現(xiàn)場(chǎng)巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)試方法

1、1 1現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法l 課題要求現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定巖體力學(xué)參數(shù)課題要求現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定巖體力學(xué)參數(shù)，查閱資料可知巖體先現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，查閱資料可知巖體先現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可以按多種形式分類，如可以按可以按多種形式分類，如可以按受力方式、受荷過(guò)程、測(cè)試參數(shù)受力方式、受荷過(guò)程、測(cè)試參數(shù)等進(jìn)行分類。但總體來(lái)說(shuō)巖體現(xiàn)等進(jìn)行分類。但總體來(lái)說(shuō)巖體現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可以分為動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和靜場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可以分為動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)兩大類。靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)主力學(xué)實(shí)驗(yàn)兩大類。靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要包括我們課上所講的巖體變形要包括我們課上所講的巖體變形、巖體應(yīng)力測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)巖體強(qiáng)度、巖體應(yīng)力測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)巖體強(qiáng)度試驗(yàn)。動(dòng)力學(xué)巖體現(xiàn)

2、場(chǎng)試驗(yàn)主要試驗(yàn)。動(dòng)力學(xué)巖體現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要就是巖體波動(dòng)測(cè)試，這是一種簡(jiǎn)就是巖體波動(dòng)測(cè)試，這是一種簡(jiǎn)介的測(cè)試方法，通過(guò)測(cè)試巖體的介的測(cè)試方法，通過(guò)測(cè)試巖體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)間接推測(cè)巖體的力學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)間接推測(cè)巖體的力學(xué)參數(shù)，它可以預(yù)測(cè)巖體的強(qiáng)度變參數(shù)，它可以預(yù)測(cè)巖體的強(qiáng)度變形參數(shù)、巖體的地應(yīng)力、巖體的形參數(shù)、巖體的地應(yīng)力、巖體的完整性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)巖體實(shí)完整性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)巖體實(shí)驗(yàn)的方法分類。驗(yàn)的方法分類。2 2現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法l 巖體巖體動(dòng)力學(xué)測(cè)試法主要是動(dòng)力學(xué)測(cè)試法主要是通過(guò)測(cè)定穿透工程巖體后通過(guò)測(cè)定穿透工程巖體后的彈性波波速和衰減系數(shù)的彈性波波速和衰減系數(shù)了解巖土體的物理力學(xué)特

3、了解巖土體的物理力學(xué)特性及結(jié)構(gòu)特征的一種新技性及結(jié)構(gòu)特征的一種新技術(shù)，又稱彈性波測(cè)試技術(shù)術(shù)，又稱彈性波測(cè)試技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法2 .1 概念2 .2 特點(diǎn) 簡(jiǎn)便簡(jiǎn)便 快捷快捷 可靠可靠 經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì) 無(wú)無(wú)破損破損現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法2 .3 縱波和橫波速度介質(zhì)介質(zhì)密度密度介質(zhì)密度介質(zhì)密度 動(dòng)力變形參數(shù)動(dòng)力變形參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法l 巖體巖性巖體巖性l 結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征l 巖體應(yīng)力巖體應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法2 .4 影響速度因素2 .5工程巖體波動(dòng)測(cè)試方法 聲波單孔測(cè)井法聲波單孔測(cè)井法

4、跨孔測(cè)試跨孔測(cè)試法法 CTCT層析成像法層析成像法3 3現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法l 定義：在鉆孔中放入一發(fā)雙定義：在鉆孔中放入一發(fā)雙收探頭，測(cè)試鉆孔壁一定厚收探頭，測(cè)試鉆孔壁一定厚度的巖體的聲波波速度的巖體的聲波波速l 利用兩個(gè)接收換能器的距離利用兩個(gè)接收換能器的距離和接受到的聲波到達(dá)的時(shí)差，和接受到的聲波到達(dá)的時(shí)差，計(jì)算出測(cè)試位置的巖體波速。計(jì)算出測(cè)試位置的巖體波速。l 移動(dòng)探頭可以獲得孔壁巖體移動(dòng)探頭可以獲得孔壁巖體聲波速度隨鉆孔深度變化的聲波速度隨鉆孔深度變化的曲線曲線現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法3.1聲波單孔測(cè)井法/pvLt 現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（

