硬岩隧洞围岩的爆破破裂范围研究

针对硬岩爆破开挖工程,基于岩石爆破损伤理论和应力波理论,得到与纵波波速相关的硬岩破裂判据,给出了工程中确定爆破破裂范围的方法.在硬岩隧洞开挖后的横断面布置垂直断面轮廓线的声波孔,利用超声波仪器在声波孔内开展纵波波速测试,由测试得到声波孔内各测点的纵波波速,当爆破后的纵波波速相对爆破前的数值下降超过15%时,可判断该部位处于爆破破裂区内,从而得到洞壁的爆破破裂深度.研究结果表明,隧道围岩的爆破破裂深度为0.6～1.0m,大约为隧洞横断面半径的9.4%～15.7%.爆破破裂范围不大,在安全允许范围内.     

利用振动法定量评价工程岩体的完整性

岩体的完整性是工程岩体质量分级的重要指标之一,在现行规范中主要通过岩体的完整性系数 、体积节理数 、结构面发育程度进行判断。工程岩体的结构面复杂,定性判断较困难,且 值需转换为 值后才可进行定量评价。目前主要采用超声波法测量 值,由于该方法激振源为超声波,工作频段窄、测量低频振动时误差较大,测试距离短,使破碎或较破碎岩体的测量结果存在较大误差。本文通过振动法测量岩体的纵波波速：在浅层钻孔中激振,利用布设在岩体表面上的多个低频传感器接受振动信号,从而实现分段测量岩体纵波波速,求得各段岩体的完整性系数,准确地评价岩体完整性。采用本文方法,对工程岩体实例的结果表明与定性评价结果一致。     

大型地下洞室开挖爆破破坏影响范围

大型地下洞室爆破开挖通常需要考虑岩体完整程度的影响。以位于四川和云南交界的金沙江上的溪洛渡水电站特大断面地下主厂房浅孔台阶开挖爆破工程为研究背景,提出考虑初始损伤影响的岩石爆破损伤模型以及和初始损伤相关且可用于确定爆破破坏影响范围的判据。建立初始损伤和岩体完整性指数之间的关系式,使得提出的本构模型能考虑岩体完整程度的影响。通过编程将提出的本构模型应用到FLAC3D软件中,进行爆破数值模拟。首先分析岩石爆破破坏影响范围特性,然后以爆破破坏最大水平半径作为爆破破坏影响范围的特征参数,分析爆破破坏最大水平半径和岩石初始损伤、单段爆破药量以及爆破质点峰值振动速度之间的关系,得到不同初始损伤条件下爆破破坏对应的临界振动速度和安全允许炸药量。最后利用现场爆破试验、钻孔声波测试和质点峰值振动速度测试的结果验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明:对于浅孔台阶爆破,水平径向爆破破坏影响范围随孔深的减小而增加,并在顶部平面达到最大值。该破坏边缘质点的峰值振动速度可作为爆破施工监测的安全判据。岩石初始损伤越大,初始损伤对爆破破坏最大水平半径的影响越显著。数值计算结果和现场试验结果较吻合。     

水电站坝基河床地段岩体结构评价指标获取

大型水电站坝基岩体评价中镶嵌结构(镶嵌碎裂结构)评价中存在着一定问题,分析处于地应力环境下紧密镶嵌结构岩体纵波速度高、完整性系数高、渗透性指标低、岩体变形模量高时,应从多指标、岩体力学参数上判别岩体质量等级,而不要仅以单一指标结构面间距小于30cm去判定其可利用性.着重介绍了河床覆盖地带结构面间距的间接分析获取方法:利用河床钻孔易于获得的岩体RQD、波速、渗透性等指标;通过建立岩体完整性系数Kv与RQD,Kv与结构面间距、渗透性指标q与岩体波速Vp之间的相关关系,从而得到河床地段岩体的结构面间距并用以评价其岩体结构类型.     

考虑地应力作用的嵌岩桩基础岩体完整性系数评价

岩体完整性系数是桩基设计中评价岩体完整程度的重要指标之一。根据在建的济南恒大国际金融中心(总高518 m)嵌岩桩设计对岩体完整性评价的需求,在现场岩体纵波速度测试的基础上,开展了原位地应力(围压)条件下,桩端持力层深度岩块纵波速度测试,结果表明:强风化辉长岩(埋深69~80 m)的完整性系数为54.1%~58.8%,微风化辉长岩(埋深94~99 m)的完整性系数为77.2%~94.4%。随着风化程度的降低,地应力作用对岩体完整性系数的影响增强,考虑地应力作用下强风化地层的岩体完整性系数(均值)降低了2.1%,微风化地层的岩体完整性系数(均值)降低了5.2%。建议在超深嵌岩桩基础设计中,需考虑原位地应力对岩体完整性系数的影响。研究结果对嵌岩桩岩体完整性系数评价及超高层建筑地基勘察具有一定指导意义。     

微波照射下花岗岩强度损伤规律研究

为了探究微波照射下花岗岩强度损伤规律,降低地下工程掘进的开挖难度,选取河北省平山县花岗岩试件,分别开展了微波照射后的单轴抗压强度试验和超声波纵波波速试验.分析了各个试验条件下的应力-应变曲线、峰值应力-峰值应变曲线和超声波纵波波速特征.对比研究了不同照射参数下花岗岩纵波波速规律、峰值应力强度损伤规律和弹性模量强度损伤规...     

