現(xiàn)場地壓觀測與分析

1、u9.1 9.1 概述概述 掌握掌握巖體工程觀測的特點(diǎn)巖體工程觀測的特點(diǎn)u9.2 9.2 圍巖位移與變形觀測圍巖位移與變形觀測 知道知道表面位移觀測方法、內(nèi)部位移觀測表面位移觀測方法、內(nèi)部位移觀測方法，方法，了解了解各類方法如何應(yīng)用各類方法如何應(yīng)用u9.3 9.3 支架荷載測量支架荷載測量 知道知道錨桿測力計(jì)及拉拔試驗(yàn)，錨桿測力計(jì)及拉拔試驗(yàn)，掌握掌握巖柱與支架壓巖柱與支架壓力觀測點(diǎn)的布置方法，力觀測點(diǎn)的布置方法，了解了解3種測量方法的原理及適用范圍種測量方法的原理及適用范圍u9.4 9.4 圍巖應(yīng)力測量圍巖應(yīng)力測量 了解了解光彈應(yīng)力計(jì)、光彈應(yīng)變片的測量原理光彈應(yīng)力計(jì)、光彈應(yīng)變片的測量原理 u9

2、.5 9.5 巖體聲發(fā)射監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)巖體聲發(fā)射監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù) 掌握掌握巖體聲發(fā)射技術(shù)的概念，巖體聲發(fā)射技術(shù)的概念，了解了解巖體聲發(fā)射技術(shù)技術(shù)的布點(diǎn)、監(jiān)測和預(yù)報(bào)方法巖體聲發(fā)射技術(shù)技術(shù)的布點(diǎn)、監(jiān)測和預(yù)報(bào)方法u9.6 9.6 光電技術(shù)在地下工程監(jiān)測中的應(yīng)用光電技術(shù)在地下工程監(jiān)測中的應(yīng)用 了解光纖傳感器的原理u巖體工程觀測的特點(diǎn)巖體工程觀測的特點(diǎn)（1）時效性。）時效性。由于巖體工程的服務(wù)年限一般都較長，巖體由于巖體工程的服務(wù)年限一般都較長，巖體具有流變特性，因此，測試設(shè)備應(yīng)保持長期穩(wěn)定；具有流變特性，因此，測試設(shè)備應(yīng)保持長期穩(wěn)定；（2）環(huán)境復(fù)雜。）環(huán)境復(fù)雜。地下工程環(huán)境惡劣，要求設(shè)備有防潮、防地下工程環(huán)

3、境惡劣，要求設(shè)備有防潮、防電磁干擾、煤礦還需防爆等性能；電磁干擾、煤礦還需防爆等性能；（3）監(jiān)測信息的時空要求。）監(jiān)測信息的時空要求?，F(xiàn)代大型巖體工程監(jiān)測的網(wǎng)現(xiàn)代大型巖體工程監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化已日益顯示其必要性與可能性，在監(jiān)測的信息量和反饋絡(luò)化已日益顯示其必要性與可能性，在監(jiān)測的信息量和反饋速度上的要求日漸提高；速度上的要求日漸提高；（4）空間制約）空間制約。地下空間有限，要求監(jiān)測設(shè)備微型化并盡地下空間有限，要求監(jiān)測設(shè)備微型化并盡可能地隱蔽，減少對施工的干擾，并避免施工對監(jiān)測設(shè)備的可能地隱蔽，減少對施工的干擾，并避免施工對監(jiān)測設(shè)備的損壞損壞 。u現(xiàn)場觀測及監(jiān)控工作主要包括的內(nèi)容現(xiàn)場觀測及監(jiān)控工作主要

4、包括的內(nèi)容 研制測試儀表及傳感器，正確選擇觀測方案，科學(xué)分析研制測試儀表及傳感器，正確選擇觀測方案，科學(xué)分析和使用觀測數(shù)據(jù)。和使用觀測數(shù)據(jù)。 u測試儀器及傳感器是隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而逐測試儀器及傳感器是隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而逐漸更新的；另一方面，正確選擇觀測方案十分重要漸更新的；另一方面，正確選擇觀測方案十分重要u凡能表征地壓活動的物理量與自然現(xiàn)象均可作為凡能表征地壓活動的物理量與自然現(xiàn)象均可作為監(jiān)測的對象監(jiān)測的對象u當(dāng)前，計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)、光纖傳感、遙感等高當(dāng)前，計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)、光纖傳感、遙感等高新技術(shù)也在巖體工程監(jiān)測中得到日益廣泛應(yīng)用新技術(shù)也在巖體工程監(jiān)測中得到日益廣泛應(yīng)用 u表面位移