5、體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法T T：發(fā)射換能器：發(fā)射換能器R1R1、R2R2：接受換能器：接受換能器L L：源距：源距 l 探頭探頭：無(wú)：無(wú)指向性；發(fā)射功指向性；發(fā)射功率要大；要有足夠的接收率要大；要有足夠的接收靈敏度靈敏度l 最小源距：最小源距：min121LS2DdSwRCCl LminLmin為最小源距；為最小源距；CWCW：水體聲速：水體聲速CRCR：巖體最低聲速（可?。簬r體最低聲速（可取CRCR1800m/s1800m/s）D D：鉆孔直徑：鉆孔直徑d d：探頭直徑：探頭直徑現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法3.2跨孔測(cè)試法l 在巖石工程中，測(cè)量某一區(qū)域

6、在巖石工程中，測(cè)量某一區(qū)域巖體波速的測(cè)試方法巖體波速的測(cè)試方法l 跨孔測(cè)試法是在兩個(gè)不同的鉆跨孔測(cè)試法是在兩個(gè)不同的鉆孔中進(jìn)行，一鉆孔中激發(fā)彈性孔中進(jìn)行，一鉆孔中激發(fā)彈性波，另一鉆孔中接收彈性波，波，另一鉆孔中接收彈性波，根據(jù)兩鉆孔距離和彈性波旅行根據(jù)兩鉆孔距離和彈性波旅行時(shí)間，計(jì)算出震源與接受點(diǎn)之時(shí)間，計(jì)算出震源與接受點(diǎn)之間巖體的平均波速間巖體的平均波速/pvLt4 4現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法l 作用作用: :獲取兩個(gè)鉆孔間巖體結(jié)獲取兩個(gè)鉆孔間巖體結(jié)構(gòu)的精細(xì)圖像。構(gòu)的精細(xì)圖像。l 基本原理基本原理: :如圖為聲波成像模如圖為聲波成像模型型現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法4.1作用

7、及原理l 首先得到傳播路徑的傳播時(shí)間首先得到傳播路徑的傳播時(shí)間l 建立模型：等間距網(wǎng)絡(luò)離散。建立模型：等間距網(wǎng)絡(luò)離散。超聲波速度分布設(shè)為超聲波速度分布設(shè)為 l 算出不同發(fā)射點(diǎn)到不同接收點(diǎn)算出不同發(fā)射點(diǎn)到不同接收點(diǎn)的超聲波旅行時(shí)間的超聲波旅行時(shí)間 1ikikstdsV r 0V raV r現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法12( ,.,)iiNT MT v vv4.1作用及原理現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法4.1作用及原理5 5現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法5.1計(jì)算巖石動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊

8、松比l 對(duì)于各向同性巖石介質(zhì)：對(duì)于各向同性巖石介質(zhì)：現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法5.1 計(jì)算巖石動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊松比l 對(duì)于各向異性巖石介質(zhì)：對(duì)于各向異性巖石介質(zhì)：l 將巖體視為正交各向異性或?qū)r體視為正交各向異性或橫觀各向同性介質(zhì)，利用各橫觀各向同性介質(zhì)，利用各主軸方向上的波速與彈性參主軸方向上的波速與彈性參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行巖體宏觀力學(xué)數(shù)的關(guān)系進(jìn)行巖體宏觀力學(xué)參數(shù)的彈性波測(cè)定。參數(shù)的彈性波測(cè)定?，F(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法5.2 巖體分類l 用彈性波進(jìn)行巖體分類的用彈性波進(jìn)行巖體分類的主要參數(shù)：波速、完整性主要參數(shù)：

