数字光学成像技术在岭澳核电厂的应用

介绍了数字光学成像技术在电力工程勘测应用中的适用性和优点,阐述了全景式钻孔电视成像系统的测试工作原理和工作流程,通过全景式钻孔摄像给出了全孔的孔壁展开图和三维虚拟岩芯图,对深层岩脉、节理、裂隙的产状和宽度进行量化统计,达到了定量分析钻孔节理裂隙几何特征的目的.应用数字光学成像技术于岭澳核电三期的边坡工程中,查明了边坡工程场区的主要岩层结构面和岩体完整性,通过对比常规勘测手段获得的节理裂隙发育规律,验证了全景式钻孔摄像的可靠性,表明该技术可较好地应用于核电工程中.     

全景式钻孔电视成像技术在钻孔编录中的应用研究

介绍了全景式钻孔电视成像系统的测试工作原理,论证了钻孔电视成像技术在工程勘测中的适用性。通过对钻孔节理裂隙产状进行统计分析,达到了对钻孔电视检测成果定量解释的目的。同时,应用钻孔电视成像技术对地质构造和构造层面等进行了定位和划分。通过成像法编录成果与常规岩芯编录成果的对比分析,总结成像法编录的优缺点,提出以钻孔电视为主,钻探取芯为辅的勘探方法。     

超声波成象钻孔电视及其在岩石工程中的应用

本文主要介绍了超声波成象钻孔电视的工作原理,并以实例说明了地层节理裂隙的取得及计算分析方法,和在生产、科研工作的应用。文中对超声波钻孔电视用于观测钻孔崩落确定现今应力场方向,定向岩芯的获取,井下探头的安装,油田深部的套管变形和压裂前后射孔及套管的变化等作了报导．     

孔内超声波成像技术在地质勘察中的应用

某长江隧道地质条件以板岩为主,受构造影响,岩层极为破碎,且上覆较厚的覆盖层,基岩露头条件差,钻探采芯率难于保证,辅以孔内超声波成像技术则能清晰反映地下深部工程岩体各种结构面的构造特征,并且计算出岩层每组结构面的特征参数,既有利于了解和分析地下岩体的状况(岩体完整性),也是建立长江穿越地下地质模型的基础,同时这些原始数据和参数为进一步研究地下深部工程地质环境提供了良好的第一手资料,保证了勘察质量。本文介绍了ABI40钻孔超声波成像综合测试系统在长江盾构隧道勘察中的成功应用,并结合该实例,对ABI40钻孔超声波成像综合测试系统在分析破碎岩体、软弱结构面产状以及探测结果的分析对比等方面进行了探讨。     

超声波钻孔电视在地应力测量研究中的应用

通过一个300m和一个800m典型钻孔的实际测试结果,揭示超声波钻孔电视在地应力测量研究领域中的几个应用实例,如:岩层裂缝的检测、地应力测试段的选定、岩芯定向,特别是对水压致裂法形成的诱发裂缝和孔壁崩落的测定及分析,在地应力测量研究中将可显示出较强的优势,尤其是最大水平主应力方向的获取,更优于其它方法。并将在两个钻孔中所得结果与常用的定向印模测试结果进行了对比,取得了较为一致的成果。关于超声波钻孔电视对水压致裂法诱发裂缝的测试还未曾见过报道。最后简述了地应力数值大小的推估研究与展望。     

基于岩体完整性评价的超声–地震波速度跨尺度转换方法研究

为了更好地使用岩石超声波速模型对地层地震成像过程进行约束,研究钻孔岩芯超声波速与地层地震波速的对应转换关系。提出一种根据岩体完整性状态,利用钻孔岩芯实测超声波速数据来获取地下介质地震波速分布的方法。首先根据岩性分类采用转换系数将岩块超声波速转换为岩块地震波速;再采用经验公式考虑水饱和度、温度和地压的影响,修正岩块波速;然后由钻孔岩芯图像确定岩体体积节理数Jv和岩体完整性系数Kv,将岩块地震波速转换为岩体地震波速。为了验证该转换方法的有效性,依托华阳川铀铌铅多金属矿床浅层勘探工程,选取5个钻孔开展对比研究。地层地震波速的空间分布采用背景噪声成像法反演得到,而通过超声波速转换得到的岩体波速数据,沿钻孔方向实施了空间平均化处理。两者对比结果表明,地震波速的空间趋势是一致的,数值上具有高度的相关性。     

