芯及时送往实验室进行室内岩芯声波测试，包括横波波速V_s＇测试与纵波波速V_p＇测试；

步骤二：观察同一深度区间岩芯的纵波波速V_p、V_p＇及横波波速V_s、V_s＇在勘察孔内及室内的比较；

步骤三：对岩芯进行抗压试验；

步骤四：对抗压后的岩芯碎块进行含泥量测试；

步骤五：分析含泥量与抗压强度f_r的相关性，同时分析岩芯的抗压强度与横波波速V_s及纵波波速V_p的相关性；

步骤六：分别制作岩芯的横波波速V_s、纵波波速V_p、含泥量与抗压强度f_r的对应关系图；

步骤七：通过对不同地区一定波速范围内、一定含泥量范围的勘察孔及岩芯做相关实验获取预测的基础数据，结合步骤六的对应关系图，分别求出横波波速V_s与抗压强度f_r和/或纵波波速V_p与抗压强度 f_r的线性拟合关系式以及含泥量的经验修正系数λ_泥，根据横波波速 V_s与抗压强度f_r和/或纵波波速V_p与抗压强度f_r的线性拟合关系式建立与泥质粉砂岩对应的横波波速V_s和/或纵波波速V_p与抗压强度f_r的预测公式f_预；

步骤八：最后根据步骤七中的预测公式f_预建立修正后的抗压强度修正公式f_修。

在本发明提供的预测泥质粉砂岩抗压强度的方法的一种较佳实施例中，所述步骤一中的横波波速测试采用单孔剪切测试。

在本发明提供的预测泥质粉砂岩抗压强度的方法的一种较佳实施例中，所述步骤七中，根据实际规律，抗压强度f_r与纵波波速V_p和横波波速V_s均成正比，以实际测量数据可得出：

抗压强度f_r与横波波速V_s的线性拟合关系式：f_r＝aV_s+b，其拟合度为r，根据该线性拟合关系式综合得出横波波速V_s与抗压强度f_r的预测公式f_预＝0.014*V_s-3.5；

抗压强度f_r与纵波波速V_p的线性拟合关系式：f_r＝aV_p+b，其拟合度为r，根据该线性拟合关系式综合得出纵波波速V_p与抗压强度f_r的预测公式f_预＝0.0102*V_p-16。

在本发明提供的预测泥质粉砂岩抗压强度的方法的一种较佳实施例中，所述步骤七中，根据实际规律，抗压强度f_r与含泥量成反比，根据含泥量与抗压强度f_r的对应关系图，以及通过实地预测岩石抗压强度与真实抗压强度进行多次比较、筛选、修正，得出含泥量的经验修正系数λ_泥取以下值：

0％<含泥量≤5％，λ_泥取1.05～0.95

5％<含泥量≤25％，λ_泥取0.95～0.85

25％<含泥量≤50％，λ_泥取0.85～0.75。

在本发明提供的预测泥质粉砂岩抗压强度的方法的一种较佳实施例中，所述步骤八中，抗压强度f_r修正公式如下：

f_修＝f_预*(V_s/V_s均＇)*λ_泥＝(0.014*V_s-3.5)*(V_s/V_s均＇)*λ_泥或

f_修＝f_预*(V_p/V_p均＇)*λ_泥＝(f_预＝0.0102*V_p-16)*(V_p/V_p均＇) *λ_泥

式中：V_s/V_p为勘察孔孔内一定深度范围内测试的横波波速/纵波波速；V_s均＇/V_p均＇为勘察孔孔内采取的岩芯送达室内做声波测试的结果平均值。

与现有技术相比，本发明提供的预测泥质粉砂岩抗压强度的方法的有益效果是：

一、采用本发明的所述方法，早起需要测定波速及取样做抗压强度测试，待数据收集完毕，就无需取样或取很少的样品(岩芯)就可以达到预估场地泥质粉砂岩岩石抗压强度的效果了，取样也只需在现场进行测试，且需求的样品少，还容易获得符合要求的样品，节约了人力物力，且结果的准确度更高，不会因为采样、运输、或者存储过程崩解等因素的影响而使样品失真，是一项有极大经济效益的方案，给工程应用也能提供更加合理、准确的数据；

二、与已有的采用取样+压力机的方式获取抗压强度数据相比，本发明的方法有明显的优势就是：多数情况不需要取样，即使取样，也仅是作为含泥量的样品，由于含泥量在小范围内变化不大，对样品的外形也没有要求，因此采样简便；现有的技术方案对芯样的要求是需要完整的岩石，而许多强风化是无法取样做分析的，即使通过做点荷载推算单轴抗压，结果也常常很不理想，且测试的数量多达10多个甚至20个，推算的结果一般是偏大，基本能达到中风化的强度，因此点荷载测试针对极软岩的效果很差，很难满足工程应用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明实施例中提供的根据测试数据建立的岩芯横波波速V_s与抗压强度f_r的对应关系图；

图2是本发明实施例中提供的根据测试数据建立的岩芯纵波波速V_p与抗压强度f_r的对应关系图；

图3是本发明实施例中提供的根据测试数据建立的岩芯含泥量与抗压强度f_r的对应关系图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