9、波速、完整性系數(shù)、風(fēng)化系數(shù)、裂隙系系數(shù)、風(fēng)化系數(shù)、裂隙系數(shù)。數(shù)。l 一般而言，巖體中波傳播速一般而言，巖體中波傳播速度快表明巖體致密、堅(jiān)硬、度快表明巖體致密、堅(jiān)硬、完整、風(fēng)化輕。完整、風(fēng)化輕。現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法5.3 巖體松動(dòng)層厚度及巖體穩(wěn)定性中的應(yīng)用l 由于由于原巖應(yīng)力釋放和爆破原巖應(yīng)力釋放和爆破施工等原因施工等原因, ,在巖體表面附在巖體表面附近出現(xiàn)一個(gè)近出現(xiàn)一個(gè)由松弛到集中由松弛到集中的層狀應(yīng)力分布的層狀應(yīng)力分布, ,工程中稱工程中稱為為松動(dòng)松動(dòng)層層。l 松動(dòng)松動(dòng)層是確定巖石穩(wěn)定性及支護(hù)層是確定巖石穩(wěn)定性及支護(hù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)

10、, ,特別是在錨噴結(jié)特別是在錨噴結(jié)構(gòu)支護(hù)中構(gòu)支護(hù)中, ,要根據(jù)松動(dòng)層來(lái)設(shè)計(jì)錨要根據(jù)松動(dòng)層來(lái)設(shè)計(jì)錨固的深度固的深度。l 通過(guò)通過(guò)研究聲波在巖體中的傳播特研究聲波在巖體中的傳播特性和分析聲學(xué)參數(shù)性和分析聲學(xué)參數(shù)( (波速、衰減系波速、衰減系數(shù)、振幅、頻譜等數(shù)、振幅、頻譜等) )的變化的變化, ,從而從而了解巖體有關(guān)物理力學(xué)參數(shù)和結(jié)了解巖體有關(guān)物理力學(xué)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征構(gòu)特征, ,并能及時(shí)提供信息指導(dǎo)現(xiàn)并能及時(shí)提供信息指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。場(chǎng)施工?，F(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法5.4 巖體加固質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用l 為了提高巖體的彈性模量，為了提高巖體的彈性模量，降低滲透率，提

11、高隔水性降低滲透率，提高隔水性及巖體的完整性和穩(wěn)定性；及巖體的完整性和穩(wěn)定性；常對(duì)工程巖體進(jìn)行灌漿、常對(duì)工程巖體進(jìn)行灌漿、充填等加固處理，為了了充填等加固處理，為了了解這種加固處理的效果，解這種加固處理的效果，彈性波測(cè)試技術(shù)成為一種彈性波測(cè)試技術(shù)成為一種行之有效的方法。行之有效的方法。l 目前已廣泛應(yīng)用于水電工目前已廣泛應(yīng)用于水電工程中。程中。6 6現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法l 巖石動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法比靜力學(xué)巖石動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法比靜力學(xué)測(cè)試方法對(duì)巖體的擾動(dòng)小而且測(cè)試方法對(duì)巖體的擾動(dòng)小而且成本低廉、操作方便，在測(cè)量成本低廉、操作方便，在測(cè)量某些巖石力學(xué)參數(shù)方面

12、更加快某些巖石力學(xué)參數(shù)方面更加快捷準(zhǔn)確。所以我相信這種方法捷準(zhǔn)確。所以我相信這種方法將會(huì)成為巖體現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的主演將會(huì)成為巖體現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的主演發(fā)展方向。還有由于巖石動(dòng)力發(fā)展方向。還有由于巖石動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法自身的技術(shù)和它的學(xué)測(cè)試方法自身的技術(shù)和它的測(cè)試特點(diǎn)，該方法受環(huán)境的影測(cè)試特點(diǎn)，該方法受環(huán)境的影響特別大，容易受到地下水和響特別大，容易受到地下水和噪聲的干擾。還有許多理論問(wèn)噪聲的干擾。還有許多理論問(wèn)題有待進(jìn)一步的研究，如動(dòng)靜題有待進(jìn)一步的研究，如動(dòng)靜力學(xué)的轉(zhuǎn)化問(wèn)題。力學(xué)的轉(zhuǎn)化問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)巖石（體）力學(xué)參數(shù)快速測(cè)試方法參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：1、巖石力學(xué)與工程（第二版）蔡美、巖石力學(xué)與工程（第二版）蔡美峰主編峰主編 科學(xué)出版社科學(xué)出版社2、工