[發明專利]一種現場原位巖體各向異性波速場測量方法

有效

• 申請號: 201910267680.6
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN110333535B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 江權;劉暢;徐鼎平;晏飛;楊成祥;白國峰;喬志斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01V1/40
• 分類號: G01V1/40;G01H5/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

本發明公布了一種原位巖體各向異性波速場的測量方法，包括以下步驟：現在工程巖體的臨空壁面鉆孔，包括三個信號接收孔和一個信號發射孔，在三個信號接收孔內放入彈性波接收探頭，在信號發射孔內放入彈性波發射探頭，獲得三個彈性波接收探頭的坐標，移動彈性波發射探頭的位置，彈性波發射探頭在不同位置時，發射彈性波，彈性波接收探頭接收彈性波，根據探頭的坐標和發射彈性波與接收彈性波間的時間差，建立模型，獲得彈性波發射探頭在不同位置與彈性波接收探頭圍成的區域內的巖體各向異性波速場。本發明克服現有巖體彈性波波速測量方法只能測量沿鉆孔軸線方向的波速的不足，實現對工程巖體波速的三維測量，建立工程巖體的各向異性波速場。

技術領域

本發明涉及一種工程原位巖體各向異性波速場測量方法，更具體涉及利用彈性波測量獲得工程原位巖體的各向異性波速場的測量方法，屬于巖體工程技術領域。

背景技術

隨著國家經濟的騰飛，土木建筑行業的快速發展，工程建設的高度、深度、難度不斷刷新紀錄，為了保證工程安全順利的建設，勢必要求獲取高質量的工程地質勘察結果，不準確的工程地質勘察結果將對工程建設造成巨大損失，因此工程地質勘查是工程建設的基礎性環節。目前，巖體彈性波波速探測法是一種常用的工程地質勘查方法，通過聲波發射探頭發射超聲波，經巖體傳播至聲波接收探頭，通過兩個測量探頭距離和彈性波傳輸的時差計算出傳輸方向上巖體彈性波波速。該方法是一種無損方法，能夠很好的計算出巖體彈性波波速，而且巖體彈性波波速與巖體物理力學性質、巖體結構有密切關聯特性，因而能通過巖體彈性波波速能夠對巖體進行巖體質量分級，為工程地質勘察提供依據。

目前，進行的許多巖體彈性波波速的測量方法都是通過鉆取測試孔，依次推動聲波探頭發射超聲波，獲取沿鉆孔深度變化的彈性波波速：

(1)《巖石力學與工程學報》，2018年第37卷第11期，題名“基于巖體完整性評價的超聲-地震波速度跨尺度裝換方法研究”，作者張程遠等，該研究利用鉆孔巖心實測超聲波波速數據開獲取地下介質地震波速，并利用鉆孔巖心圖像確定巖體體積節理數和巖體完整性系數，將巖快的地震波速轉換為巖體地震波速，但是該研究仍然只能獲取沿鉆孔軸線方向的波速。

(2)《人民長江》，第2018年第49卷增刊(2)，題名“基于巖體波速正態分布擬合的巖體質量分級”，作者劉海濤，該研究采用最小二乘法擬合正態分布概率密度函數，能夠很好地模擬巖樣的聲波測試結果，進而利用正態分布概率密度函數中的期望值和標準差來進行波速分段，確定巖體質量分級標準，該研究獲取的波速數據仍然是沿鉆孔軸線方向的波速。

(3)中國專利公開號CN 108872391公開日2018.11.23，發明名稱為“用于評價巖體穩定狀態的物探分析方法”，該發明利用彈性波波速對巖體松弛程度進行劃分，判斷巖體是否存在新增的微裂隙，獲取待測巖體的穩定狀態，但該發明使用的彈性波波速仍然是鉆孔軸線方向的波速，仍然是一維的彈性波波速。

上述技術應用現狀分析表明，目前關于使用巖體彈性波進行巖體質量分級、確定巖體完整性系數等研究都取得了一定進展，且為工程地質勘察提供了一些參考意義。然而，受復雜層理、節理、裂隙等地質成因和后期構造影響，工程原位巖體是具有各向異性的，因而工程原位巖體的波速應具有各向異性的特點，即在不同方向具有不同的波速，僅僅通過獲取的沿孔徑深度方向波速來進行巖體質量分級、確定巖體完整性系數是不嚴謹的。綜合看來，開展巖體各向異性彈性波波速場的三維測量方法和計算方法是亟需的。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明的目的在于提供一種原位巖體各向異性波速場的測量方法，旨在克服現有巖體彈性波波速測量方法只能測量沿鉆孔軸線方向的波速的不足，實現對工程巖體波速的三維測量，建立工程巖體的各向異性波速場。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種原位巖體各向異性波速場測量方法，包括以下步驟：