所述预测泥质粉砂岩抗压强度的方法包括以下步骤：

步骤S1：将勘察孔内的岩芯取出后在孔内岩芯处及时做横波波速V_s和纵波波速V_p测试，本实施例中的横波波速测试采用单孔剪切测试，同时将采取的岩芯及时送往实验室进行室内岩芯声波测试，包括横波波速V_s＇测试与纵波波速V_p＇测试；

步骤S2：观察同一深度区间岩芯的纵波波速V_p、V_p＇及横波波速V_s、V_s＇在勘察孔内及室内的比较；

步骤S3：对岩芯进行抗压试验；

步骤S4：对抗压后的岩芯碎块进行含泥量测试，泥质粉砂岩的抗压强度与样品岩芯的含泥量密切相关，尤其是岩石水泡后的影响更加明显，因此，可采用对抗压后的岩芯碎片进行含泥量测试；

步骤S5：分析含泥量与抗压强度f_r的相关性，同时分析岩芯的抗压强度与横波波速V_s及纵波波速V_p的相关性；

步骤S6：分别制作岩芯的横波波速V_s、纵波波速V_p、含泥量与抗压强度f_r的对应关系图；

步骤S7：通过对不同地区一定波速范围内、一定含泥量范围的勘察孔及岩芯做相关实验获取预测的基础数据，结合步骤S6的对应关系图，分别求出横波波速V_s与抗压强度f_r和/或纵波波速V_p与抗压强度f_r的线性拟合关系式以及含泥量的经验修正系数λ_泥，根据横波波速V_s与抗压强度f_r和/或纵波波速V_p与抗压强度f_r的线性拟合关系式建立与泥质粉砂岩对应的横波波速V_s和/或纵波波速V_p与抗压强度f_r的预测公式f_预；

具体地，根据实际规律，抗压强度f_r与纵波波速V_p和横波波速 V_s均成正比，抗压强度f_r与横波波速V_s的线性拟合关系式：f_r＝aV_s+b，其拟合度为r，本实施例以实际测试的岩芯横波波速V_s与抗压强度f_r的数据为例：

V<sub>s</sub>	535	539	571	725	567	517	521	635	675	702
											f<sub>r</sub>	3.51	5.52	5.82	7.28	5.52	4.42	3.96	5.62	6.62	6.57

根据上述测试数据建立如图1所示的岩芯横波波速V_s与抗压强度f_r的对应关系图。

根据上述数据的线性回归可得到抗压强度f_r与横波波速V_s的线性拟合关系式：f_r＝0.0144V_s-3.2338，拟合度r＝0.907。

根据该线性拟合关系式综合得出横波波速V_s与抗压强度f_r的预测公式f_预＝0.014*V_s-3.5。

同理，抗压强度f_r与纵波波速V_p的线性拟合关系式：f_r＝aV_p+b，其拟合度为r，本实施例以实际测试的岩芯纵波波速V_p与抗压强度f_r的数据为例：

V<sub>p</sub>	2098	2236	2308	2452	2396	2207	2198	2359	2506
										f<sub>r</sub>	3.41	5.52	5.82	7.28	5.52	4.42	3.96	5.62	7.83

根据上述测试数据建立如图2所示的岩芯纵波波速V_p与抗压强度f_r的对应关系图。

根据上述数据的线性回归可得到抗压强度f_r与纵波波速V_p的线性拟合关系式：f_r＝0.0102V_p-17.950，拟合度r＝0.939。

根据该线性拟合关系式综合得出纵波波速V_p与抗压强度f_r的预测公式f_预＝0.0102*V_p-16。

同理，实际测试的岩芯含泥量与抗压强度f_r的数据为例：

含泥量	3％	3％	3％	3％	3％	3％	3％	3％	3％	3％
											f<sub>r</sub>	15.7	13.2	11.5	9.1	7.5	6.8	6.5	2.9	2.8	2.2

根据上述测试数据建立如图3所示的岩芯含泥量与抗压强度f_r的对应关系图。

根据实际规律，抗压强度f_r与含泥量成反比，根据含泥量与抗压强度f_r的对应关系图，以及通过实地预测岩石抗压强度与真实抗压强度进行多次比较、筛选、修正，得出含泥量的经验修正系数λ_泥取以下值：

