基於爆破地震波時空衰減規律的巖體力學參數測試方法
2023-06-11 12:47:06 2
專利名稱：基於爆破地震波時空衰減規律的巖體力學參數測試方法
技術領域：
本發明涉及巖體力學參數測試技術，是一種基於爆破地震波時空衰減規律的巖體 力學參數測試方法。
背景技術：
當前我國工程建設發展迅速，越來越多的交通工程、水利水電工程、能源工程、 礦產資源開採工程和國防工程等建造在不良地質條件地區，如我國中長期發展規劃中， 「十三五」之前將開工建設49座大型水電站，2020年全國鐵路運營裡程將增至10萬公裡， 2030年前將建設裡程8. 5萬公裡的高速公路網；在國家新增的4萬億經濟刺激計劃投資 中，有38%投入到鐵路和公路等基礎設施建設，這些即將開展的大規模工程建設將不同程 度地遇到複雜巖體，其工程設計、施工、穩定性評價和地質體加固等都依賴於準確獲得巖體 的力學參數。在節理化巖體工程的穩定性評價中巖體力學參數是難點但又是必須解決的關鍵 問題。目前獲取節理化巖體力學參數的途徑主要有經驗公式、反演分析、室內試驗、現場試 驗和數值分析等方法。經驗公式法考慮影響巖體力學參數的諸多因素，得出比較確切的量化經驗公式， 運用經驗公式確定巖體的力學參數是一種有效的方法。由於影響工程巖體質量的因素具有 多樣性和複雜性，現有的經驗方法存在著較大的局限性，均存在有待完善之處，或者說有其 各自的適用範圍。其對複雜結構巖體的參數估計往往過於保守，且缺乏數值平臺以建立適 合於特殊結構巖體的本構模型和參數，此外經驗方法不能很好地反映巖體各向異性和賦存 應力環境。針對巖體變形的高度非線性和測量數據有限等問題，提出了巖體力學參數的反 演分析法，該方法能夠有效解決測量數據受各種幹擾引起的隨機不定性，但由於很難監測 到施工引起的瞬間卸荷產生的較大變形及如何有效反分析出巖體的結構信息等問題還未 得到很好解決，影響了反演分析法的應用。室內試驗法是指通過室內試驗得到巖塊的力學參數，結合巖體的結構特點進行力 學參數折減，由於折減係數的選取帶有一定的主觀性，使巖體的力學參數與實際難免有一 定的出入，因此重大工程多採用現場試驗確定巖體的力學參數。採用現場試驗方法確定巖 體力學參數能較好地反映巖體的自然特性，無疑比實驗室巖塊試驗合理得多，但原位試驗 通常受到各種條件如周期長、測試成本高等的限制，試驗結果有較大的離散性。據日本學 者OdoMA的研究，當巖體試樣尺寸大於3倍典型節理跡長時，其試驗相對誤差才可以接受， 如果想要得到的力學參數能夠反映尺寸較大的結構面，採用加載方式的現場試驗幾乎是不 可能得到的。如果採用數值計算的方式獲取巖體力學參數，存在一個重要的問題就是如何 準確有效確定巖體結構參數，特別是巖體內部結構面的幾何和力學參數，目前該問題還未 得到很好的解決，影響了計算結果的可信度。MUller認為完全不依靠現場試驗，就目前而 言，要描述巖體性質是不可能的，只有通過現場試驗結果才可能正確判斷巖體強度和變形 性質，但傳統的現場測試法很難進行大體積的巖樣測試，而巖體的動態測試方法可以進行大體積的測試，可以很好解決這一問題。
發明內容
本發明的目的是克服現有巖體力學參數測試方法缺陷而提供一種基於爆破地震 波時空衰減規律的巖體力學參數測試方法。