专利名称：基于爆破地震波时空衰减规律的岩体力学参数测试方法
技术领域：
本发明涉及岩体力学参数测试技术，是一种基于爆破地震波时空衰减规律的岩体 力学参数测试方法。
背景技术：
当前我国工程建设发展迅速，越来越多的交通工程、水利水电工程、能源工程、 矿产资源开采工程和国防工程等建造在不良地质条件地区，如我国中长期发展规划中， “十三五”之前将开工建设49座大型水电站，2020年全国铁路运营里程将增至10万公里， 2030年前将建设里程8. 5万公里的高速公路网；在国家新增的4万亿经济刺激计划投资 中，有38%投入到铁路和公路等基础设施建设，这些即将开展的大规模工程建设将不同程 度地遇到复杂岩体，其工程设计、施工、稳定性评价和地质体加固等都依赖于准确获得岩体 的力学参数。在节理化岩体工程的稳定性评价中岩体力学参数是难点但又是必须解决的关键 问题。目前获取节理化岩体力学参数的途径主要有经验公式、反演分析、室内试验、现场试 验和数值分析等方法。经验公式法考虑影响岩体力学参数的诸多因素，得出比较确切的量化经验公式， 运用经验公式确定岩体的力学参数是一种有效的方法。由于影响工程岩体质量的因素具有 多样性和复杂性，现有的经验方法存在着较大的局限性，均存在有待完善之处，或者说有其 各自的适用范围。其对复杂结构岩体的参数估计往往过于保守，且缺乏数值平台以建立适 合于特殊结构岩体的本构模型和参数，此外经验方法不能很好地反映岩体各向异性和赋存 应力环境。针对岩体变形的高度非线性和测量数据有限等问题，提出了岩体力学参数的反 演分析法，该方法能够有效解决测量数据受各种干扰引起的随机不定性，但由于很难监测 到施工引起的瞬间卸荷产生的较大变形及如何有效反分析出岩体的结构信息等问题还未 得到很好解决，影响了反演分析法的应用。室内试验法是指通过室内试验得到岩块的力学参数，结合岩体的结构特点进行力 学参数折减，由于折减系数的选取带有一定的主观性，使岩体的力学参数与实际难免有一 定的出入，因此重大工程多采用现场试验确定岩体的力学参数。采用现场试验方法确定岩 体力学参数能较好地反映岩体的自然特性，无疑比实验室岩块试验合理得多，但原位试验 通常受到各种条件如周期长、测试成本高等的限制，试验结果有较大的离散性。据日本学 者OdoMA的研究，当岩体试样尺寸大于3倍典型节理迹长时，其试验相对误差才可以接受， 如果想要得到的力学参数能够反映尺寸较大的结构面，采用加载方式的现场试验几乎是不 可能得到的。如果采用数值计算的方式获取岩体力学参数，存在一个重要的问题就是如何 准确有效确定岩体结构参数，特别是岩体内部结构面的几何和力学参数，目前该问题还未 得到很好的解决，影响了计算结果的可信度。MUller认为完全不依靠现场试验，就目前而 言，要描述岩体性质是不可能的，只有通过现场试验结果才可能正确判断岩体强度和变形 性质，但传统的现场测试法很难进行大体积的岩样测试，而岩体的动态测试方法可以进行大体积的测试，可以很好解决这一问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有岩体力学参数测试方法缺陷而提供一种基于爆破地震 波时空衰减规律的岩体力学参数测试方法。