一种柱状节理岩体单向微震监测传感器布置方向确定方法
【专利摘要】本发明公开了一种柱状节理岩体单向微震监测传感器布置方向确定方法，本发明的技术方案是：针对横观各向同性的柱状节理岩体，为了单向微震监测传感器能更准确采集到柱状节理破裂时产生的微震动信号，本发明通过声波测试技术分别获取声波在平行和垂直柱状节理岩体柱体轴线方向的波速，将单向微震监测传感器与声波波速大的方向呈一致布置，从而有利于单向微震监测传感器对柱状节理破裂时产生的微震动信号进行采集，提高了柱状节理岩体稳定性微震实时监测预警效果，适用于柱状节理岩体微震监测。
【专利说明】一种柱状节理岩体单向微震监测传感器布置方向确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩体微震监测技术，更具体涉及一种柱状节理岩体单向微震监测传感器布置方向确定方法，适用于柱状节理岩体微震监测。
【背景技术】
[0002]柱状节理构造是常见于火山熔岩中的一种呈规则或不规则柱状形态的原生张性破裂构造，多见于玄武岩中，在我国一些水电站(白鹤滩、溪洛渡、铜街子)均有揭露。柱状节理岩体节理极为发育，属于完整性较差岩体，在工程开挖过程中自稳能力较差，易发生破坏，对施工人员和工程进度均存在较大安全危害。以白鹤滩水电站为例，在已开挖的导流洞中已出现多次柱状节理岩体掉块、垮塌和岩爆现象，严重了影响施工人员安全及工程进度。
[0003]柱状节理岩体通常可看作横观各向同性体，岩体在垂直于其柱体平面内各向同性，而其他方向为各向异性。柱状节理岩体主要发育平行于其柱体的纵向节理和垂直于其柱体的横向节理，且两组节理的物理力学性质存在较大差别，造成柱状节理破裂时产生的震动波在垂直于柱体轴线方向和平行于柱体轴线方向的传播特征也明显不同。在利用单向微震监测传感器对柱状节理岩体破裂信号进行采集时，由于单向微震监测传感器具有明显的方向性，单向微震监测传感器的布置方向对柱状节理岩体破裂产生的震动信号的采集能力具有重要影响。当震动波的振动方向与单向微震传感器轴线方向一致时，单向微震监测传感器能较好采集到震动波形，否则采集到的就是振动分量。因此，在柱状节理岩体中进行微震监测时，恰当的单向微震监测传感器布置方向能更好的接收柱状节理岩体破裂时产生的振动信号，提高柱状节理岩体稳定性微震实时监测预警效果，保证施工人员安全及施工进度。目前，该方面的研究尚未见相关文献报道。
【发明内容】
[0004]针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种柱状节理岩体单向微震监测传感器布置方向确定方法，针对柱状节理岩体横观各向同性特征，通过合理布置单向微震传感器方向，使单向微震监测传感器有利于采集柱状节理岩体破裂产生的微震动信号，从而提高柱状节理岩体稳定性微震实时监测预警效果，保证施工人员安全及施工进度。
[0005]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种柱状节理岩体单向微震监测传感器布置方向确定方法，所述方法包括以下步骤:
a在确定的微震监测位置附近测量柱状节理岩体柱体轴线的产状，向柱状节理岩体内钻设第一声波测试孔和第二声波测试孔，第一声波测试孔产状与柱状节理岩体柱体轴线产状平行，第二声波测试孔产状与柱状节理岩体柱体轴线产状垂直。
[0006]b将声波检测换能器分别推入第一声波测试孔和第二声波测试孔孔底，按20cm间隔由孔底向孔口平移逐点进行声波测试，获取第一声波测试孔和第二声波测试孔不同深度处声波波速。分别对第一声波测试孔和第二声波测试孔声波波速稳定后的所有测试点波速值进行平均，取平均值作为该测试孔声波波速。[0007]c对比所测得的第一声波测试孔和第二声波测试孔声波波速大小，确定微震监测孔的产状，微震监测孔的产状与声波波速大的声波测试孔产状一致。
[0008]d按照确定的产状向柱状节理岩体中钻设微震监测孔，用安装杆将单向微震监测传感器沿微震监测孔平推至预安装位置，固定单向微震监测传感器。
[0009]所述的第一声波测试孔和第二声波测试孔孔底所处的位置均超过围岩松弛深度。
