隧道围岩松动圈厚度计算方法
阅读：324发布：2020-05-12
专利汇可以提供隧道围岩松动圈厚度计算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及的隧道围岩松动圈厚度计算方法。通过引入 破碎 岩石 完整性系数Rv和松动圈完整性系数Lv的概念，对围岩松动圈的岩体破碎状态量化。利用岩石的室内试验得出松动圈厚度的量化界定值，然后结合 声波 法现场测试情况，判断出围岩松动圈的厚度。本发明从松动圈的形成原理与本质上出发，以此方法所制定的判别标准客观、真实，具有普遍性与推广性。，下面是隧道围岩松动圈厚度计算方法专利的具体信息内容。
1.隧道围岩松动圈厚度计算方法，其特征在于：
具体包括以下步骤：
第一步：制备岩石试验试块；
第二步：岩石室内试验：
引入两个参数：破碎岩石完整性系数Rv和松动圈完整性系数Lv；
式中:Rv-破碎岩石完整性系数；
vpr-破碎岩石纵波速度；
vwr-完整岩石纵波速度；
通过声波测试系统测试出完整岩石纵波速度vwr；对岩石进行单轴压缩试验，将岩石压缩至破碎状态；测试破碎岩石纵波速度vpr；根据公式(1)得出破碎岩石完整性系数Rv；
式中:Lv-松动圈完整性系数；
vpt-松动圈岩体纵波速度；
vyt-原始岩体纵波速度；
近似认为松动圈完整性系数等于破碎岩石完整性系数，即：
Rv≈Lv (3)
公式(3)带入到公式(2)中得：
通过围岩松动圈声波测试法得出原始岩体纵波速度vyt，再结合破破碎岩石完整性系数Rv，应用公式(4)得出松动圈岩体纵波速度vpt；
第三步：最后根据现场松动圈声波法测试所得的孔深-波速曲线图找出vpt所对应的位置，即为围岩松动圈的位置，该位置深度即为围岩松动圈厚度。
隧道围岩松动圈厚度计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种确定隧道围岩松动圈厚度的量化方法，具体涉及一种隧道围岩松动圈厚度计算方法。
背景技术
[0002] 隧道开挖时，围岩原始应力状态破坏形成二次应力场产生应力集中现象，此时会形成一个环绕隧道的“破碎带”，习惯上称之为围岩松动圈。围岩松动圈厚度的确定对隧道的开挖与支护设计而言十分重要，是隧道安全施工的保障。
[0003] 目前关于松动圈厚度的确定方法主要弹塑性理论计算、数值模拟分析、现场实际测试。现场测试相对于理论计算和数值分析而言能更加真实的反应实际情况。在众多的测试方法中，以声波测试法应用最为成熟，这种方法虽以技术成熟、精度高、成本低、便于操作而被广泛采用，但在声波曲线图上根据怎样的准则来界定围岩松动圈厚度，始终未能建立统一的标准。目前在此问题上一共有三种判别标准：以围岩声波波速开始大幅增加的点作为判别松动圈厚度的依据；围岩声波波速大幅增加结束后所对应点的孔深，即为围岩松动圈的厚度；围岩声波波速大幅增加时的起始点与终点的中值点作为判别点。以上三种方法的共性弊端就是主观性较大、模糊、缺乏理论依据。因此，必须寻找一种科学的处理方法。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种隧道围岩松动圈厚度计算方法，基于岩石室内试验得出隧道围岩松动圈的厚度。
[0005] 本发明所采用的技术方案为：
[0006] 隧道围岩松动圈厚度计算方法，其特征在于：
[0007] 利用岩石的室内试验得出松动圈厚度的量化界定值，然后结合声波法现场测试情况，判断出围岩松动圈的厚度。
[0008] 具体包括以下步骤：
[0009] 第一步：制备岩石试验试块；
[0010] 第二步：岩石室内试验：
[0011] 引入两个参数：破碎岩石完整性系数Rv和松动圈完整性系数Lv；
[0012]
[0013] 式中:Rv-破碎岩石完整性系数；
[0014] vpr-破碎岩石纵波速度；
[0015] vwr-完整岩石纵波速度；
