岩石中缺抗压强度抗压强度地质简图Fig试验数据与采样点沙溪庙

ct.2014文章编号：1000－7598－(2014)10－2994－06重庆沙溪庙组地层岩石单轴抗压强度研究陈小平（重庆市勘测院，重庆）分级、土石开挖分级和岩石地基验收中。重庆市区约70%面积坐落于侏罗系中统沙溪庙组地层之上，研究沙溪庙组地层岩图分类号：TU452文献标识码：o-ping(,,China):(UCS)tion;,,on,g,.,70%;.,...:;;ient;研究了岩石中缺岩石单轴抗压强度是工程勘察中最基本的岩体力学参数之一，可为岩质地基设计、隧洞围岩分类、岩体质量分级、土石开挖分级和岩石地基验收提供基础性的地质依据。 #

重庆市区地形受一系列北北东向构造行迹的控制，背斜多形成条带状低山，向斜则多为丘陵地形，宏观上呈现“一山一槽”的地貌景观，侏罗系地层主要分布于丘陵槽谷中，其中沙溪庙组分布最为广泛，市区约70%面积坐落于沙溪庙组地层之上，见图1。因此，研究沙溪庙组地层岩石单轴抗压强度具有十分重要的意义。陷对岩石单轴抗压强度的影响；曾伟雄等研究了点荷载与岩石单轴饱和抗压强度之间的关系；刘宝从尺寸效应研究了岩石的抗压强度；王平等论述了影响岩石抗压强度的因素；张永安等研究了泥岩含水性对抗压强度的影响。以上主要是从室内外两方面对影响岩石抗压强度的因素进行研究，均未涉及到软化系数和抗压强度之间关系的研究。本文从工程勘察的实践出发，通过对重庆市沙溪庙组岩石抗压强度的统计和对软化系数的研究，建立了岩石饱和抗压强度与天然抗压强度之间的经验关系。收稿日期：2013-07-27作者简介：陈小平，1975年生，学士，高级工程师，主要从事岩土工程和水利水电的勘察与研究工作。E-mail:陈小平：重庆沙溪庙组地层岩石单轴抗压强度研究2995地质简图Fig.almap试验数据与采样点沙溪庙地层区县境界主要水系20个工程分布范围涉及重庆主城所有的区，为已完工或在建工程；工程类型包括个公租房（含超高层建筑272个安置房，8条市政道路，个地下大型车库，1条城市地铁，1座跨江大桥和处、大小向斜13处，岩层的倾角变化范围为岩石坚硬程度统计与分析《岩土工程规范》[10]规定岩石的坚硬程度按饱和单轴抗压强度进行划分。

根据对005组泥岩015个饱和抗压强度数据的统计表明，泥岩中极29.5%，软岩占69.8%，较软岩占0.7%，饱和抗压强度值一般为4.0～7.5MPa，占统计样本72.4%，抗压强度的分布概率符合正态分布（见图保值率95%时的置信区间为3.3～10.3MPa。981组砂岩943个饱和抗压强度数据的统计表明：砂岩中极软岩占2.5%，软岩占9.1%，较56.5%软石抗压饱和强度，较硬岩占32.0%，饱和抗压强度值沙溪庙组岩石通常可分为泥岩和砂岩两大类。在重庆的工程勘察中，多年来积累了大量的有关岩石单轴抗压强度方面的试验数据。本文汇集了位于20个重大工程（见图2）的试验数据，共收集中风化岩样986组（泥岩981组），相当于近10000个钻孔的取样量，天然及饱和抗压强度的总有效试验数据一般为20～40MPa，占统计样本77%，抗压强度的分布概率符合正态分布，如图所示，保值率95%时的置信区间为7.5～38.5MPa。岩石软化系数统计与分析岩石软化系数是判断水对岩石的作用程度、岩石的耐水性及抗风化程度的指标，其与岩石矿物成分、结构、构造、孔隙率、吸水率等因素有关，软化系数与天然单轴抗压强度通过对重庆市沙溪庙组泥岩和砂岩软化系数的统计，饱和抗压强度与软化系数的关系如图示。