5、觀測表面位移觀測1）裂縫觀測）裂縫觀測。2）巷道收斂觀測。）巷道收斂觀測。3）閉合測量閉合測量 。4）頂板狀況統(tǒng)計(jì)觀測）頂板狀況統(tǒng)計(jì)觀測 如煤礦測量頂板破碎度如煤礦測量頂板破碎度FA/FC木 尺 擋塊標(biāo)記線木方滑動槽u圍巖內(nèi)部位移測量圍巖內(nèi)部位移測量 1）鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)的測量原理鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)的測量原理 在鉆孔巖壁的不同深度位置在鉆孔巖壁的不同深度位置固定若干個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)分別用連接件連接到孔口，這樣在固定若干個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)分別用連接件連接到孔口，這樣在孔口就可以測量到連接件隨測點(diǎn)移動所發(fā)生的移動量；在孔口孔口就可以測量到連接件隨測點(diǎn)移動所發(fā)生的移動量；在孔口的巖壁上設(shè)立一個穩(wěn)定的基準(zhǔn)板，

6、用足夠精度的測量儀器測量的巖壁上設(shè)立一個穩(wěn)定的基準(zhǔn)板，用足夠精度的測量儀器測量基準(zhǔn)板到連接件外端的距離，孔壁某點(diǎn)連接件的兩次測量差值基準(zhǔn)板到連接件外端的距離，孔壁某點(diǎn)連接件的兩次測量差值就是該時間段內(nèi)該測點(diǎn)到孔口的深度范圍巖體的相對位移值。就是該時間段內(nèi)該測點(diǎn)到孔口的深度范圍巖體的相對位移值。 2）頂板離層儀、鉆孔伸長計(jì)頂板離層儀、鉆孔伸長計(jì) u圍巖內(nèi)部位移測量圍巖內(nèi)部位移測量 3）圍巖松動圈的聲波測試圍巖松動圈的聲波測試 sin/sin=v1/ v2 ， 當(dāng)當(dāng)增大到某一臨界角增大到某一臨界角i時，時，達(dá)到達(dá)到900，sin=1，這時折射波，這時折射波2在巖體內(nèi)沿孔壁周圍滑行，形成滑行波在巖體

7、內(nèi)沿孔壁周圍滑行，形成滑行波3。 v1/ v2=sini 巖體種類巖體種類原巖體聲速原巖體聲速 m/s破碎巖體破碎巖體 m/s堅(jiān)硬巖體堅(jiān)硬巖體4 0005 0002 0003 000中硬巖體中硬巖體3 0004 0001 0002 000軟巖體軟巖體20003 0001 000u圍巖內(nèi)部位移測量圍巖內(nèi)部位移測量 4）鉆孔電視測量鉆孔電視測量5）覆巖）覆巖“三帶三帶”的鉆孔深部基點(diǎn)觀測的鉆孔深部基點(diǎn)觀測 u圍巖內(nèi)部位移測量圍巖內(nèi)部位移測量 6）鉆孔電視測量鉆孔電視測量5）覆巖）覆巖“三帶三帶”的鉆孔深部基點(diǎn)觀測的鉆孔深部基點(diǎn)觀測 u圍巖內(nèi)部位移測量圍巖內(nèi)部位移測量 6）鉆孔傾斜儀鉆孔傾斜儀 12