本发明技术方案一种基于爆破地震波时空衰减规律的岩体力学参数测试方法， 包括数据测试和测试数据处理，数据测试的步骤如下第一步测试试验区域岩块的力学参数及物理参数，需要测试的参数有弹性模量、 泊松比和密度，在试验区域选择有代表性的岩块，加工成标准岩样，用岩石试验机测试岩石 的力学参数，采用常规方法测试岩块的密度；第二步测试岩块的粘性系数，在试验区域选择岩性有代表性和表面平整的区域， 在地表布置三分量加速度传感器，用石膏粉将传感器粘结在试验区域的表面，在试验区域 施加一个冲击载荷，用采集仪记录测点的振动波形；第三步测试试验区域的岩体力学参数，在测试区域内的中心位置打一钻孔，孔径 为40 80mm，孔深由试验要求控制，一般为5 80m，地表布置传感器，用采集仪记录测点 振动波形；测试数据处理为地震波在岩体中传播过程中，空间各点的峰值随传播距离增加而衰减，用底数为e 的负指数拟合地震波峰值与传播距离的关系，得到地震波的衰减系数；空间每一点的振幅 随时间增加而衰减，用底数为e的负指数拟合测点的振幅与振动时间的关系，得到地震波 的衰减速率，测试数据处理步骤如下第一步计算岩石的粘性系数，(1)采用快速傅里叶变换进行频谱分析，找出P波 的第1特征频率；(2)根据第1特征频率的有效带宽进行带通滤波，得到第1特征频率对应 的特征波形；C3)用负指数拟合求出特征波形的衰减速率；(4)把岩石抽象为粘弹性体，运 用波动方程和复数理论建立地震波的衰减速率与粘性系数的关系式1，把测点的衰减速率、 第1特征频率、岩块的弹性模量和泊松比代入关系式1，计算得到岩块的粘性系数，其中衰 减速率和第1特征频率由测点波形直接求得，岩块的弹性模量和泊松比由室内实验测试得 到，关系式权利要求
1. 一种基于爆破地震波时空衰减规律的岩体力学参数测试方法，包括数据测试和测试 数据处理，数据测试的步骤如下第一步测试试验区域岩块的力学参数及物理参数，需要测试的参数有弹性模量、泊松 比和密度，在试验区域选择有代表性的岩块，加工成标准岩样，用岩石试验机测试岩石的力 学参数，采用常规方法测试岩块的密度；第二步测试岩块的粘性系数，在试验区域选择岩性有代表性和表面平整的区域，在地 表布置三分量加速度传感器，用石膏粉将传感器粘结在试验区域的表面，在试验区域施加 一个冲击载荷，用采集仪记录测点的振动波形；第三步测试试验区域的岩体力学参数，在测试区域内的中心位置打一钻孔，孔径为 40 80mm，孔深由试验要求控制，一般为5 80m，地表布置传感器，用采集仪记录测点振动 波形；测试数据处理为地震波在岩体中传播过程中，空间各点的峰值随传播距离增加而衰减，用底数为e的 负指数拟合地震波峰值与传播距离的关系，得到地震波的衰减系数；空间每一点的振幅随 时间增加而衰减，用底数为e的负指数拟合测点的振幅与振动时间的关系，得到地震波的 衰减速率，测试数据处理步骤如下第一步计算岩石的粘性系数，(1)采用快速傅里叶变换进行频谱分析，找出P波的第1 特征频率；(2)根据第1特征频率的有效带宽进行带通滤波，得到第1特征频率对应的特征 波形；C3)用负指数拟合求出特征波形的衰减速率；(4)把岩石抽象为粘弹性体，运用波动 方程和复数理论建立地震波的衰减速率与粘性系数的关系式1，把测点的衰减速率、第1特 征频率、岩块的弹性模量和泊松比代入关系式1，计算得到岩块的粘性系数，其中衰减速 率和第1特征频率由测点波形直接求得，岩块的弹性模量和泊松比由室内实验测试得到， 关系式全文摘要
本发明涉及岩体力学参数测试技术，是一种基于爆破地震波时空衰减规律的岩体力学参数测试方法。本发明包括数据测试和测试数据处理，经过相应测试和计算就能够得到岩体的几何和力学参数，主要有岩块的粘性系数、岩体的等效弹性模量、结构面的方位角、结构面刚度、结构面厚度及其弹性模量，为边坡稳定性分析给出岩体相关参数。
文档编号G01N29/11GK102141545SQ20101056487
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月27日 优先权日2010年11月27日
发明者王观石, 胡世丽 申请人:江西理工大学