全景式井中电视在某水电站坝址勘察中的应用与研究

本文主要介绍了全景式井中电视的工作原理和组成,并简要阐述了其解释原理,主要应用于某些地区钻孔的岩芯取样率较低,不能用较完整的岩芯来反映地下地质特征的情况。利用全景式井中电视对某大型水电站坝址区的钻孔进行了电视摄像,查明了钻孔内部不同深度的裂隙发育情况、风化夹层以及破碎带等现象。此外,通过资料处理,对岩芯进行了三维还原,真实地再现了钻孔内部的地下地质状况。     

深部岩体岩芯饼化特征分析与形成机制研究

 以锦屏II级水电站深埋试验洞内长度大于1 500 m的钻孔岩芯为研究对象,统计饼化岩芯断口的宏观破坏特征、饼化数量和厚度,结合声波和数字钻孔摄像测试结果,分析岩体埋深、岩体结构、洞径尺寸、钻孔直径和钻孔方位对岩芯饼化的影响,得到岩芯饼化的空间分布规律;并通过断口电镜扫描试验,得到岩芯饼化的微观断裂机制。分析结果表明：(1) 饼化数量与厚度分布符合乘幂函数形式,饼化程度随埋深和洞径尺寸的增大而增大,3倍洞径内岩芯饼化数量最多;(2) 饼化岩芯凹凸面的形成与应力分布、内部损伤和矿物结构类型有关;(3) 岩芯饼化是地质作用和外界扰动共同作用下发生的,原生微缺陷、结构面和开挖损伤是岩芯饼化起裂的基础,开挖后地应力调整和取芯局部应力解除是岩芯断裂的动力,而持续钻进是促使岩芯周期性断裂成饼的根本原因;钻孔径向压剪、岩芯侧向膨胀和轴向拉伸是岩芯饼化断裂的力学响应;(4) 岩芯饼化分区性特征是围岩损伤弱化分区、岩体结构和应力场分布叠加的综合反映。     

基于双锥面镜成像的钻孔摄像系统研究

 为了突破以往钻孔成像技术的基本假设(钻孔孔壁是圆柱面)和平面成像问题,从而实现钻孔内岩体结构的真三维成像,自主研发了一套基于双锥面镜成像的钻孔摄像系统。该系统主要由组合式双锥面镜、罗盘、光源、遮光罩、摄像装置和透明玻璃等部件组成,并给出了孔内双锥面镜立体像对成像的方法和全景像对图像的解算公式。通过系统测试与结果分析可知,该系统可以从2个不同角度对同一孔壁结构特性进行像对成像,并得到钻孔孔径的形态变化特征和孔壁细节的差异特征,实现了孔内360°岩体结构的全景立体像对成像和精细化探测。该系统设计巧妙、结构简单、易于实施,提高了对孔壁岩体细微结构的识别能力和探测的精度,有效推动了钻孔摄像技术的发展。     

利用钻孔成像研究基岩地区的渗透张量变化规律

利用钻孔电视成像技术,在对钻孔裂隙统计的基础上,建立裂隙介质模型,根据渗透张量理论计算得出垂向上渗透性的变化规律。阐述了利用该技术表征渗透张量时的影响因素,分析了各统计参数的误差及其对渗透张量的大小的影响,并给出了减小误差的方法。通过黄岛地下水封洞库工程实例具体分析了这种方法的优点,说明利用电视钻孔成像结果来研究渗透张量具有可行性。     