[0016] 通过声波测试系统测试出完整岩石纵波速度vwr；对岩石进行单轴压缩试验，将岩石压缩至破碎状态；测试破碎岩石纵波速度vpr；根据公式(1)得出破碎岩石完整性系数Rv；
[0017]
[0018] 式中:Lv-松动圈完整性系数；
[0019] vpt-松动圈岩体纵波速度；
[0020] vyt-原始岩体纵波速度；
[0021] 近似认为松动圈完整性系数等于破碎岩石完整性系数，即：
[0022] Rv≈Lv (3)
[0023] 公式(3)带入到公式(2)中得：
[0024]
[0025] 通过围岩松动圈声波测试法得出原始岩体纵波速度vyt，再结合破破碎岩石完整性系数Rv，应用公式(4)得出松动圈岩体纵波速度vpt；
[0026] 第三步：最后根据现场松动圈声波法测试所得的孔深-波速曲线图找出vpt所对应的位置，即为围岩松动圈的位置。
[0027] 本发明具有以下优点：
[0028] 本发明利用岩石的室内试验得出松动圈厚度的量化界定值，然后结合声波法现场测试情况，判断出围岩松动圈的厚度，从松动圈的形成原理与本质上出发，以岩石室内试验为基础得出破碎岩石完整性系数Rv，以此方法所制定的判别标准客观、真实，具有普遍性与推广性。附图说明
[0029] 图1为岩石试验试块。
[0030] 图2为RSM-SY5(T)非金属声波测试仪。
[0031] 图3为微机控制电液侍服万能试验机。
[0032] 图4为完整岩石波速测试图。
[0033] 图5为岩石压缩破坏试验。
[0034] 图6为破碎岩石波速测试图。
[0035] 图7为松动圈测试工具。
[0036] 图8为松动圈测孔布设图。
[0037] 图9为第一测试断面孔深-波速曲线图。
[0038] 图10为第二测试断面孔深-波速曲线图。
具体实施方式
[0039] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
[0040] 以岩石室内试验为基础，引入两个参数：破碎岩石完整性系数Rv和松动圈完整性系数Lv。
[0041]
[0042] 式中:Rv-破碎岩石完整性系数
[0043] vpr-破碎岩石纵波速度
[0044] vwr-完整岩石纵波速度
[0045]
[0046] 式中:Lv-松动圈完整性系数
[0047] vpt-松动圈岩体纵波速度
[0048] vyt-原始岩体纵波速度
[0049] 由于松动圈本质上就是一个“松弛破碎带”。主要是由于开挖所形成的二次应力场，产生了应力集中现象，当集中应力大于岩体强度时，岩体破碎。可近似的认为松动圈完整性系数等于破碎岩石完整性系数，即：
[0050] Rv≈Lv (3)
[0051] 公式(3)带入到公式(2)中可得：
[0052]
[0053] 可求得松动圈位置岩体的纵波波速vpt。再根据现场松动圈声发射测试所得的孔深-波速曲线图找出vpt所对应的位置，即为围岩松动圈的位置。
[0054] 具体实施：
[0055] 第一步：制备岩石试验试块，试块的制备应满足《工程岩体试验方法标准》。
[0056] 第二步：岩石室内试验。
[0058] 2)对岩石进行单轴压缩试验，将岩石压缩至破碎状态。
[0059] 3)测试破碎后的岩石纵波波速vpr。
[0060] 4)根据公式(1)得出破碎岩石完整性系数Rv
[0061] 第三步：通过围岩松动圈声波测试法可以得出原始岩体的纵波波速vyt，再结合第二步所得的破碎岩石完整性系数Rv，应用公式(4)便可得出松动圈位置岩体的纵波波速vpt。最后根据现场松动圈声波法测试所得的孔深-波速曲线图找出vpt所对应的位置，即为围岩松动圈的位置。
[0062] 实施例：
[0064] 1)岩石室内试验
[0065] 在围岩松动圈测试位置处采集试验所用岩石样本，该段属Ⅲ级围岩，干燥微风化片麻岩，围岩完整性较好无明显的裂隙，岩石强度较高。由于岩石是一种天然的不均匀材料，为了防止试验数据离散性过大选取构造与产状相近的岩石试块。按照《工程岩体试验方法标准》制成直径50mm，高度100mm的圆柱体试块，共计10块，如图1所示。