由图可以看出，（1）软化系数与饱和抗压强度为非线性函数关系，且为单增函数，即区县境界主要水系片状工程线状工程（2）岩石强度增加时，软化系数增速减缓，即的导数为负值；（3）砂岩和泥岩的软化系数在极软岩区间有分叉，随后合并变成一条光滑曲线；（4）砂岩在极软岩区间，软化系数曲线存在偏Fig.工程特征一览表工程编号工程概况工程位置构造部位岩层倾角砂岩勘察时间市政道路：宽32.54.6km渝北区龙兴镇石船向斜西翼16～安置房：由24栋超高层组成江北区鱼嘴镇10～公租房：7个组团，49栋超高层经开区长生桥镇广佛寺向斜西翼公租房：5个组团，25栋超高层巴南区界石镇南温泉背斜东翼16～座大桥，渝北区机场向南至石坪重庆向斜-环山背斜12～ 两端立交共 21 条匝道 市政道路：主线长4.8 km，两处立交 渝北区回兴至张家梁 重庆向斜两翼-环山背 18～60 100 53 2010 20条匝道 地下大型车库：隧洞累计长1.5 km 渝中区解放碑 解放碑向斜西翼 5～10 17 23 2010 商住楼项目：两期共25 栋超高层 南岸区丹回路 1073 20 2009 公租房：5个组团，27 栋超高层 巴南区龙州湾东 南温泉背斜西翼 60～65 71 24 2012 渝北区机场至北部新区 10 市政道路：道路拓宽工程，长 13.7 km 龙王洞背斜核部及两翼 3～30 25 77 2010 人和 11 城市地铁：长 12 km，全隧道，含 渝北区礼嘉至悦来沙坪坝背斜-悦来向斜 2～20 184 135 2010 车站和 特大桥市政道路：城市主干道，长约 km，渝北区大竹林-北部新区 12 包含 处大型立交及多处跨线桥人和 龙王洞背斜西翼 8～25 43 35 2004 13 嘉陵江大桥：5 沙坪坝区双碑-江北区梁沱瓷器口向斜 5～30 26 35 2009 14 市政道路：嘉陵江大桥 座、主线和渝中区红岩村至九龙坡区 6～10170 60 2012 匝道的隧道 km五台山 15 市政道路：路网共 13 条道路，长 7.5 km 沙坪坝区梨树湾融汇温泉城 观音峡背斜东翼 10～50 51 11 2010 16 公租房：5 个组团，37 栋超高层 大渡口区跳蹬镇 观音峡背斜东翼 28～35 116 18 2012 17 公租房：10 个组团，65 栋超高层 北碚向斜西翼45～60 254 141 2012 18 市政道路：宽 20.5 7.7km， 沙坪坝区西永镇至陈家桥镇 北碚向斜两翼及轴部 2～10 89 22 2010 包括 座桥梁19 公租房：5 个组团，36 栋超高层 九龙坡区陶家镇 13236 20 2011 20 公租房：5 个组团，33 栋超高层 九龙坡区西彭镇 中锋向斜近轴部 8～10 157 99 2011 14 1229.5% 10 9.1%56 1011 12 13 14 15 16 1015 20 25 30 35 40 45 50 饱和抗压强度/ MPa 泥岩饱和抗压强度概率密度图Fig.3 plot 饱和抗压强度/ MPa 砂岩饱和抗压强度概率密度图Fig.4 plot 陈小平：重庆沙溪庙组地层岩石单轴抗压强度研究2997 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 1015 20 25 30 35 40 45 50 55 60 50 40 30 20 10 1020 30 40 50 饱和抗压强度/ MPa 饱和抗压强度与软化系数的关系Fig.5 抗压强度的经验公式（1）经验公式推导 根据上述对软化系数分 析，天然抗压强度： 饱和抗压强度/ MPa 6050 40 30 20 10 1020 30 40 50 为隐函数，运用经验公式进行拟合求解。

