一种测定区域岩体等效波速的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于岩土工程领域，特别涉及一种测定区域岩体等效波速的方法。
【背景技术】
[0002] 岩土工程中，岩体波速是岩体质量和稳定评价的重要指标之一。岩体波速能够反 映岩体完整性，岩体内部裂隙越少、完整性越好，岩体波速越大，岩体质量越高；相反，岩体 波速低则说明岩体质量相对较差。根据公式E= p C2(其中C为岩体波速，E为弹性模量， P为岩体密度）可知，岩体波速大小还能反映岩体弹性模量的大小。因此，在工程施工过程 中，岩体波速的测定是岩体质量检测的重要方式。一般地，将能够反映整个区域岩体的岩体 完整性、裂隙发育程度等平均性质的波速称为等效波速。
[0003] 现有的岩体波速测定采用的是传统的单孔声波测试法，如图3所示，把一只声发 射换能器和两只接收换能器安装在同一钻孔中，根据两只接收换能器的间距和声波初至时 间差，即可计算出接收换能器所在位置的岩体的波速。该方法是一种二维方法，通常选取 重要的断面位置钻取声波测试钻孔，通过该方法获得的岩体波速虽然可反映岩体质量的变 化特征，但该方法测定的波速仅为某一直线或者某一断面在一定深度处的波速特征，无法 准确反映一定区域内岩体的整体质量。目前工程实践中急需开发出测定岩体等效波速的方 法，以更准确地反映一定区域岩体的整体质量，有助于在工程实践中对岩体性质进行更精 确的整体评估。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测定区域岩体等效波速的方 法，以便于在工程实践中对岩体性质进行更精确的整体评估。
[0005] 本发明所述方法采用爆破实验产生的弹性波的来代替岩体微震产生的弹性波，采 用微震定位算法计算爆破实验的震源位置。
[0006] 本发明所述测定区域岩体等效波速的方法，步骤如下：
[0007] (1)在待测岩体区域安装至少5个传感器，各传感器形成空间网状结构分布并将 待测岩体区域覆盖，在待测岩体区域设置至少6个爆破孔；以某一个传感器的位置为坐标 原点建立三维直角坐标系，测量各传感器和各爆破孔孔底中心处的三维坐标，将第i个传 感器的三维坐标记作（X i, Yi, Zi)，第j个爆破孔孔底中心处的三维坐标记作（Xj, y』，Zj);
[0008] (2)在每个爆破孔的孔底安装炸药，于不同时间点分别在各爆破孔中进行一次爆 破试验，通过传感器记录各次爆破试验产生的弹性波波形信息，并从采集到的波形信息中 读取各传感器接收到弹性波的起跳时刻；
[0009] (3)根据地质勘探资料或者单孔声波测试法初步确定待测岩体区域的波速范围为 Vi~V km/s，在Vi~V k范围取k个不同的波速V V2,…，vk，相邻波速之间的波速差不超过 50m/s ；
[0010] (4)①设待测岩体区域的波速为V1，采用微震定位算法计算在第j个爆破孔中进 行爆破实验时震源的计算位置（Xp yp b)，以第j个爆破孔孔底的中心处作为在该爆破孔 中进行爆破实验时震源的真实位置，根据式（1)计算在第j个爆破孔中进行爆破实验时，震 源的计算位置O^yjlJ jl)与其真实位置（Xj，yj，Zj)之间的距离I jl,
[0011]
【主权项】
1. 一种测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于步骤如下： (1) 在待测岩体区域安装至少5个传感器，各传感器形成空间网状结构分布并将待测 岩体区域覆盖，在待测岩体区域设置至少6个爆破孔；以某一个传感器的位置为坐标原点 建立三维直角坐标系，测量各传感器和各爆破孔孔底中心处的三维坐标，将第i个传感器 的三维坐标记作（X i, Yi, Zi)，第j个爆破孔孔底中心处的三维坐标记作（Xj, y』，Zj); (2) 在每个爆破孔的孔底安装炸药，于不同时间点分别在各爆破孔中进行一次爆破试 验，通过传感器记录各次爆破试验产生的弹性波波形信息，并从采集到的波形信息中读取 各传感器接收到弹性波的起跳时刻； (3) 根据地质勘探资料或者单孔声波测试法初步确定待测岩体区域的波速范围为Vl~ vkm/s，在V1- V k范围取k个不同的波速V ^ v2,…，vk，相邻波速之间的波速差不超过50m/ s ； (4) ①设待测岩体区域的波速为V1，采用微震定位算法计算在第j个爆破孔中进行爆 破实验时震源的计算位置（ Xjl，yjl，Zjl)，以第j个爆破孔孔底的中心处作为在该爆破孔中进 行爆破实验时震源的真实位置，根据式（1)计算在第j个爆破孔中进行爆破实验时，震源的 计算位置（XjpyjuZj 1)与其真实位置（Xj，yj, Zj)之间的距离Ij1,