施工阶段隧道围岩快速分级法

现阶段隧道围岩分级工作主要在勘察设计阶段进行,但由于受周边环境及勘察手段的限制,分级结果往往与围岩实际情况不符。为准确获得隧道围岩等级,基于声波-回弹联合测试法,建立"BP神经网络模型"在施工阶段快速预测岩石强度(R_c),利用掌子面炮孔进行岩体纵波波速测试并通过公式计算完整性系数(K_v)后,得到基于岩体基本质量指标(BQ)的施工阶段围岩快速分级法,并以宝汉高速石门隧道为依托在施工阶段对围岩进行分级。结果表明:建立的BP神经网络预测模型可实现岩石强度的现场快速无损预测,预测结果具有较高准确度;根据岩体纵波波速测试结果,可实现岩体完整性系数的定量计算,进而完成石门隧道施工阶段围岩快速分级,对比勘察阶段的分级结果,施工阶段所获得的分级结果更加精确。     

页岩声学参数与力学参数相关性的试验研究

用实验方法探讨了页岩的波速和衰减系数与抗压强度、弹性模量,泊松比的相关性。结果表明:1纵波波速建立的力学参数模型比横波波速模型的相关性要好;2除纵波波速与弹性模量模型的相关性较好外,纵波波速反演抗压强度、泊松比的误差较大;3纵波衰减系数与弹性模量、泊松比、抗压强度分别呈正相关指数、负相关线性和负相关多项式关系,且纵波衰减模型比波速模型的拟合效果好;4综合考虑波速和衰减系数建立的抗压强度模型、弹性模量模型、泊松比模型比单一因素模型反演精度更高,纵波波速和衰减系数。综合模型的相关性系数均大于0.85,完全能满足工程需要。其中横波的波速、衰减系数的抗压强度模型与纵波的波速、衰减系数模型预测结果相近,可用以验证纵波抗压强度预测效果。     

灰岩声波波速和力学参数之间的关系研究

首先利用非金属超声波仪器设备测量风化灰岩试样的纵波波速和横波波速,然后对试样开展单轴静抗压试验,对试验结果进行统计分析,得到纵波波速与横波波速和岩石单轴静抗压强度、静弹性模量及静泊松比之间的关系,并给出相应的拟合关系式.研究结果表明:纵波波速和单轴静抗压强度、纵波波速和静弹性模量之间具有良好的线性正相关性;横波波速和单轴静抗压强度、横波波速和静弹性模量之间也具有线性正相关性,但相关性不如纵波波速显著;纵波波速和静泊松比、横波波速与和静泊松比之间的相关性差.对于实际工程应用,可以根据给出的拟合关系式和纵波波速测量结果预测灰岩的单轴静抗压强度与静弹性模量.     

基于钻孔摄像技术的珊瑚礁完整性评价分析

在西沙琛航岛地质调查中,应用数字钻孔摄像技术,通过引入RMDI法开展对珊瑚礁完整性的分析研究,结合岩体分级标准,构建珊瑚礁完整性指数与珊瑚礁完整程度的对应关系,实现针对珊瑚礁完整性的工程评价。通过对CK1孔和CK2孔的摄像勘察和统计分析,按照基于RMDI法的珊瑚礁完整程度分级标准,对两孔进行珊瑚礁完整性评价,与实体岩芯保持一致,并估算出两孔之间珊瑚礁的岩体完整程度。研究结果表明:在珊瑚礁完整性评价中,按珊瑚礁完整性指数构建的分级标准是可行的;按RMDI法建立的珊瑚礁完整程度是准确的;针对珊瑚礁的钻孔摄像勘察和统计分析具有重要意义。     

温度循环对岩石物理力学性质影响试验研究

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定,并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明：花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

温度循环对岩石物理力学性质影响

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定;并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明,花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

片岩损伤裂隙系统定量表征方法适宜性分析

岩石损伤过程实质上是内部裂隙系统发育、扩展的过程,定量表征岩石裂隙率是间接获得岩石力学特性损伤劣化规律的关键。首先,通过冻融循环试验和压缩试验,得到武当群片岩单轴抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角等力学参数与冻融循环次数关系。采用CT扫描和超声波测试方法,分别得到试样CT数与冻融循环次数、纵波波速与冻融循环次数之间的关系。对CT数、纵波波速变化规律与力学参数变化规律进行相关性分析,结果表明,纵波波速与片岩力学参数相关性更显著,主要原因可能是超声波更适合于测试微观损伤裂隙。研究结果对于岩石损伤裂隙系统定量化表征具有一定参考价值。     