统计表明，经验公式为乘幂形式时，曲线相关 性最好，由此构建函数表达式为 饱和抗压强度/ MPa 7060 沙溪庙组中砂岩和泥岩间岩相具有渐变性，相 应强度也具渐变性，因此，泥岩和砂岩抗压强度的 函数表达式可进行统一求解。典型拟合曲线如图 20个样本统计结果，母本的置信区间采用 2.09，a、b的极限误差（ ）计算结果分别为：0.5 50 40 30 20 10 1020 30 40 50 60 饱和抗压强度/ MPa 工程14 60 50 40 2.090.039 200.5 0.003 (0.859，0.865)。（3）经验公式 平均值时沙溪庙地层中风化岩石抗压强度的经验公式为 20 10 1015 20 25 30 35 40 饱和抗压强度/ MPa 工程17 2.145x0.862 0.413y1.16 Fig. UCS相应沙溪庙地层岩石软化系数的经验公式为 （4）误差统计与分析 0.466x0.138 0.413y0.16 根据经验公式（5），对计算值和试验值之同时，由图 近似等于常数3。经验公式可表达为 间的误差统计：泥岩，相对误差大于 10%的仅占样 015个数据）的 2.5%，误差 5%～10%占样本 18%，误差小于5%的占样本 79.5%。

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砂岩， 较硬岩泥岩 砂岩 沙溪庙地层抗压强度经验公式(y=ax )统计Table from 工程 9510 102 11 319 12 78 13 61 14 230 15 62 16 134 17 395 18 111 19 256 20 256 相对误差大于 10%的仅占样本（2 943 个数据）的 2.1%且全部在极软岩区间，误差 5%～10%的占样 15.1%，误差小于5%的占样本的 82.8%。 通过对表 20个工程划分的 187 个单元 进行的统计，平均值和标准值的相对误差统计结果 分别如下：泥岩，平均值的相对误差 2%的概率为 82.6%， 5%的概率约95%；标准值的相对误差 2%的概率为87.8%，5%的概率约 98%。砂岩， 平均值的相对误差 2%的概率为 87.2%， 5%的 2%的概率为82.6%， 5%的概率约 95%。 工程实例重庆日报报业集团创意产业园项目位于重庆 市渝北农业园区石盘河，拟采用岩质地基，勘察中 取砂岩 可以看出，砂岩、泥岩的天然抗压强度试验值（ y2.145x0.862 ）相对误差极小，对于岩质地基设计 所需 的标准值软石抗压饱和强度，其相对误差也很小，经验公式预测 精确 可靠，计算值可代替试验值。 #

砂岩天然抗压强度对比Table 单值抗压强度/ MPa 样品编号 试验值 计算值 相对误差 最小值 870.849 2.955 饱和 表示该数据未参与统计。0.90 0.89 ZK6-1 -231 K4-2 38 K9-1 27 22.731.9 31.60 a-b散点图 ZK12-1 22.2 31.4 31.00 Fig.7a-b 22.4 31.6 31.30 38.049.5 49.30 经验公式统数据ZK20-1 36.8 48.8 48.00 37.5 49.2 48.80 平均值32.2 42.9 42.70 450.862 标准差 6.13 7.34 7.07 标准差 390.007 变异系数 标准值 0.19 29.6 0.17 39.8 0.17 39.70 样本数18 18.00最大值 38 最小值22 陈小平：重庆沙溪庙组地层岩石单轴抗压强度研究2999 泥岩天然抗压强度对比Table 单值抗压强度/ MPa 过经验公式进行单值匹配和平均值、标准值的计算。

