[發(fā)明專利]一種測(cè)量巖石裂隙張開度的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011168157.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN112525079A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳岳;姜楓;崔嘉;王同杰;周超;張帥;李彥志;史慧芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種測(cè)量巖石裂隙張開度的方法，以實(shí)驗(yàn)室某巖石的裂隙張開為例，包括裂隙巖石試樣，所述裂隙巖石試樣中部包含裂隙，裂隙上部設(shè)置一個(gè)激光感應(yīng)點(diǎn)，所述裂隙巖石試樣底部設(shè)置傳感光纖，傳感光纖上設(shè)置相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)。在計(jì)算裂隙某點(diǎn)張開度時(shí)，要通過所記錄的激光感應(yīng)點(diǎn)的位移量，以及所設(shè)置的傳感光纖測(cè)點(diǎn)變形量綜合考慮計(jì)算。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)方法未能達(dá)到的微米級(jí)別的張開度測(cè)量，極大地提高了測(cè)量精度，為進(jìn)一步指導(dǎo)實(shí)際工程做出了貢獻(xiàn)，避免了傳統(tǒng)方法操作過程中具有一定的主觀性，以及實(shí)驗(yàn)室中的傳統(tǒng)方法沒有考慮裂隙巖石試樣的微小起伏，存在較大誤差，且計(jì)算結(jié)果精度較低等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量巖石裂隙張開度的方法。

背景技術(shù)

工程巖體大都經(jīng)受了多次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的擾動(dòng),其中含有多種不同級(jí)別的裂隙及軟弱面。含有裂隙的巖體和完整巖體有截然不同的性質(zhì)，特別是裂隙在復(fù)雜地應(yīng)力狀態(tài)、高應(yīng)力地下涌水等狀態(tài)下，會(huì)持續(xù)張開擴(kuò)展,從而導(dǎo)致巖體的力學(xué)性質(zhì)區(qū)別更大。

如果巖石裂隙張開度的測(cè)量出現(xiàn)較大誤差，則會(huì)使得后續(xù)對(duì)于巖體的具體力學(xué)性質(zhì)等研究出現(xiàn)偏差，最終造成研究在實(shí)際工程中的錯(cuò)誤應(yīng)用，輕則過度耗費(fèi)支護(hù)巖體所需材料等成本，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致巨大的工程事故，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而如何提高張開度測(cè)量的精度，成為了一個(gè)亟待解決且較長一段時(shí)間以來未能解決的問題。

因此,巖體裂隙張開度作為反映裂隙巖體內(nèi)在結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，提高其精度降低其誤差對(duì)于工程中的巖體穩(wěn)定性研究，具有極其重要的作用。在現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)室研究中，裂隙張開度的測(cè)量已從早期的卷尺手工直接測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)榱四壳按蠖际褂玫奈灰苽鞲衅鳒y(cè)量。

發(fā)明人認(rèn)為，現(xiàn)有利用位移傳感器測(cè)量巖石裂隙張開度的方法具有下述缺點(diǎn)：

(1)仍然具有一定的主觀性，存在較大的隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差。(如實(shí)驗(yàn)室中，位移傳感器設(shè)置在固定的點(diǎn)，在裂隙巖石受復(fù)雜應(yīng)力時(shí)，該點(diǎn)可能出現(xiàn)不易發(fā)現(xiàn)的移動(dòng)、錯(cuò)位等問題，而這個(gè)問題因思維定式一般認(rèn)為該設(shè)置點(diǎn)即為原先的設(shè)置點(diǎn)，因此是容易被忽略的，影響后續(xù)測(cè)量精度)；

(2)實(shí)驗(yàn)室中的傳統(tǒng)方法沒有考慮裂隙巖石試樣的微小起伏問題，裂隙張開過程中巖石的受力復(fù)雜，裂隙巖石試樣底部會(huì)產(chǎn)生微小起伏，肉眼極易忽略，這對(duì)于張開度的測(cè)量具有一定的誤差影響；

(3)現(xiàn)有技術(shù)方法中，對(duì)于巖石裂隙張開度的測(cè)量，一直沒有較高精度的方法(如微米級(jí)測(cè)量)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的是提供一種測(cè)量巖石裂隙張開度的方法，實(shí)現(xiàn)更為精確的巖石裂隙張開度測(cè)量，避免了一定的主觀性造成的較大隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差，并考慮了實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)方法中的裂隙巖石試樣的微小起伏問題，得到的微米級(jí)張開度測(cè)量數(shù)據(jù)，極大地提高了巖石裂隙張開度測(cè)量的精準(zhǔn)度。

本發(fā)明的第二目的是提供一種測(cè)量巖石裂隙張開度的方法，基于上述測(cè)量巖石裂隙張開度的方法，指導(dǎo)巖石裂隙張開度的測(cè)量，以更好地研究裂隙巖體穩(wěn)定性，進(jìn)一步為實(shí)際工程做出貢獻(xiàn)，節(jié)省因張開度測(cè)量誤差導(dǎo)致的巖體穩(wěn)定性研究不準(zhǔn)確而進(jìn)行的不必要的過度支護(hù)等成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：以實(shí)驗(yàn)室某巖石的裂隙張開為例，包括裂隙巖石試樣，所述裂隙巖石試樣中部包含裂隙，裂隙上部設(shè)置一個(gè)激光感應(yīng)點(diǎn)，所述裂隙巖石試樣底部設(shè)置傳感光纖，傳感光纖上設(shè)置相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)。在計(jì)算裂隙某點(diǎn)張開度時(shí)，要通過所記錄的激光感應(yīng)點(diǎn)的位移量，以及所設(shè)置的傳感光纖測(cè)點(diǎn)變形量綜合考慮計(jì)算。

一種測(cè)量巖石裂隙張開度的方法，包括以下步驟，

步驟1，采用激光傳感技術(shù)，在巖石裂隙中點(diǎn)上方設(shè)置一激光感應(yīng)點(diǎn)，通過激光儀照射該感應(yīng)點(diǎn)，在裂隙張開過程中，記錄裂隙張開過程中激光感應(yīng)點(diǎn)的位移量，將激光感應(yīng)點(diǎn)的位移量記為a，作為張開度的計(jì)算依據(jù)之一；

步驟2，采用了光纖傳感技術(shù)，將傳感光纖設(shè)置在裂隙巖石試樣底部，在與裂隙中點(diǎn)垂線相交點(diǎn)A處設(shè)置測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)傳感光纖的A點(diǎn)變形量，也即為裂隙中點(diǎn)垂線方向的裂隙巖石試樣底部起伏量，將該起伏量記為b；