式（1)中，j为1~m之间的正整数，m为爆破孔的数量，j取遍1~m之间的正整数 即可得到在每一个爆破孔中进行爆破实验时，各震源的计算位置与其真实位置之间的距离 I11, €21，…，€ml，然后根据式⑵计算在各个爆破孔中进行爆破实验时，各个震源的计算 位置与其真实位置之间的平均距离I，
② 分别设待测岩体区域的波速为v2, V3，…，vk，重复步骤⑴的操作，得到当待测岩体区 域的波速为v2, V3，…，vk、在各个爆破孔中进行爆破实验时，各个震源的计算位置与其真实 位置之间的平均距离ξ 2, ξ3，…，Ik; ③ 根据式（3)得到I1, ξ2，…，Ik中的最小值ξ 0， ξ a = min{ ξ !，ξ a, ···, ξ J (3) ξ e对应的波速即为待测岩体区域的等效波速。
2. 根据权利要求1所述测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于爆破孔设置在待测 岩体区域的不同高程和不同断面并且爆破孔位于各传感器形成的空间网状结构内。
3. 根据权利要求1或2所述测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于传感器的布置 应避免任意三个传感器位于同一直线且避免任意四个传感器位于同一平面。
4. 根据权利要求1或2所述测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于V V i之间 波速差为1000~1500m/s。
5. 根据权利要求3所述测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于V k与V 间波速 差为 1000 ~1500m/s。
6. 根据权利要求1或2所述测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于爆破孔的深度 为1. 5~2. 5m，孔径为30~40mm。
7. 根据权利要求3所述测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于爆破孔的深度为 1. 5~2. 5m，孔径为30~40mm。
8. 根据权利要求4所述测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于爆破孔的深度为 1. 5~2. 5m，孔径为30~40mm。
9. 根据权利要求6所述测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于在每个爆破孔中炸 药的用量为150~250g，安装炸药后将爆破孔的孔口用松散的土粒封堵，所述炸药为乳化 炸药。
10. 根据权利要求8所述测定区域岩体等效波速的方法，其特征在于在每个爆破孔中 炸药的用量为150~250g，安装炸药后将爆破孔的孔口用松散的土粒封堵，所述炸药为乳 化炸药。
【专利摘要】本发明属于岩土工程领域，提供了一种测定区域岩体等效波速的方法，该方法的步骤如下：(1)在待测岩体区域安装传感器、设置爆破孔，测量并记录各传感器和各爆破孔孔底中心处的三维坐标；(2)在爆破孔的孔底安装炸药，于不同时间点在每个爆破孔中进行一次爆破实验；(3)根据地质勘探资料或者单孔声波测试法初步确定待测岩体区域的波速范围；(4)计算待测岩体区域的等效波速。本发明所述方法的测试结果反映能够一定区域岩体的整体质量，有助于在工程实践中对岩体性质进行更精确的整体评估。
【IPC分类】G01V1-00
【公开号】CN104656123
【申请号】CN201510035811
【发明人】戴 峰, 徐奴文, 李彪, 郭亮, 王 琦
【申请人】四川大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月23日