本發明技術方案一種基於爆破地震波時空衰減規律的巖體力學參數測試方法， 包括數據測試和測試數據處理，數據測試的步驟如下第一步測試試驗區域巖塊的力學參數及物理參數，需要測試的參數有彈性模量、 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，採用常規方法測試巖塊的密度；第二步測試巖塊的粘性係數，在試驗區域選擇巖性有代表性和表面平整的區域， 在地表布置三分量加速度傳感器，用石膏粉將傳感器粘結在試驗區域的表面，在試驗區域 施加一個衝擊載荷，用採集儀記錄測點的振動波形；第三步測試試驗區域的巖體力學參數，在測試區域內的中心位置打一鑽孔，孔徑 為40 80mm，孔深由試驗要求控制，一般為5 80m，地表布置傳感器，用採集儀記錄測點 振動波形；測試數據處理為地震波在巖體中傳播過程中，空間各點的峰值隨傳播距離增加而衰減，用底數為e 的負指數擬合地震波峰值與傳播距離的關係，得到地震波的衰減係數；空間每一點的振幅 隨時間增加而衰減，用底數為e的負指數擬合測點的振幅與振動時間的關係，得到地震波 的衰減速率，測試數據處理步驟如下第一步計算巖石的粘性係數，(1)採用快速傅立葉變換進行頻譜分析，找出P波 的第1特徵頻率；(2)根據第1特徵頻率的有效帶寬進行帶通濾波，得到第1特徵頻率對應 的特徵波形；C3)用負指數擬合求出特徵波形的衰減速率；(4)把巖石抽象為粘彈性體，運 用波動方程和複數理論建立地震波的衰減速率與粘性係數的關係式1，把測點的衰減速率、 第1特徵頻率、巖塊的彈性模量和泊松比代入關係式1，計算得到巖塊的粘性係數，其中衰 減速率和第1特徵頻率由測點波形直接求得，巖塊的彈性模量和泊松比由室內實驗測試得 到，關係式權利要求
1. 一種基於爆破地震波時空衰減規律的巖體力學參數測試方法，包括數據測試和測試 數據處理，數據測試的步驟如下第一步測試試驗區域巖塊的力學參數及物理參數，需要測試的參數有彈性模量、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，採用常規方法測試巖塊的密度；第二步測試巖塊的粘性係數，在試驗區域選擇巖性有代表性和表面平整的區域，在地 表布置三分量加速度傳感器，用石膏粉將傳感器粘結在試驗區域的表面，在試驗區域施加 一個衝擊載荷，用採集儀記錄測點的振動波形；第三步測試試驗區域的巖體力學參數，在測試區域內的中心位置打一鑽孔，孔徑為 40 80mm，孔深由試驗要求控制，一般為5 80m，地表布置傳感器，用採集儀記錄測點振動 波形；測試數據處理為地震波在巖體中傳播過程中，空間各點的峰值隨傳播距離增加而衰減，用底數為e的 負指數擬合地震波峰值與傳播距離的關係，得到地震波的衰減係數；空間每一點的振幅隨 時間增加而衰減，用底數為e的負指數擬合測點的振幅與振動時間的關係，得到地震波的 衰減速率，測試數據處理步驟如下第一步計算巖石的粘性係數，(1)採用快速傅立葉變換進行頻譜分析，找出P波的第1 特徵頻率；(2)根據第1特徵頻率的有效帶寬進行帶通濾波，得到第1特徵頻率對應的特徵 波形；C3)用負指數擬合求出特徵波形的衰減速率；(4)把巖石抽象為粘彈性體，運用波動 方程和複數理論建立地震波的衰減速率與粘性係數的關係式1，把測點的衰減速率、第1特 徵頻率、巖塊的彈性模量和泊松比代入關係式1，計算得到巖塊的粘性係數，其中衰減速 率和第1特徵頻率由測點波形直接求得，巖塊的彈性模量和泊松比由室內實驗測試得到， 關係式全文摘要
本發明涉及巖體力學參數測試技術，是一種基於爆破地震波時空衰減規律的巖體力學參數測試方法。本發明包括數據測試和測試數據處理，經過相應測試和計算就能夠得到巖體的幾何和力學參數，主要有巖塊的粘性係數、巖體的等效彈性模量、結構面的方位角、結構面剛度、結構面厚度及其彈性模量，為邊坡穩定性分析給出巖體相關參數。
文檔編號G01N29/11GK102141545SQ20101056487
公開日2011年8月3日 申請日期2010年11月27日 優先權日2010年11月27日
發明者王觀石, 胡世麗 申請人:江西理工大學