0％<含泥量≤5％，λ_泥取1.05～0.95

5％<含泥量≤25％，λ_泥取0.95～0.85

25％<含泥量≤50％，λ_泥取0.85～0.75。

步骤S8：最后根据步骤S7中的预测公式f_预建立修正后的抗压强度修正公式f_修。

具体地，抗压强度f_r修正公式如下：

f_修＝f_预*(V_s/V_s均＇)*λ_泥＝(0.014*V_s-3.5)*(V_s/V_s均＇)*λ_泥或

f_修＝f_预*(V_p/V_p均＇)*λ_泥＝(f_预＝0.0102*V_p-16)*(V_p/V_p均＇) *λ_泥

式中：V_s/V_p为勘察孔孔内一定深度范围内测试的横波波速/纵波波速；V_s均＇/V_p均＇为勘察孔孔内采取的岩芯送达室内做声波测试的结果平均值。

资料显示岩石抗压强度与矿物成分、颗粒大小、胶结、裂隙特性和方向，风化程度、含水状况有很大关系。泥质粉砂岩属于弱胶结岩石，极软岩，对水、湿度、热、震动都很敏感。由于泥质粉砂岩在钻机过程中已经泡水，且水对抗压强度影响还不小，因此，通过测定含水率来分析抗压强度显得意义不大，而能表征裂隙、胶结情况的主要是岩石的纵、横波波速，然而单一的动力力学参数很难准确的预估岩石的整体情况，也就说抗压强度不易预测，由此引入了含泥量一说法，主要是弥补因真实含水率无法测定的缺陷，同时含泥量的大小也可以部分表征岩石的胶结状态，含泥量高，证明泥质胶结偏多，相应抗压强度低，反之则高。因此，可以试图通过含泥量来修正用波速测试的抗压结果，基本上能满足工程应用的要求，因为泥质粉砂岩在施工过程中也面临水泡、崩解的情况，很好的模拟了工程实际现状。

本发明通过建立相关的预测公式及修正公式，就可以通过现场测试纵横波波速及取部分样做含泥量，部分完整芯样做室内波速测试，通过两个修正就可以预测该场地钻孔内某一深度范围内岩石抗压强度值。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种预测泥质粉砂岩抗压强度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将勘察孔内的岩芯取出后在孔内岩芯处及时做横波波速V_s和纵波波速V_p测试，同时将采取的岩芯及时送往实验室进行室内岩芯声波测试，包括横波波速V_s＇测试与纵波波速V_p＇测试；

步骤二：观察同一深度区间岩芯的纵波波速V_p、V_p＇及横波波速V_s、V_s＇在勘察孔内及室内的比较；

步骤三：对岩芯进行抗压试验；

步骤四：对抗压后的岩芯碎块进行含泥量测试；

步骤五：分析含泥量与抗压强度f_r的相关性，同时分析岩芯的抗压强度与横波波速V_s及纵波波速V_p的相关性；

步骤六：分别制作岩芯的横波波速V_s、纵波波速V_p、含泥量与抗压强度f_r的对应关系图；

步骤七：通过对不同地区一定波速范围内、一定含泥量范围的勘察孔及岩芯做相关实验获取预测的基础数据，结合步骤六的对应关系图，分别求出横波波速V_s与抗压强度f_r和/或纵波波速V_p与抗压强度f_r的线性拟合关系式以及含泥量的经验修正系数λ_泥，根据横波波速V_s与抗压强度f_r和/或纵波波速V_p与抗压强度f_r的线性拟合关系式建立与泥质粉砂岩对应的横波波速V_s和/或纵波波速V_p与抗压强度f_r的预测公式f_预；

步骤八：最后根据步骤七中的预测公式f_预建立修正后的抗压强度修正公式f_修。

2.根据权利要求1所述的预测泥质粉砂岩抗压强度的方法，其特征在于：所述步骤一中的横波波速测试采用单孔剪切测试。

3.根据权利要求1所述的预测泥质粉砂岩抗压强度的方法，其特征在于：所述步骤七中，根据实际规律，抗压强度f_r与纵波波速V_p和横波波速V_s均成正比，以实际测量数据可得出：

抗压强度f_r与横波波速V_s的线性拟合关系式：f_r＝aV_s+b，其拟合度为r，根据该线性拟合关系式综合得出横波波速V_s与抗压强度f_r的预测公式f_预＝0.014*V_s-3.5；

抗压强度f_r与纵波波速V_p的线性拟合关系式：f_r＝aV_p+b，其拟合度为r，根据该线性拟合关系式综合得出纵波波速V_p与抗压强度f_r的预测公式f_预＝0.0102*V_p-16。

4.根据权利要求1所述的预测泥质粉砂岩抗压强度的方法，其特征在于：所述步骤七中，根据实际规律，抗压强度f_r与含泥量成反比，根据含泥量与抗压强度f_r的对应关系图，以及通过实地预测岩石抗压强度与真实抗压强度进行多次比较、筛选、修正，得出含泥量的经验修正系数λ_泥取以下值：

0％<含泥量≤5％，λ_泥取1.05～0.95

5％<含泥量≤25％，λ_泥取0.95～0.85

25％<含泥量≤50％，λ_泥取0.85～0.75。

5.根据权利要求1所述的预测泥质粉砂岩抗压强度的方法，其特征在于：所述步骤八中，抗压强度f_r修正公式如下：

f_修＝f_预*(V_s/V_s均＇)*λ_泥＝(0.014*V_s-3.5)*(V_s/V_s均＇)*λ_泥或

f_修＝f_预*(V_p/V_p均＇)*λ_泥＝(f_预＝0.0102*V_p-16)*(V_p/V_p均＇)*λ_泥

式中：V_s/V_p为勘察孔孔内一定深度范围内测试的横波波速/纵波波速；V_s均＇/V_p均＇为勘察孔孔内采取的岩芯送达室内做声波测试的结果平均值。