[發明專利]巖體節理剛度的全波形信息測試方法

有效

• 申請號: 201410050277.5
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN103792289A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 王觀石;胡世麗;龍平;王星光;李志文
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44
• 代理公司: 贛州凌云專利事務所 36116
• 代理人: 曾上

技術領域

本發明涉及巖體節理剛度測試技術，在深入研究節理引起子波的振幅和相位變化規律的基礎上，提出了在時域上全波形信息計算巖體節理剛度的測試方法。

背景技術

在漫長的地質作用過程中，巖體中形成了不同尺度的結構面，這些結構面導致巖體具有非連續、非均質和各向異性的力學特性。這些尺度不一、形態各異和分布錯綜的各類結構面強烈地影響著工程巖體的力學性質與穩定性，對巖體的變形和破壞起控制作用，準確獲取巖體結構面的力學參數是巖體力學中的重要和難點問題。

節理剛度的測試方法主要有室內測試、現場測試、反演和工程物探等技術手段，這些方法具有自身的優勢，同時也存在某些不足。（1）室內測試，通過現場取樣，或者滿足某些參數相同或者相似比要求進行制作試驗樣品，采用室內測定方法獲取節理的變形參數，該方法具有成本低和操作簡單的優勢，但存在的問題是難以綜合考慮地應力和地下水等地質環境因素，取樣過程易擾動，特別是節理，其厚度僅為數毫米至數厘米，難以現場取樣進行室內測定。（2）現場測試，該方法的測試結果具有準確可靠的特點，受現場測試周期長和測試成本高等方面的限制，因而試驗點必須具有較強的代表性。（3）參數反演，該方法具有成本低的優勢，但依賴于輸入參數的準確性，在巖體宏觀破壞前節理對巖體整體變形的貢獻很小，在調整節理的變形力學參數時，巖體整體變形不明顯，因而在進行參數反演時，反演結果的可靠性受到較大的影響。（4）工程物探，該方法具有測試成本低、操作簡單和便于進行現場測試，但是數據處理難度較大，目前主要是基于波速和阻抗參數提出的測試方法。

眾所周知，應力波在不同類型的介質中具有不同的傳播特征，在彈性性質不同的介質分界面上還會發生波的反射和折射。當巖土介質的成分、結構和密度等因素發生變化時，應力波的傳播速度亦將隨之發生相應的變化。巖石的彈性常數與波速之間在理論上存在定量關系，巖體中的破碎帶和斷層是巖體結構上潛在的缺陷，這些部位有較低的波速響應，波速能夠有效反映巖體結構信息，缺陷越大，依據波速分析巖體結構的效果越好，因此可以利用應力波波速分析巖體中大尺度結構面（破碎帶、斷層等）。目前，主要采用聲時、波幅、頻率三個參數進行超聲檢測和探測，已建立定量或半定量數學表達式，運用這些研究成果進行工程物探時也取得了非常大的成績。但巖體節理具有尺度小和力學特性復雜的特點，常規的測試技術有待改進。影響應力波在巖體節理傳播規律的因素較多，如節理的物質成分、粒度級配、含水率、孔隙比、干密度等，另外還受到夾層的宏微觀組構、地應力和地下水等地質環境的影響，因而難以依據某一波形參數反映力學特性復雜的巖體節理。應力波在巖體節理的傳播過程中，不同頻率的應力波對節理的感應程度不同，但其影響程度可以歸納為應力波的振幅譜和相位譜變化。應力波的振幅譜和相位譜變化，最終體現在應力波的波形變化，應力波的聲時、波幅和頻率僅從某些方面揭示了應力波傳播規律，因而波形能夠綜合反映應力波傳播規律。通過理論和試驗研究表明子波波形變化比走時對斷層的反應更為敏感，充分反映了波形變化規律在巖體力學參數測試和巖體結構探測方面的優勢。

發明內容

本發明目的是提供一種巖體節理剛度的全波形信息測試方法，結構面對巖體力學特性具有控制作用，準確獲取巖體節理的法向剛度和切向剛度對巖體工程的設計、施工、穩定性評價和巖體加固具有重要意義。

本發明的技術方案：一種巖體節理剛度的全波形信息測試方法，包含測試步驟和數據分析步驟：

A、測試步驟

第一步：測試試驗區域巖塊的物理力學參數

彈性模量、泊松比和密度；在試驗區域選擇有代表性的巖塊，加工成標準巖樣，用巖石試驗機測試巖石的力學參數，采用常規方法測試巖塊的密度。

第二步：測試節理法向和切向剛度