8、3435316136u錨桿測力計(jì)與拉拔試驗(yàn)錨桿測力計(jì)與拉拔試驗(yàn) 1）錨桿測力計(jì)錨桿測力計(jì)2）拉拔試驗(yàn)）拉拔試驗(yàn) 210-1-2-3-4-5 210-1-2-3-4-5u巖柱與支架壓力監(jiān)測巖柱與支架壓力監(jiān)測 1）測力計(jì)布置測力計(jì)布置2）測力計(jì)種類）測力計(jì)種類鋼弦壓力盒鋼弦壓力盒 、機(jī)械式支柱測力計(jì)、液壓式礦壓觀測儀器機(jī)械式支柱測力計(jì)、液壓式礦壓觀測儀器3）礦壓遙測儀）礦壓遙測儀 u巖體絕對應(yīng)力的測量方法已經(jīng)在第四章中講過，通巖體絕對應(yīng)力的測量方法已經(jīng)在第四章中講過，通過應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法、應(yīng)變恢復(fù)法、應(yīng)變解除過應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法、應(yīng)變恢復(fù)法、應(yīng)變解除法、水壓致裂法、聲發(fā)射法等能測到巖體的

9、絕對應(yīng)力法、水壓致裂法、聲發(fā)射法等能測到巖體的絕對應(yīng)力u絕對應(yīng)力測量成本高絕對應(yīng)力測量成本高u相對應(yīng)力測量方法相對應(yīng)力測量方法 借助光學(xué)方法，研究清楚透明材料的應(yīng)力分布規(guī)律，然后借助光學(xué)方法，研究清楚透明材料的應(yīng)力分布規(guī)律，然后把結(jié)論應(yīng)用到某些不透明材料中去，如金屬、巖石，評價(jià)不透把結(jié)論應(yīng)用到某些不透明材料中去，如金屬、巖石，評價(jià)不透明材料的應(yīng)力分布狀態(tài)，這種方法稱為明材料的應(yīng)力分布狀態(tài)，這種方法稱為光測彈性法光測彈性法 巖體開挖引起應(yīng)力重新分布，將導(dǎo)致巖體內(nèi)部出巖體開挖引起應(yīng)力重新分布，將導(dǎo)致巖體內(nèi)部出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，使巖體內(nèi)部局部因應(yīng)力超過強(qiáng)度而現(xiàn)局部應(yīng)力集中，使巖體內(nèi)部局部因應(yīng)力超過強(qiáng)度

10、而出現(xiàn)微破裂、或原有裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展，同時，巖體出現(xiàn)微破裂、或原有裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展，同時，巖體內(nèi)積累的變形能隨破裂或裂紋擴(kuò)展而釋放，以應(yīng)力波內(nèi)積累的變形能隨破裂或裂紋擴(kuò)展而釋放，以應(yīng)力波的形式向外傳播。這種向外傳播的應(yīng)力波被稱作的形式向外傳播。這種向外傳播的應(yīng)力波被稱作巖體巖體聲發(fā)射信號聲發(fā)射信號，也稱為，也稱為巖音巖音或或地音地音。 利用專門儀器接收該聲發(fā)射（利用專門儀器接收該聲發(fā)射（AE）信號，并轉(zhuǎn)）信號，并轉(zhuǎn)換成事件、能率、頻率等特征值或進(jìn)行波形分析而評換成事件、能率、頻率等特征值或進(jìn)行波形分析而評價(jià)巖體穩(wěn)定性的技術(shù)，叫價(jià)巖體穩(wěn)定性的技術(shù)，叫巖體聲發(fā)射技術(shù)巖體聲發(fā)射技術(shù)。 8642050

11、 100 200 540 u特征特征初始區(qū)初始區(qū)()、劇烈區(qū)、劇烈區(qū)()、下降區(qū)下降區(qū)()和沉寂區(qū)和沉寂區(qū)() 巖石在低應(yīng)力階段幾乎沒有聲發(fā)射活動，一般在達(dá)巖石在低應(yīng)力階段幾乎沒有聲發(fā)射活動，一般在達(dá)到其強(qiáng)度的到其強(qiáng)度的6080%以上、臨近破壞時，聲發(fā)射活動以上、臨近破壞時，聲發(fā)射活動才顯著增加，在破壞時達(dá)到峰值才顯著增加，在破壞時達(dá)到峰值 U=exp-fd/(vQ) U為AE波形的振幅變化率，%；為AE頻率，Hz；d為AE波形傳播的距離，m；v為AE波傳播的速度，m/s；Q為材料品質(zhì)因子。 u現(xiàn)場監(jiān)測及布孔方法現(xiàn)場監(jiān)測及布孔方法 監(jiān)測孔一般布置在完整巖體上，孔間距監(jiān)測孔一般布置在完整巖體上，