[0010]所述的第一声波测试孔和第二声波测试孔声波波速指的是柱状节理岩体原岩声波波速。
[0011]本发明的有益效果是:针对横观各向同性的柱状节理岩体，为了单向微震监测传感器能更准确采集到柱状节理破裂时产生的微震动信号，本发明通过声波测试技术分别获取声波在平行和垂直柱状节理岩体柱体轴线方向的波速，将单向微震监测传感器与声波波速大的方向呈一致布置，从而有利于单向微震监测传感器对柱状节理破裂时产生的微震动信号进行采集，提高了柱状节理岩体稳定性微震实时监测预警效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为柱状节理岩体隧道及声波测试孔示意图
图2为平行于柱状节理岩体柱体轴向方向测试孔声波波速测试结果 图3为垂直于柱状节理岩体柱体轴向方向测试孔声波波速测试结果 图4为柱状节理岩体隧道单向微震监测传感器布置示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
[0014]见附图。
[0015]一种柱状节理岩体单向微震监测传感器布置方向确定方法，所述方法包括以下步骤:
a在确定的微震监测位置I附近利用地质罗盘测量柱状节理岩体2柱体的轴线产状，采用钻机向柱状节理岩体2内钻设第一声波测试孔301和第二声波测试孔302。第一测声波测试孔301产状与柱状节理岩体2柱体轴线产状平行，第二声波测试孔302产状与柱状节理岩体2柱体轴线产状垂直。第一声波测试孔301和第二声波测试孔302孔底所处的位置均超过围岩松弛深度，保证声波测试能获取柱状节理岩体2不同方向原岩声波波速。
[0016]b将声波检测换能器分别推入第一声波测试孔301和第二声波测试孔302孔底，按20cm间隔由孔底向孔口平移逐点进行声波测试，获取第一声波测试孔301和第二声波测试孔302不同深度处声波波速随孔深变化曲线。分别对第一声波测试孔301和第二声波测试孔302声波波速稳定后的所有测试点波速值进行平均，取平均值作为该测试孔声波波速。
[0017]C对比所测得的第一声波测试孔301和第二声波测试孔302声波波速大小，确定微震监测孔5的产状，当第一声波测试孔301声波波速大于第二声波测试孔302声波波速时，微震监测孔5的产状与第一声波测试孔301产状一致。否则，微震监测孔5的产状与第二声波测试孔302产状一致。
[0018]d采用钻机按照确定的产状向柱状节理岩体2中钻设微震监测孔5，微震监测孔5深度超过单向微震监测传感器4预埋设位置20cm，防止孔内掉渣堆在微震监测孔5底部堵塞单向微震监测传感器4安装的空间。保证微震监测孔5质量，无明显歪扭现象。用安装杆将单向微震监测传感器4沿微震监测孔5平推至预安装位置，保证单向微震监测传感器4轴线方向与微震监测孔5平行。向微震监测孔5内进行灌浆，使浆液充满微震监测孔5，浆液凝固后单向微震监测传感器4便与柱状节理岩体2固定耦合。
[0019]具体实施例:
某柱状节理岩体隧道开挖，柱状节理柱体呈六边形，柱体单边长约为0.1m,高约为
0.5^0.Sm,围岩松弛深度在5m范围内。使用单向微震监测传感器对隧道开挖进行稳定性实时监测，单向微震监测传感器布置方向确定方法详细描述如下。
[0020]a在确定的微震监测位置I (隧道)附近利用地质罗盘测量柱状节理岩体2柱体的轴线产状，产状为36° Z 50°，采用钻机从柱状节理岩体隧道I边墙上向柱状节理岩体2内钻设两个直径为76mm的第一声波测试孔301和第二声波测试孔302。第一声波测试孔301产状为36° Z 50°，与柱状节理岩体2柱体轴线产状平行，第二声波测试孔302产状为216° Z 40° ,与柱状节理岩体2柱体轴线产状垂直。第一声波测试孔301和第二声波测试孔302深度均为20m，孔底所处的位置超过围岩松弛深度，保证声波测试能获取柱状节理岩体2不同方向原岩声波波速。
