一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法及系统与流程

本发明涉及建筑材料，更具体的说是涉及一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法及系统。

背景技术：

1、目前，建筑行业发展迅速，作为基础建筑材料的河砂需求量巨大，但可用河砂资源严重短缺，制约了重大工程建设的推进速度。将隧道开挖产生的大量洞渣用于生产机制骨料成为改善这一现状的有效手段，同时对于建筑领域“双碳”目标的实现具有重大意义。隧道洞渣饱和抗压强度决定了其是否可用，但饱和抗压强度测试方法存在取样困难、制样复杂、预饱水耗时长等问题，且随着开挖深度的不同，隧道洞渣的岩性、力学性能、含水率等都会发生一定程度的变化。

2、超声波在材料探伤及无损检测方面应用广泛，具有频率高(＞20khz)、波长短(＜2cm)的特点，因此对洞渣母岩中微小缺陷(节理)有较高敏感性，且超声波的主要能量集中于纵波，通过建立波速与力学性能的物理关系可以对其性能做出预测，因此可以将超声波作为洞渣母岩性能快速检测的参数。《岩石损伤特性与强度的超声波速研究》、《岩石力学试验中试样选择和抗压强度预测方法研究》等相关研究针对岩石强度和超声波波速建立了关系，但并未建立多料源的岩石性能评价方法，且取芯制样所需的时间较长，无法满足洞渣母岩性能快速检测的需求；《一种深井半井壁回路超声系统及岩体质量评价方法》应用超声波探测装置，分析计算岩体损伤因子和井壁围岩完整性系数，但是忽略了不同岩性声波速率的差异，且未能建立与岩石力学性能的规律；《一种基于波-电协同的岩体宏观力学参数获取方法》根据岩体过程损伤演化分析，并根据岩体的完整性系数反应岩体质量和强度的物理指标，但仍需制备无损岩块，占用工作面时间长，影响隧道建设施工进度。

3、但是，上述的相关标准及研究中对母岩性能的测试存在一定的问题：隧道洞渣母岩岩性复杂，不同岩性母岩性能预测模型间的差异还未探明，使得预测结果与实际情况相差较大的缺陷；现有标准及相关研究中的母岩性能检测均需制备标准试样，检测复杂耗时，无法满足快速检测的需求。

4、因此，如何提升隧道洞渣母岩性能测试的精度及效率，保证隧道洞渣母岩得到及时有效地资源化利用是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法及系统，通过建立不同岩性不同含水情况下的超声波波速-岩石饱和抗压强度关系，可快速准确的预测隧道洞渣母岩性能，解决了现有技术隧道洞渣母岩性能测试精度和效率低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法，包括：

4、确定隧道洞渣母岩岩性；

5、基于不同岩性分别确定测试点位；

6、在所述测试点位进行超声波波速测定，分别得到不同岩性的超声波波速；

7、基于所述不同岩性的超声波波速得到对应的母岩岩性饱和抗压强度预测模型；

8、基于所述饱和抗压强度预测模型得到对应的母岩岩性饱和抗压强度。

9、优选的，所述隧道洞渣母岩岩性至少包括：变质岩、沉积岩和岩浆岩。

10、优选的，基于不同岩性分别确定测试点位，具体包括：

11、采用地质雷达测试不同岩性隧道洞渣母岩的声波速度；

12、在同一岩性的同一工作面中测量多次所述声波速度后取平均值得到均值声波速度；

13、选择均值声波速度下降不超过30％且表面不存在裂缝的测量点作为测试点位。

14、优选的，在所述测试点位进行超声波波速测定，具体包括：同一岩性下每开挖10米测量一次超声波波速，同一开挖平面根据面积选择所述测试点位个数。

15、优选的，基于所述不同岩性的超声波波速得到对应的母岩岩性饱和抗压强度预测模型，具体包括：

16、变质岩饱和抗压强度预测模型ucsb：ucsb＝0.026vb-55.993

17、沉积岩饱和抗压强度预测模型ucsc：

18、岩浆岩饱和抗压强度预测模型ucsy：ucsy＝0.45vy-138.7

19、其中，其中，ucsb、ucsc和ucsy分别表示变质岩、沉积岩和岩浆岩的饱和抗压强度，vb、vc和vy分别表示变质岩、沉积岩和岩浆岩饱水状态下的超声波波速。

20、优选的，所述饱水状态为岩石表面有水渍或积水，此时vb＝vb测，vc＝vc测，vy＝vy测；当岩石表面干燥时，vb＝1.1×vb测，vc＝1.1×vc测，vy＝1.1×vy测，其中，vb测、vc测和vy测分别表示变质岩、沉积岩和岩浆岩中超声波波速实际测量值。