四川省地质矿产局.区域地质调查报告(重庆市幅)(比 样品编号 试验值 计算值 相对误差 饱和 3013 ZK6-27.80 12.90 12.60 8.1013.20 13.00 7.4012.70 12.00 ZK15-17.90 12.30 12.70 7.7012.60 12.50 8.1013.10 13.00 ZK4-17.60 12.60 12.30 7.8012.80 12.60 8.5013.90 13.60 ZK8-28.10 13.40 13.00 8.4013.70 13.40 8.8014.20 14.00 ZK10-18.20 13.70 13.20 8.6013.90 13.70 7.8012.80 12.60 ZK12-17.40 12.20 12.00 7.7012.30 12.50 8.4013.70 13.40 ZK19-28.10 13.30 13.00 8.5013.60 13.60 7.5012.40 12.20 ZK21-17.20 12.00 11.80 7.6012.30 12.30 7.4011.80 12.00 CK12-17.60 12.50 12.30 7.2012.10 11.80 平均值7.90 12.90 12.80 标准差0.44 0.67 0.62 变异系数 0.06 0.05 0.05 标准值 7.80 12.70 12.50 样本数27.00 27.00 27.00 最大值 8.80 14.20 14.00 8011 以前对岩石抗压强度的研究主要是对影响岩石抗压强度的因素进行研究，未涉及软化系数和抗 压强度之间关系的研究。 #

本文从工程勘察的实践出 发，通过研究岩石抗压强度和软化系数的关系，建立 了重庆市区沙溪庙组岩石饱和抗压强度与天然抗压 强度之间的经验关系。 本文分析了重庆市区沙溪庙组岩石的坚硬程 度和软化系数的分布规律，并由此拟合出抗压强度 换算的经验公式，见式（5），软化系数经验公式， 经验公式的计算的标准值与试验值计算的标准值之间的相对误差 5%的概率一般在 95%以上， 准确性高、可靠性好，可推广应用到工程实践中。 本文经验公式的工程意义在于只需要岩石天然 抗压强度和饱和抗压强度的其中一组数据，便可通 1:50000)[R].重庆: 四川省地质矿产局, 1990. 化规律与岩石强度[J].岩石力学与工程学报, 2008, 27(6): 1195－1201. LIU Xiao-li, WANG Si-jing, WANG En-zhi, et al. rules [J]. ,2008, 27(6): 1195－1201. 方法设计与探讨[J].岩石力学与工程学报, 2003, 22(4): 566－568. ZENG Wei-xiong, LIN Guo-zan, load test rock [J]. ,2003, 22(4): 566－568. 岩石力学与工程学报,1998, 17(6): 611－614. LIU Bao-chen, ZHANG Jia-sheng, DU Qi-zhong, et al. rock[J]. ,1998, 17(6): 611－614. 式适用条件分析[J].人民黄河, 2013, 35(3): 105－107. LIU Xin-yong, LI Zhen-ling, TIAN Wei-jun, et al. [J]. River, 2013, 35(3): 105－107. 岩石单轴抗压强度试验的探讨与研究[J].四川 力发电,2013, 32(2): 89－91. WANG Ping. test [J]. Water Power, 2013, 32(2): 89－91. 中国地质大学出版社,1998. 程地质学报,2008, 16(1): 22－26. ZHANG Yong-an, LI Feng, CHEN Jun, et al. water[J]. , 2008, 16(1): 22－26. 抗压强度的相关性初探[C]//贵州省岩石力学与工程学会 2010 年学术会论文集. 贵州: 岩石力学与工程学 2010.[10] 建设综合勘察研究设计院. －2001 岩土工程勘 察规范(2009 北京:中国建筑工业出版社, 2009. [11] 工程地质手册编委会. 工程地质手册(第四版)[M]. 中国建筑工业出版社,2007. [12] 原中华人民共和国电力工业部. GB/－99 工程岩 试验方法标准[S].北京: 中国建筑工业出版社, 1999. #