片岩损伤裂隙系统定量表征方法的适宜性

岩石损伤过程实质上是内部裂隙系统发育、扩展的过程,定量表征岩石裂隙率是间接获得岩石力学特性损伤劣化规律的关键。首先,通过冻融循环试验和压缩试验,得到武当群片岩单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角等力学参数与冻融循环次数关系。采用CT扫描和超声波测试方法,分别得到试样CT数与冻融循环次数、纵波波速与冻融循环次数之间的关系。对CT数、纵波波速变化规律与力学参数变化规律进行相关性分析。结果表明,纵波波速与片岩力学参数相关性更显著,主要原因可能是超声波更适合于测试微观损伤裂隙。研究结果对于岩石损伤裂隙系统定量化表征具有一定参考价值。     

升温路径对花岗岩超声波传播特性影响的试验研究

地热能开发以及核废料处置等深部高温岩体工程中，岩石破裂行为和损伤特征受升温路径影响显著．超声波传播速度和振幅等参数可以综合反映岩体破裂和损伤状态，具有重要的工程价值．为探究升温路径对岩石超声波传播特性的影响，开展了600℃下不同加热速率和恒温时间热处理后花岗岩的超声波透射和SEM扫描试验．研究结果表明：岩石超声波波速、幅值和频谱振幅等特征参数在不同升温路径下有较大差异．岩石超声波传播特性与加热速率具有明显的阶段依赖性，当加热速率低于9℃/min时，岩石超声波传播特征参数随加热速率增加显著降低；当加热速率高于9℃/min时，其降低幅度减缓．恒温时间对岩石超声波特性的影响存在阈值，当恒温时间小于3 h时，超声波传播特征参数随着恒温时间增加而减小，当恒温时间大于3 h时，其变化不明显．不同升温路径下岩石热裂纹扩展模式的差异是影响热处理岩石超声波传播特性的主要原因．超声波传播特征参数中首波幅值对升温路径变化的敏感性最高，适宜作为评价花岗岩体破裂行为和损伤程度的最优指标参数．研究结果对高温岩体工程损伤程度和稳定性评价具有一定的指导意义．     

基于声波信息预测岩体力学参数的研究

基于Hoek-Brown强度准则中运用地质强度指标GSI求取岩体力学参数的方法。通过改进构建起钻孔声波测试所得岩体纵波波速vmp,岩石单轴饱和抗压强度σc与GSI值之间的函数关系,并应用于Hoek-Brown强度准则预测了沙坨水电站大坝坝基岩体力学参数,结果显示预测值与实验测试值之间基本吻合。该方法为资料不足情况下探知岩体力学参数提供了一种参考方式。     

巷道岩体质量分类的距离判别方法及应用

将距离判别分析法应用于岩体质量等级判别与分类中,建立了岩体质量综合评判的距离判别模型。模型选取岩石质量指标、单轴饱和抗压强度、完整性系数、纵波波速、结构面摩擦因数和弹性抗力系数等6个指标作为判别因子;以洞室围岩实测数据作为训练样本,建立相应线性判别函数对待判样本进行分类。研究结果表明:距离判别分析模型是岩体分类的一种有效方法,可以在实际工程中应用。     

岩石破坏过程中波速变化特征

在单轴阶段加载条件下,对取自闽南地区的闪长岩岩样进行了不同方向上纵波传播速度的测试.首先根据实验结果总结出不同方向波速在岩石破裂过程中的变化规律,然后基于应力微小变化范围内波速与应力遵循线性关系的假设构建波速-应力关系模型,最后通过多参数分段拟合方式求解模型待定系数.研究结果表明:平行于加载方向的波速在压密阶段快速上升,岩石破裂前的波速降不明显.而垂直于荷载方向的波速在压密阶段少量上升后在临近岩石破裂出现非常明显的波速降.波速-应力关系模型通过参数的变化可以准确地描述不同方向波速的变化过程,证明了模型的适用性.     

岩石破坏过程中波速变化特征研究

在单轴阶段加载条件下,对取自闽南地区的闪长岩岩样进行了不同方向上纵波传播速度的测试,首先根据实验结果总结出不同方向波速在岩石破裂过程中的变化规律,然后基于应力微小变化范围内波速变化与应力遵循线性关系的假设构建波速-应力关系模型,最后通过多参数分段拟合方式求解模型待定系数。研究结果表明：微裂纹演化在方向上的不均匀导致不同方向波速变化规律的差异。平行于加载方向的波速在压密阶段快速上升,岩石破裂前的波速降不明显。而垂直于荷载方向的波速在压密阶段少量上升后在临近岩石破裂出现非常明显的波速降。波速-应力关系模型模型通过参数的变化可以准确的描述不同方向波速的变化过程,证明了模型的适用性。     

膨胀土纵波波速与裂隙率关系试验

采用室内干湿循环试验和超声波测试方法,利用工业CT扫描仪和非金属声波检测仪,对干湿循环后的压实膨胀土进行裂隙图像采集和声波测试,探讨纵波波速与裂隙率之间的关系。研究结果表明,在控制含水率一定的条件下,纵波波速随裂隙率的增大而逐渐减小。超声波在膨胀土中的传播速度可以间接反映膨胀土的内部结构,是一项重要的声学参数,因此可以利用波速的变化来反映膨胀土内部裂隙的发育情况。