12、孔間距1520m，鉆孔傾角不超過，鉆孔傾角不超過150，孔徑，孔徑3642mm，孔深，孔深1.82.0m。鉆孔后一般用壓風(fēng)清洗鉆孔碎削。為避免噪聲干擾，。鉆孔后一般用壓風(fēng)清洗鉆孔碎削。為避免噪聲干擾，一般在探頭裝入孔底后，用面紗堵塞孔口一般在探頭裝入孔底后，用面紗堵塞孔口 。 便攜式儀器采用隨機(jī)抽樣監(jiān)測方式，一般便攜式儀器采用隨機(jī)抽樣監(jiān)測方式，一般每天監(jiān)測每天監(jiān)測1次，每孔監(jiān)測次，每孔監(jiān)測5-10分鐘；活動度很低，分鐘；活動度很低，每每2-3天監(jiān)測天監(jiān)測1次；聲發(fā)射值較大時，每班監(jiān)測次；聲發(fā)射值較大時，每班監(jiān)測1次。次。頂板頂板類型類型聲發(fā)射參數(shù)臨界值聲發(fā)射參數(shù)臨界值巖性特征巖性特征說明說明大

13、事件大事件總事件總事件能率能率1- 大理巖及新鮮斑巖，裂隙大理巖及新鮮斑巖，裂隙較少，強(qiáng)度高較少，強(qiáng)度高 每每23天監(jiān)測天監(jiān)測一次一次2411750 大塊狀矽卡巖及其含礦體，大塊狀矽卡巖及其含礦體，風(fēng)化蝕變不嚴(yán)重，強(qiáng)度風(fēng)化蝕變不嚴(yán)重，強(qiáng)度較高，整體性好較高，整體性好 每每12天監(jiān)測天監(jiān)測一次，變化較一次，變化較大時加密。大時加密。3416350 小塊狀矽卡巖及其含礦體，小塊狀矽卡巖及其含礦體，風(fēng)化蝕變嚴(yán)重，強(qiáng)度中風(fēng)化蝕變嚴(yán)重，強(qiáng)度中等，滴水嚴(yán)重，整體性等，滴水嚴(yán)重，整體性差差 每天監(jiān)測一次每天監(jiān)測一次4129150 小塊狀斑巖及其含礦，風(fēng)小塊狀斑巖及其含礦，風(fēng)化蝕變嚴(yán)重，強(qiáng)度中等，化蝕變嚴(yán)重，

14、強(qiáng)度中等，滴水嚴(yán)重，整體性差滴水嚴(yán)重，整體性差 每天監(jiān)測一次每天監(jiān)測一次5 數(shù)值很小或無，微巖數(shù)值很小或無，微巖音一般均音一般均10多次，有多次，有連音，高達(dá)連音，高達(dá)3次次/分。分。 強(qiáng)風(fēng)化大理巖、斑巖，強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)化大理巖、斑巖，強(qiáng)度低，成碎塊狀或松散度低，成碎塊狀或松散狀，受地下水的作用發(fā)狀，受地下水的作用發(fā)生軟化。生軟化。 每每8小時或每小時或每天監(jiān)測一次天監(jiān)測一次雞籠山金礦巖體冒落預(yù)報(bào)的雞籠山金礦巖體冒落預(yù)報(bào)的AE臨界值臨界值 u光纖對光信號作低衰減傳輸主要是利用光的全反射光纖對光信號作低衰減傳輸主要是利用光的全反射原理原理。因?yàn)?。因?yàn)閚1sin1= n2sin2 ，若傳輸入射光介質(zhì)的，若傳輸入射光介質(zhì)的折射率折射率n1大于第二種介質(zhì)（包層）的折射率大于第二種介質(zhì)（包層）的折射率n2，則當(dāng)，則當(dāng)入射角滿足一定條件時，入射角