21、优选的，还包括：根据不同岩性饱水状态下的超声波波速筛选符合机制骨料基本力学性能要求的洞渣母岩用于机制骨料制备，筛选标准为：

22、饱水状态下的超声波波速≥2700m/s，饱和抗压强度≥45mpa，用于小于c40低强度混凝土的机制骨料制备；

23、饱水状态下的超声波波速≥4400m/s，饱和抗压强度≥60mpa，用于c40至c60中等强度混凝土的机制骨料制备；

24、饱水状态下的超声波波速≥4800m/s，饱和抗压强度≥80mpa，用于大于c60高强度混凝土的机制骨料制备。

25、一种隧道洞渣母岩力学性能预测系统，包括依次顺序连接的：岩性确定模块、测试点位确定模块、超声波波速测定模块和饱和抗压强度预测模块；

26、所述岩性确定模块用于确定隧道洞渣母岩岩性；

27、所述测试点位确定模块用于基于不同岩性分别确定测试点位；

28、所述超声波波速测定模块用于在所述测试点位进行超声波波速测定，分别得到不同岩性的超声波波速；

29、所述饱和抗压强度预测模块用于基于所述不同岩性的超声波波速得到对应的母岩岩性饱和抗压强度预测模型，并基于所述饱和抗压强度预测模型得到对应的母岩岩性饱和抗压强度。

30、优选的，还包括与所述抗压强度预测模块连接的机制骨料筛选模块，所述机制骨料筛选模块用于根据不同岩性饱水状态下的超声波波速筛选符合机制骨料基本力学性能要求的洞渣母岩用于机制骨料制备。

31、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法及系统，具有以下优点：

32、1、操作简单，无需制备要求严格复杂的标准试样，避免了取芯难的问题，提升了隧道洞渣母岩的性能测试效率。

33、2、通过建立不同岩性不同含水情况下的超声波波速-岩石饱和抗压强度关系，可根据不同岩性快速准确的预测隧道洞渣不同母岩岩性的关键力学性能。

34、3、工程价值大，适用于隧道开挖过程母岩基本力学性能的快速预测，提高了隧道母岩机制骨料生产时效，降低了制造成本。

技术特征：

1.一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法，其特征在于，所述隧道洞渣母岩岩性至少包括：变质岩、沉积岩和岩浆岩。

3.根据权利要求2所述的一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法，其特征在于，基于不同岩性分别确定测试点位，具体包括：

4.根据权利要求3所述的一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法，其特征在于，在所述测试点位进行超声波波速测定，具体包括：同一岩性下每开挖10米测量一次超声波波速，同一开挖平面根据面积选择所述测试点位个数。

5.根据权利要求4所述的一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法，其特征在于，基于所述不同岩性的超声波波速得到对应的母岩岩性饱和抗压强度预测模型，具体包括：

6.根据权利要求5所述的一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法，其特征在于，所述饱水状态为岩石表面有水渍或积水，此时vb＝vb测，vc＝vc测，vy＝vy测；当岩石表面干燥时，vb＝1.1×vb测，vc＝1.1×vc测，vy＝1.1×vy测，其中，vb测、vc测和vy测分别表示变质岩、沉积岩和岩浆岩中超声波波速实际测量值。

7.根据权利要求6所述的一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法，其特征在于，还包括：根据不同岩性饱水状态下的超声波波速筛选符合机制骨料基本力学性能要求的洞渣母岩用于机制骨料制备，筛选标准为：

8.一种隧道洞渣母岩力学性能预测系统，其特征在于，包括依次顺序连接的：岩性确定模块、测试点位确定模块、超声波波速测定模块和饱和抗压强度预测模块；

9.一种隧道洞渣母岩力学性能预测系统，其特征在于，还包括与所述抗压强度预测模块连接的机制骨料筛选模块，所述机制骨料筛选模块用于根据不同岩性饱水状态下的超声波波速筛选符合机制骨料基本力学性能要求的洞渣母岩用于机制骨料制备。

技术总结
本发明公开了一种隧道洞渣母岩力学性能预测方法，包括：确定隧道洞渣母岩岩性；基于不同岩性分别确定测试点位；在测试点位进行超声波波速测定，分别得到不同岩性的超声波波速；基于不同岩性的超声波波速得到对应的母岩岩性饱和抗压强度预测模型；基于饱和抗压强度预测模型得到对应的母岩岩性饱和抗压强度。一种隧道洞渣母岩力学性能预测系统，包括依次顺序连接的：岩性确定模块、测试点位确定模块、超声波波速测定模块和饱和抗压强度预测模块。通过建立不同岩性不同含水情况下的超声波波速‑岩石饱和抗压强度关系，可快速准确的预测隧道洞渣母岩性能，解决了现有技术隧道洞渣母岩性能测试精度和效率低的问题。

技术研发人员：李化建,温家馨,王振,董昊良,谢京谕,黄法礼,易忠来,杨志强
受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16