全景钻孔图像中结构面全自动识别方法研究

 数字全景钻孔摄像技术在实际工程上得到了广泛的应用,获得大量的高精度实测钻孔图像。这些钻孔图像准确记录了地质特征信息,特别是结构面的几何形态特征。然而,这些特征信息的获取通常是由人工完成的,工作量大,人为因素较多。针对该问题,提出一种针对全景钻孔图像的结构面全自动识别方法。该方法首先提出用图像灰度梯度合成信号在钻孔深度方向的投影的方法来划分结构面所在区域及其产状范围;然后提出用标准模板正弦函数迭代匹配结构面特征量的方法来搜寻区域内结构面的所有可能正弦曲线,并从中筛选出最优的正弦曲线作为结构面的特征曲线;最后结合区域划分和模板函数匹配的结果,分析特征曲线参数,并进行再匹配和转换,最终得到工程所需的结构面位置、倾向、倾角和隙宽等参数,从而实现钻孔图像结构面的全自动识别。结果表明该方法能够连续快速地全自动识别整个钻孔图像内的结构面,并获得对应的高精度几何参数,算法稳定可靠、结构面识别率高。与传统方法相比,该方法首次实现了整个钻孔图像中结构面的全自动识别与几何参数提取,极大地提高了工作效率,为钻孔图像的后期处理与信息获取提供一种实际可行的有效方法。     

钻孔电视在工程检测中的应用

结合某混凝土大坝裂缝检测的工程实例,对钻孔电视的检测原理和特点进行了论述,详细介绍了钻孔电视工作原理,并对钻孔电视检测的效果进行了评价,得出钻孔电视的精度满足工程检测要求且图像直观,比钻孔取芯更能准确定位、定量。     

煤矿采空区治理新技术

通过对山西省某些煤矿采空区治理工程实例的调查、分析 ,总结出瞬变电磁法、高精度钻孔测斜、井下电视等新技术、新方法 ,对类似工程在节省造价、缩短工期、提高工程质量等方面起到一定作用     

基于钻液压力的非开挖近孔壁位移响应数值分析

水平孔壁的位移特征直接影响非开挖水平定向钻进敷设管道的质量,而钻孔液的压力是影响孔壁位移的重要因素之一。采用快速拉格朗日的计算方法,利用Mohr-Coulomb准则对美国洛杉矶地下燃气管道敷设中的近水平孔壁位移响应特征进行了数值计算分析。获得了在不同钻孔液压力(0~2 MPa)条件下近水平孔壁x、y和z三个方向的位移矢量、应力分布数据。分析结果表明,随着钻液压力的不断增加,近孔壁各点的x和z位移呈线性增加趋势,z方向变化更为明显,y方向位移基本保持不变。同时,位移变化区域集中在距离孔壁1.6~1.8 m范围之内。因此,合理控制钻液压力的范围对于减少孔壁位移扰动具有重要意义。     

基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法

 对于线路工程上具有普遍性的岩质边坡,因数量多,范围广,工程勘察深度相对较浅。依据规范的测试和试验,建立一种基础性岩体质量评价方法,实现边坡工程岩体分级,并根据行业要求与经验提出支护措施,对提高岩质边坡工程设计与施工的科学性无疑具有重要的意义。针对现有的《工程岩体分级标准》(GB50218-94)没有涉及边坡工程岩体分级,在深入研究和系统消化边坡工程岩体分级成果基础上,提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法(简称BQ-RSlope方法)。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。结合4个边坡工程10个坡段的应用性验证,表明依据文中方法获得的各边坡坡段的岩体质量分级以及该基于质量指标对边坡稳定性的评价结果与工程实际总体相符,提出的依据BQ的岩质边坡工程岩体分级方法是合适的。     

岩体三维成像系统在岩土工程中的应用

岩土工程实践中,由于岩体结构面的存在,极大地影响了岩体的力学性能。深入开展对结构面的研究,为改善岩体的稳定性提供参考依据,具有重大意义。传统方法采用罗盘、尺子等对结构面进行研究,存在效率低、误差大等诸多缺点。本文介绍了一种新的方法,采用非接触式三维成像技术,对岩体的结构面进行测量、统计、分析,解决了传统测量方法的不足,供工程技术人员参考。     