[0021]b采用 RSM-SY5智能声波仪对第一声波测试孔301和第二声波测试孔302进行声波测试，将RSM-SY5智能声波仪的声波检测换能器分别推入第一声波测试孔301和第二声波测试孔302孔底，按20cm间隔由孔底向孔口平移逐点进行声波测试，获取第一声波测试孔301和第二声波测试孔302不同深度处声波波速随孔深变化曲线，如图2和图3所示。第一声波测试孔301孔深达到4.3m后声波波速稳定在4800m/s左右，对第一声波测试孔301孔深不小于4.3m的所有测试点波速值进行平均，获取平均值为4838.4m/s,作为第一声波测试孔301声波波速(见附图2)。第二声波测试孔302孔深达到4m后声波波速稳定在5400m/s左右，对第二声波测试孔302孔深不小于4m的所有测试点波速值进行平均，获取平均值为5381.5m/s，作为第二声波测试孔302声波波速(见附图3)。
[0022]c对比所测得的第一声波测试孔301和第二声波测试孔302声波波速大小，由声波测试结果可知第二声波测试孔302声波波速大于第一声波测试孔301声波波速，柱状节理岩体2破裂时产生的振动波在第二声波测试孔302方向传播存在优势，因此，在第二声波测试孔302方向利于单向微震监测传感器4采集信号，微震监测孔5的产状与第二声波测试孔302产状一致。
[0023]d采用钻机按照与第二声波测试孔302产状一致的方向钻设微震监测孔5，如图4所示。微震监测孔5深度超过单向微震监测传感器4预埋设位置20cm，防止孔内掉渣堆在微震监测孔5底部堵塞单向微震监测传感器4安装的空间。微震监测孔5无明显歪扭现象，质量好。用安装杆将单向微震监测传感器4沿微震监测孔5平推至预安装位置，保证单向微震监测传感器4轴线方向与微震监测孔5平行。向微震监测孔5内进行灌浆，使浆液充满微震监测孔5，浆液凝固后单向微震监测传感器4便与柱状节理岩体2固定耦合。
[0024]柱状节理岩体2破裂时产生的振动波在第二声波测试孔302方向传播存在优势，单向微震监测传感器4与第二声波测试孔302方向一致布置后，有利于对柱状节理岩体2破裂时产生的微震动信号进行采集，从而提高柱状节理岩体稳定性微震实时监测预警效果O[0025]以上实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，本发明的技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
【权利要求】
1.一种柱状节理岩体单向微震监测传感器布置方向确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤进行: a在确定的微震监测位置(I)附近测量柱状节理岩体(2)柱体轴线的产状，向柱状节理岩体(2)内钻设第一声波测试孔(301)和第二声波测试孔(302),第一声波测试孔(301)产状与柱状节理岩体(2 )柱体轴线产状平行，第二声波测试孔(302 )产状与柱状节理岩体(2 )柱体轴线产状垂直； b将声波检测换能器分别推入第一声波测试孔(301)和第二声波测试孔(302)孔底，按20cm间隔由孔底向孔口平移逐点进行声波测试，获取第一声波测试孔(301)和第二声波测试孔(302)不同深度处声波波速；分别对第一声波测试孔(301)和第二声波测试孔(302)声波波速稳定后的所有测试点波速值进行平均，取平均值作为该测试孔声波波速； c对比所测得的第一声波测试孔(301)和第二声波测试孔(302)声波波速大小，确定微震监测孔(5)的产状，微震监测孔(5)的产状与声波波速大的声波测试孔产状一致； d按照确定的产状向柱状节理岩体(2)中钻设微震监测孔(5)，用安装杆将单向微震监测传感器(4)沿微震监测孔(5)平推至预安装位置，固定单向微震监测传感器(4)。
2.如权利要求1所述的一种柱状节理岩体单向微震监测传感器布置方向确定方法，其特征在于:所述的第一声波测试孔(301)和第二声波测试孔(302)孔底所处的位置均超过围岩松弛深度。
【文档编号】G01V1/20GK103698805SQ201310742850
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】冯夏庭, 丰光亮, 肖亚勋, 李邵军, 江权, 段淑倩 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所