[發明專利]基于同源雙波的深地條件下巖體力學參數演變實時成像方法

在審

• 申請號: 202211343899.8
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115508447A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 劉建鋒;李化;黃超;張志明;黃浩勇;吳建發;湯大明;呂城;梁超;趙呈星;李建國;于新凱
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/06;G01N29/07;G01N29/44
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 李蜜

本發明公開了一種基于同源雙波的深地條件下巖體力學參數演變實時成像方法，在給定深地條件下，由安裝于測試巖體上的激發傳感器發送激發信號，然后由安裝于測試巖體上的接收傳感器接收信號；針對任一激發傳感器，獲取每組接收傳感器中縱波接收傳感器接收的縱波波速，以及橫波接收傳感器接收的橫波波速；依據縱向波速和橫波波速計算得到每組接收傳感器相應的力學參數；并將其作為測試巖體上激發傳感器到每組接收傳感器之間力學參數分布，進而得到巖體力學參數演變圖像，為深地條件下巖體力學性能分析提供有效數據支持；且得到的力學參數演變圖像直觀，能夠發反映實際分布與變化狀態。

技術領域

本申請屬于深地工程技術領域，涉及深地環境下巖體力學參數演變，尤其涉及基于同源雙波的深地條件下巖體力學參數演變實時成像方法。

背景技術

巖體在外部因素影響下，其內部狀態會發生改變，并引起反映巖體力學性能的相關參數變化，比如彈性模量和泊松比等變化。由于巖體是天然地質材料，其內部具有非均質性和各向異性，這必然會導致因巖體內部結構狀態改變而引起相關參數分布的不同。對于深部地下工程中的巖體，不僅受深部賦存的溫度場、應力場、滲流場等耦合影響，還會因為工程建設擾動引起的荷載條件及變形等變化，而導致巖體內部的結構狀態發生改變及發生劣化，最終對工程建設和運營的穩定性及安全性造成不利影響。因此，掌握深地巖體在賦存條件及擾動等綜合因素影響下的狀態特征，并建立不同類型參數之間的相關關系，對研究深地工程巖體的穩定性和制定相關措施，具有重要意義和價值。

室內測試巖體內部狀態有多種技術手段，諸如工業CT掃描、核磁共振掃描、聲發射監測、彈性波測試等等。通過成像方式，把巖體內部相關參數的變化和分布狀態直觀展示出來，這也當前研究的難題。在巖石內部狀態成像方面，目前應用的有CT掃描、核磁共振掃描。CT掃描是基于X射線透射原理進行成像，雖然該方法可以觀測到巖石內部的結構狀態，但完成一次掃描通常需要2個小時以上，而巖石的單次力學測試過程通常在10分鐘左右，顯然該方法不能滿足實時成像對掃描速率和精度的要求，并且該方法目前還無法實現深地復雜耦合條件下的綜合測試。核磁共振掃描是基于被測試的巖石可以用水或油進行飽和，進而對其中的氫原子分布進行測試，并基于此進行巖石內部結構狀態成像，該技術不僅要求被測物體中不能有金屬礦物，而且仍未能實現深地復雜耦合條件下的綜合測試。無論是CT掃描，還是核磁共振掃描，均無法將測試結果建立與相關力學參數的相關性。

然而，彈性波波速隨巖體狀態的改變實時變化，故可以基于室內實時測試，將彈性波的縱波和橫波作為搭建反映巖體相關參數的紐帶，實現對巖體相關狀態的實時成像，但在室內試驗測試及分析方面仍存在諸多問題：(1)對巖石狀態的分析僅僅是基于壓縮波，未能有效考慮融合剪切波測試；(2)未用實現用同源激發獲得不同類型波的同步信號；(3)未能實現對巖體力學參數演變過程的成像；(4)分析測試條件未能考慮深地復雜耦合因素；(5)展示的結果不直觀，無法體現真實分布和變化狀態。

發明內容

本發明目的旨在針對現有技術中存在的上述技術問題，提供一種基于同源雙波的深地條件下巖體力學參數演變實時成像方法，實現對巖體力學參數演變過程的實時成像。

為達到上述目的，本發明采取以下方法方案來實現。

本發明提供的基于同源雙波的深地條件下巖體力學參數演變實時成像方法，其包括以下步驟：

S1在給定深地條件下，由安裝于測試巖體上的激發傳感器發送激發信號，然后由安裝于測試巖體上的接收傳感器接收信號；安裝于測試巖體上的激發傳感器數量為兩個以上，安裝于測試巖體上的接收傳感器數量為兩個以上，所述接收傳感器類型包括縱波(P波)傳感器和橫波(S波)傳感器，不同類型的接收傳感器交錯布置，相鄰的縱波接收傳感器和橫波接收傳感器組成一個接收傳感器組；

S2針對任一激發傳感器，獲取每組接收傳感器中縱波接收傳感器接收的縱波波速V_p，以及橫波接收傳感器接收的橫波波速V_S；