拱坝建基面开挖过程中不平衡力变化及处理效果研究

300 m级高拱坝建基面开挖造成的岩体卸荷松弛对高拱坝的整体稳定性影响巨大。白鹤滩拱坝左岸建基面开挖至628 m高程时也出现了卸荷松弛、结构面错动等现象。基于变形加固理论,提出了使用不平衡力作为坝基岩体松弛卸荷的定量判据,阐释了不平衡力分析岩体开裂与坝基卸荷时效松弛的理论基础,通过试验和数值模拟的对比说明了不平衡力应用于卸荷松弛判据的准确性。使用三维非线性有限元程序TFINE,对白鹤滩拱坝原始地形和开挖过程进行精细模拟,分析了开挖过程中建基面基础(尤其是结构面)的卸荷松弛演变过程。分别对无基础处理、预留保护层和施加锚索情况下的开挖卸荷松弛进行了研究分析。模拟结果表明,在开挖到630 m高程时,在结构面交汇处和坡面出露段附近结构面的不平衡力与屈服区出现集中情况,这与观测到的建基面卸荷松弛以及结构面出现错动裂缝等现象符合;继续开挖过程中,LS331、LS3318不平衡力较大,相对比较危险。另外,坝体底部的陡坎开挖成型时,陡坎底部的不平衡力增加较明显,需减缓陡坎坡度。预留保护层和建基面锚固对控制松弛卸荷作用较小。     

综合钻孔测量技术在导水构造 水文地质特征评价中的应用

 导水构造水文地质特征评价是高放废物地质处置系统场址选取和评价研究的重要任务。钻孔雷达测量可以提供断裂构造在岩体中横向的延展特征。钻孔声波电视测量可以获得钻孔孔壁360°连续图像。从这些图像上可以解译出岩性特征、结构面的走向和相互关系等信息。多参数水化学测井直接获得深部环境地下水水化学数据和垂向变化特征。双栓塞压水试验技术可以分段测量钻孔揭露岩体的渗透参数。任何单一的钻孔测量技术都不能准确、完整地描述导水构造的特征。综合钻孔测量技术将单一的钻孔测量技术有机结合起来,综合分析所获得的数据,既发挥综合效应,各类数据又可以相互验证,提高数据的可靠性。将综合钻孔测量技术应用于高放废物地质处置系统场址预选和评价研究中,以甘肃北山预选区3#(BS03)钻孔为例,建立导水构造的水文地质特征模型。     

基于网格划分的全空间块体识别方法及其工程应用

为了解决复杂几何边界条件下有限结构面的全空间块体识别问题,提出有向面单元的几何建模概念,并将网格划分思想引入块体理论中。首先利用空间正交网格将岩体离散为若干个小单元块体,然后依次添加结构面,对单元进行接触性判断及切割,最后去除网格合并单元,形成独立的空间块体。针对块体的切割,给出了平面对任意形态块体的切割方法。针对单元块体的合并,提出了以有向边合并为基础的块体合并方法,将同向面、异向面合并方法统一。研究表明该方法具有可动态添加有限结构面、建立复杂几何模型、识别块体的形态数量不受限制、编程简单等优点。结合辽宁某隧道工程实例,利用本研究成果识别出全空间内所有独立块体,并进一步提供围岩周围关键块体的基本信息,证明了其应用于复杂岩石块体识别的有效性和优越性,为确保岩体工程的安全生产提供技术支持。     

硬岩中的可重复使用抗爆洞室结构设计技术

在原岩中直接进行化爆模拟试验是研究地震耦合效应的重要方法,但存在爆心附近原岩介质状态改变或地震传播路径变化的问题,从而导致地震信号质量差、工程代价高。为此,提出了在地下洞室中构建可重复使用钢纤维混凝土衬砌结构的抗爆设计思路。采用数值模拟方法,对结构损伤破坏的高风险区域及破坏形式进行了预测;根据数值模拟结果,制定了针对性结构设计方案。在设计建设的密闭设施内重复开展了数百公斤级TNT当量化爆试验,通过爆后壁面破损情况对比、钻孔取样与钻孔摄像观测,证实多次爆炸未对衬砌与原岩界面产生明显影响;相似事件在同一台站的地震信号表现出了较高稳定性和重复性,证明该抗爆结构达到了预期设计目标。该工作可为类似抗爆设施建设提供工程实例与技术参考。