[0066] 采用武汉中研所生产的RSM-SY5(T)非金属声波测试系统(精度0.01km/s)，测试试件的波纵波速。用绍兴市肯特机械电子有限公司生产的微机控制电液侍服万能试验机(量程1000KN)，做岩石的单轴抗压试验，试验仪器见图2、3所示。
[0067] 测试完整岩石超声波纵波波速：取出岩石试块，在其试块两段均匀涂抹凡士林作为耦合剂；组装声波测试系统，将声波测试探头与主机连接并调制好测试参数；将声波发射探头与接受探头置于试件轴线的两端，稍稍施加压力，然后开始测试，见图4所示。
[0069] 测试破碎岩石超声波纵波波速：取下破碎后的试块，将试块两侧均匀涂抹用凡士林用做耦合，再用声波测试仪测试破碎岩石纵波波速，见图6所示。
[0070] 以上测试结果见表1所示。
[0071] 表1破碎岩石完整性系数Rv测试结果表
[0072]
[0073] 注：N-岩石单轴抗压强度
[0074] 至此，破碎岩石完整性系数Rv便可得出，求得Rv＝0.53。
[0075] 2)声波法围岩松动圈现场测试
[0076] 采用单孔声波法，此次测试所用的仪器为武汉中研科技研制的RSM-SY5(T)声波测试系统。主要包括：RSM-SY5(T)非金属声波检测仪、一发双收探头、推送导杆、水泵、数据传输线等其它辅助工具，详情见图7。
[0077] 本次总共选取了2个断面进行围岩松动圈的测试工作，每个测试断面选取四个测试点，分别位于左右拱腰及拱肩处。孔深4m，孔径40mm，测试简图见图8所示。
[0078] 测试一共分为五步：①钻孔②清孔③将探头送入测孔④封闭测孔，注水耦合⑤移动测杆，开始测试。每次将测杆往外拉出0.5m，直至全部移出完成测试。
[0079] 测试出不同深度处的岩体纵波波速，测试结果见表2所示。
[0080] 表2岩体波速测试结果表
[0081]
[0082] 注：岩体波速单位Km/s
[0083] 将测试结果绘制成孔深-波速曲线图，如图9和10所示。由图9和10可发现岩体波速随着孔深的增加逐渐增大，这是由于随着深度的增加围岩受到开挖的影响越来越小，岩体的破碎程度也是逐渐降低。同时，约在2m处岩体波速基本趋于稳定，表明此处受到的扰动较小，可近似的将此处的围岩看作原始围岩。取岩体波速稳定段的平均值作为原始岩体纵波速度vyt。
[0084] 3)围岩松动圈厚度判定
[0085] 由第(1)步与第(2)步分别得出了破碎岩石完整性系数Rv与原始岩体纵波速度vyt，带入到公式(4)中便可求得松动圈位置岩体的纵波波速vpt。再根据现场松动圈声发射测试所得的波速-孔深曲线图找出vpt所对应的位置，即为围岩松动圈的位置，见表3所示。
[0086] 表3松动圈厚度计算表
[0087]
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 线圈法岩石复电阻率自动扫频测量的方法及系统 | 2020-05-12 | 226 |
| 线圈法岩石复电阻率自动扫频测量的方法及系统 | 2020-05-12 | 8 |
| 岩石对TBM滚刀刀圈的磨蚀性测试方法 | 2020-05-11 | 449 |
| 一种各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置及方法 | 2020-05-14 | 816 |
| 古热岩石圈厚度的确定方法及装置 | 2020-05-11 | 726 |
| 人工挖孔桩金刚水磨施工方法 | 2020-05-16 | 369 |
| 一种岩石力学实验装置 | 2020-05-14 | 702 |
| 岩石常规三轴试验试件密封装置及其使用方法 | 2020-05-14 | 644 |
| 一种岩石圈密度的快速提取方法 | 2020-05-11 | 449 |
| 一种二维岩石试样剪切‑渗流试验密封机构 | 2020-05-13 | 982 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