[發(fā)明專利]基于爆破振動測試的巖體質(zhì)量分類及動力參數(shù)估計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510086176.8
• 申請日: 2015-02-17
• 公開（公告）號: CN104569158A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)鵬;何琪;盧文波;陳明;鄒玉君
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于爆破振動測試的巖體質(zhì)量分類及動力參數(shù)估計方法，適用于水利水電工程、交通、礦山、國防等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

巖體質(zhì)量分類以及動力參數(shù)是影響隧道工程設(shè)計、施工、安全、造價的主要因素之一。在巖體工程施工過程中，是否能夠及時、準(zhǔn)確、合理的對巖體質(zhì)量進(jìn)行分類、巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行估計，這對施工設(shè)計和施工進(jìn)度，以及準(zhǔn)確的估計工程的變形和穩(wěn)定都十分重要。同時，巖體在動態(tài)荷載下的力學(xué)參數(shù)估計的準(zhǔn)確與否直接影響到隧道工程的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

工程巖體質(zhì)量分類目的是從工程實際需求出發(fā)，根據(jù)圍巖巖體不同特征將其劃分為不同的區(qū)段，并進(jìn)行相應(yīng)的試驗，得出計算指標(biāo)參數(shù)，以便在設(shè)計和施工中分類指導(dǎo)。但由于巖體結(jié)構(gòu)受原生構(gòu)造、后期構(gòu)造改造和淺表生物作用的影響，巖體中常常會發(fā)育多組相互交錯的裂隙，并形成相互交切的結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，這使得巖體質(zhì)量的評價難度加大，評價結(jié)果不夠準(zhǔn)確，因此需要采取合理有效的方法進(jìn)行巖體質(zhì)量分類。

經(jīng)過多年的發(fā)展和研究，巖體質(zhì)量分類已由過去的傳統(tǒng)方法(定性描述、單指標(biāo)分類)發(fā)展為考慮多項因素的方法(定量評價、多指標(biāo)共同參與分類)。上世紀(jì)60年代前，巖體分類評價主要是以巖石材料強(qiáng)度這一單一指標(biāo)為依據(jù)，而沒有考慮巖體周圍的賦存環(huán)境以及巖體結(jié)構(gòu)面的作用，而巖體相對巖石，其中存在著不同類型、不同規(guī)模的各種結(jié)構(gòu)面，受到天然應(yīng)力和地下水等地質(zhì)環(huán)境因素的影響，同時巖體中表現(xiàn)出非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性和非彈性特征，單單依靠巖石材料強(qiáng)度作為劃分依據(jù)并不可靠。到了60年代以后，人們才逐步引入了巖體完整性這一全新的概念，并將表征巖體完整性的指標(biāo)引入巖體質(zhì)量分類系統(tǒng)，例如裂隙間距D、巖體體積節(jié)理數(shù)Jv、塊度、巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD、巖體完整性系數(shù)Kv等。其中，巖芯鉆探法應(yīng)用最為廣泛，這種方法被廣泛應(yīng)用于水利水電工程、礦山、交通工程之中，基于這種方法的評價指標(biāo)之一是巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD，它是一種可以反映巖體完整性的定量參數(shù)。但是RQD指標(biāo)也存在著許多的不完善之處，由于巖體工程地質(zhì)特征的復(fù)雜性，RQD指標(biāo)難以真實的反應(yīng)巖體中由于裂隙的發(fā)育、填充的特征以及自然風(fēng)化的作用引起的巖體非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性和非彈性特征，在不同的取樣部位RQD指標(biāo)相差會很大；另外，RQD指標(biāo)為一維的線性指標(biāo)，難以真實的反應(yīng)巖體復(fù)雜的三維特征。因此如果過分依賴RQD指標(biāo)，所得到的結(jié)果有時會很不準(zhǔn)確并造成嚴(yán)重的后果。

在巖體工程實踐中，力學(xué)參數(shù)的合理確定在巖石力學(xué)的研究和發(fā)展過程中始終是難題之一。巖體的力學(xué)參數(shù)包括靜力學(xué)參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)，傳統(tǒng)的確定巖體靜力學(xué)參數(shù)的方法有：三軸應(yīng)力狀態(tài)下的卸荷三場耦合力學(xué)試驗；進(jìn)行巖體流變特性試驗研究獲得巖體的流變參數(shù)；建立力學(xué)模型；分析巖體節(jié)理情況等。但這些方法都不能準(zhǔn)確的獲得巖石的力學(xué)參數(shù)。而更難以獲得的是動態(tài)荷載作用下的巖體力學(xué)參數(shù)，即巖土體在爆炸荷載作用下的動力性能，它是水電工程、礦山、交通工程等爆破開挖工程中的所必須的重要資料，對工程施工的安全性與經(jīng)濟(jì)性有著重大影響，需要高效準(zhǔn)確的方法來確定巖體動力參數(shù)。近些年來，巖體動力學(xué)參數(shù)的研究在試驗方法(包括有沖擊荷載作用下巖石破碎特征、動態(tài)張拉破壞特征等)、本構(gòu)模型研究(爆炸荷載作用下各向異性的本構(gòu)方程、循環(huán)荷載作用下考慮疲勞效應(yīng)的節(jié)理巖體本構(gòu)等)和數(shù)值模擬方面都取得了很大的進(jìn)展。但這些方法存在著操作比較復(fù)雜，耗時長，在有些工程實踐過程中不易實施，在不同的地質(zhì)條件下所得到的結(jié)果相差較大的缺點等。因此，需要提出一種適用性強(qiáng)、適用范圍廣、計算結(jié)果簡單可靠的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于爆破振動測試的巖體質(zhì)量分類及動力參數(shù)估計方法。

本發(fā)明思路為：

采用常規(guī)方法進(jìn)行爆破振動測試，采用多通道數(shù)據(jù)采集器采集P波和S波到達(dá)各測點的時間，根據(jù)P波和S波到達(dá)各測點的時間差獲得P波和S波的波速，根據(jù)波速判斷兩測點間的巖體質(zhì)量，并可估計動彈性模量。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一、基于爆破振動測試的巖體質(zhì)量分類及動力參數(shù)估計系統(tǒng)，包括三向振動速度傳感器、多通道數(shù)據(jù)采集器和控制中心，三向振動速度傳感器布置于各測點，基于爆破振動測試方法確定測點位置；布置于同一測線測點的三向振動速度傳感器與同一多通道數(shù)據(jù)采集器相連；多通道數(shù)據(jù)采集器用來采集三向振動速度傳感器檢測數(shù)據(jù)，并將采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心。

上述多通道數(shù)據(jù)采集器為SZSC-N多通道數(shù)據(jù)采集器。

作為優(yōu)選，同一測線中相鄰測點間距為10～20m。