一种测量土中裂隙分布和深度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种测量±中裂隙分布和深度的方法，尤其设及一种通过测量±体视 电导率确定±体内部裂隙分布和深度的方法，该法不会破坏±体结构，对±体扰动小，测量 结果准确;属于岩±工程±体监测与检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 岩±工程中经常会遇到±体开裂的现象，造成裂隙的原因很多，大致分为Ξ类：自 然内应力、自然外应力和人类活动。自然内应力主要指地壳的构造运动，自然外应力主要是 雨雪、溫度、地表水等自然环境因素引起±体胀缩、冻融、湿陷而开裂，人类活动包括爆破、 隧桐开挖、地下水疏干、地下矿产开采等。千里之堤溃于蚁穴，许多重大自然灾害或工程事 故是由于裂隙而引发，因此，需要及早发现裂隙，采取措施加固，预防裂隙的发生发展。现有 的观测裂隙的方法有拍照法、显微镜法、X射线衍射法、CT扫描法、电阻率法、超声波等。
[0003] 已有的测量±体裂隙的方法往往操作复杂，而且通常对±体有较大的扰动，测量 活动本身破坏了±体结构，如何找到一种操作简单、对±体扰动尽可能小的方法来测量± 体内部裂隙分布，一直是岩±工程界较为关注的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种测量±中裂隙分布和深度的方法，该法 通过测量±体表面若干点之间的视电导率，能够给出±体内部裂隙分布和深度的预测，操 作简便，避免了对上体的破坏。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种测量±中裂隙分布和深度的方法，其特征在于:包括W下步骤：
[0007] SOI，在待测均质±中按电极布置形式布置若干电极，并使至少某两个电极间没有 裂隙;所述电极布置形式包括圆形和/或Ξ角形；
[0008] S02,根据电极布置形式测量电极之间的视电导率;对于圆形的电极布置形式，ii 量圆屯、电极和圆周上各个电极间的视电导率;对于Ξ角形的电极布置形式，测量任意相邻 电极间的视电导率；
[0009]S03，在测得的视电导率中，视电导率数值最大的两个电极即对应基础电极对，根 据有裂隙的电极对间视电导率与基础电极对间视电导率的比值随裂隙深度变化的双曲线 关系，推算待测区域内任意两个电极间有无裂隙及裂隙发育深度；
[0010] 双曲线方程为
（1)
[0011] 式（1)中，K代表有裂隙的电极对间视电导率与基础电极对间视电导率的比值;L代 表两电极间距;h代表裂隙发育深度；
[0012] S04,根据推算的待测区域内任意两个电极间有无裂隙及裂隙发育深度的数据，将 有裂隙的区段依次相连，即可确定该区域±体内裂隙的分布和走向，亦可标记各段裂隙发 育深度。
[001引K的推导过程如下：
[0014]假设待测均质±的±体为半无限空间体，地表W上为完全不导电的空气，地表W下为均质±体;地表有两个点电源A、B，电流为固定值4和-1，每个点电源在±体中产生的 电流场为点状均匀发散，±体中总的电流场由两个点电源各自的电流场叠加得到；
[001引 ±体中，点电源在距离R处产生的电流密度
(可、
[0016]在AB连线的中垂线W下深度为h处，A、B产生的电流密度大小相等，即
[0019]式(4)中的α代表AB连线与Ah或邮之间的夹角；
[0020] 对h进行积分，分别从0到W和从h到W，得W下两式，
[0023] 上述的电流密度积分反映了视电导率的大小，式(5)和式(6)两式作比值K，
[0024]
[0025] 当电极间距L一定，贝化只与裂隙发育深度h有关，因此式（1)中的比值K可W反映裂 隙发育深度。
[0026] 所述电极预埋于±体中，所述电极与引线相连。
[0027] 所述电极包括石墨电极。
[0028] L的数值在预埋所述电极时通过测量得到。
[0029] 在同一时期进行视电导率的测量，避免不同时期环境变化导致±体含水率不同， 引起视电导率绝对值变化，从而对结果造成影响。
[0030] 电极排布方式采用圆形或Ξ角形，两种排布方式独立工作互不影响，两种测量方 式可W尽量减小测量误差，但不仅限于此两种电极排布方式。
[0031] 理选择电极布置形式和间距，确保有两个电极，运两个电极中间不存在裂隙。
[0032] 根据视电导率比值确定电极间裂隙开展与否和裂隙深度，该比值随深度变化遵循 双曲线规律。
[0033] 本发明采用上述技术方案，具有W下有益效果：
[0034] 1.本发明采用预先在±体中按一定排布方式插入电极，可W在其后的工程运行阶 段监测±体内部，实现一次施工多次测量，实时掌握工程运行安全状态。
[0035] 2.本发明预先或观测时在±体中插入电极，减少了对±体的人为扰动，在电极中 接出引线，可W在一个地点对电极布置范围内的±体进行测量，简便快捷，可W进一步开发 实现自动测量的装置。
[0036] 3.本发明通过比较同一时刻测得的±体视电导率，判断±体内部裂隙分布，避免 了天气条件变化对电导率值的影响。
[0037] 4.本发明只需测量视电导率的相对比值，简化了数据处理程序。
[0038] 本发明±体中电流密度分布随着深度按双曲线规律变化，当±中某一深度范围裂 隙发育，视电导率将发生变化，视电导率与基础电极对观测值的比值遵循双曲线关系，根据 运一规律可W推算待测区域内的±体裂隙分布和发育深度。与现有技术相比，本发明应用 时更为灵活，可W根据待测区域的特征调整电极排布方式和电极间距，对±体扰动小，能较 准确地测得±体裂隙分布和发育深度。
【附图说明】
[0039] 图1为电场原理图示意图；
[0040] 图2为电极布置形式和人工裂隙位置示意图；
[0041 ]图3为K值随裂隙发育深度h变化关系曲线图；
[0042] 图4为不同电极间视电导率与基础电极对间视电导率的比值；
[0043] 图5为±体内部裂隙分布示意图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0045] 如图1~图5所示，一种测量±中裂隙分布和深度的方法，其特征在于主要包括W 下步骤：
[0046] 1.在待测均质±中按圆形和Ξ角形电极布置形式和适当间距插入电极，适当选择 电极布置位置，使得至少某两个电