岩芯卸荷扰动的声学反应与卸荷敏感岩体

声波测试是工程岩体质量评价的最主要手段之一。将岩体与岩块的纵波波速比的平方定义为岩体的完整性系数。不仅为国内外学者广泛认同。而且是现行规范的定义。这是源于如下认识：原位岩体的纵波波速小于其中岩块的波速；岩体越破碎。小得越多。然而。通过润扬大桥声波测试发现。用通常手段得到的大部分岩体的测井波速反而大于岩样波速。对该桥基岩40余个钻孔数百个岩样进行了多种手段的对比研究和综合分析。探讨了测试结果的可靠性及产生原因。进而提出了岩芯卸荷扰动和卸荷敏感岩体的概念和相应的工程对策。     

基于小波变换的岩芯卸荷扰动声学反应分析

现行国家规范将岩体与岩块的纵波速度比的平方定义为岩体的完整性,这是由于通常情况下原位岩体的纵波波速低于其中岩块的波速,岩体越破碎,波速低得越多。通过对南京地铁工程围岩声波测井及岩芯声波测量发现,用通常手段得到的一部分岩体的测井波速反而大于岩芯波速,分析其原因主要是岩芯受卸荷及钻取扰动影响造成的。为更好地对岩芯卸荷扰动的声学反应进行分析,基于小波变换方法,将岩芯声波信号分解成不同频带通道的小波分量,进而对其进行时频分析,得到的各频带分量及其加权频谱参数与岩芯卸荷扰动敏感程度具有良好的相关性,表明该方法在分析岩芯卸荷扰动问题上具有优越性。     

基于小波变换的岩芯卸荷扰动声学反应分析

 现行国家规范将岩体与岩块的纵波速度比的平方定义为岩体的完整性，这是由于通常情况下原位岩体的纵波波速低于其中岩块的波速，岩体越破碎，波速低得越多。通过对南京地铁工程围岩声波测井及岩芯声波测量发现，用通常手段得到的一部分岩体的测井波速反而大于岩芯波速，分析其原因主要是岩芯受卸荷及钻取扰动影响造成的。为更好地对岩芯卸荷扰动的声学反应进行分析，基于小波变换方法，将岩芯声波信号分解成不同频带通道的小波分量，进而对其进行时频分析，得到的各频带分量及其加权频谱参数与岩芯卸荷扰动敏感程度具有良好的相关性，表明该方法在分析岩芯卸荷扰动问题上具有优越性。     

基于钻孔测试的岩体抗剪强度参数取值方法及其工程应用

针对岩体抗剪强度参数取值问题,提出一种利用钻孔测试成果获取岩体抗剪强度参数新方法和新途径。该方法首先建立岩体地质强度指标GSI值与岩体基本质量指标BQ值、岩块饱和单轴抗压强度、岩块天然纵波波速的数学关系式,而后采用钻孔电视对钻孔岩体进行分段。在此基础上,利用钻孔声波和室内岩芯试验等测试成果计算得出相应岩段的BQ值及GSI值。最后,运用Hoek-Brown强度准则,得到每段岩体的抗剪强度参数。经工程应用并对比现场岩体剪切试验结果,本方法在确定岩体抗剪强度参数上具有较好的可靠性。     

岩块卸荷效应与工程岩体质量评价

工程岩体质量评价是地下洞室工程选址、设计必须回答的主要工程地质问题,在许多常用的岩体质量评价方法中,岩体的完整性指数是一个重要评价指标,而由于岩芯卸荷效应和室内、原位波速测试的频率差异方面的原因导致岩体完整性指数不能够准确的表示岩体的完整程度,有时甚至会产生岩体完整性指数大于1的不合理的现象。论文针对以上问题开展岩块波速应力关系相关的试验,研究岩块的波速应力关系,提出岩块卸荷指标和频率修正系数2个因子对岩体完整性指数计算公式进行修正,进而对国标BQ岩体质量分级法进行改进。最后将改进的BQ岩体质量分级法在黄岛地下水封石油洞库工程中进行应用,评价结果表明场区绝大部分岩体质量都为I级或II级。     

利用岩体波速定量划分岩石风化度的试验研究

现行岩石风化度的划分普遍按钻芯定性方法,而定量法则大都以室内岩块试验为基础。为了探索利用原位岩体波速测试方法进行岩石风化度定量划分,在某工程的3个基岩深孔中进行了检层法与超声波法波速测试,以钻孔揭露的岩芯并结合室内波速确定的风化界线为基准,设定风化岩石的岩体波速比,并利用不同方法测定的纵、横波速度换算成波速比来划分岩石的风化程度。试验研究表明,按此方法划分的风化度基本与钻孔揭示一致,而未风化界线偏深的原因在于其岩体波速主要取决于节理裂隙的发育程度。     

超声波钻孔成像技术在岩体质量定量评价中的应用

岩体质量分级工作是各类重大基础设施工程前期工程勘察阶段的重要基础研究工作,利用传统的人工岩芯编录开展岩体质量评价已无法满足日益精细的定量化工程建设需要。超声波钻孔成像技术可以精确测定钻孔所揭露各类结构面的产状信息、赋存状态和分布特征,极大地改善传统人工方法中的不足之处。本文提出利用超声波钻孔成像技术代替传统的人工编录和测定岩芯参数的方法,基于高精度的超声波钻孔成像数据计算岩体质量指标IRMI、结构面密度、体积节理数J_v、软弱结构面影响系数K₂等定量化指标,可以极大地提升岩体质量评价结果的精度和定量化水平。研究工作利用一个钻孔展示了这种新方法的可行性和优越性。研究案例表明,通过该技术得出的岩体质量指标更加准确、高效,在岩体质量评价上适用性较强,为今后岩体质量评价向定量化、高精度方向发展提供了新的技术方法。     

对岩体完整性指数计算中岩块波速的几点思考

对岩体完整性指数计算公式中的岩块压缩波速的测试和代表值进行探讨后认为:岩体完整性指数计算的岩体和岩块应针对同岩性的同岩组单元;工程中必须通过数理统计方法寻找岩块波速的代表值才有实际工程意义,把岩块波速最大值当成新鲜完整岩石的压缩波速值是不合理的;选取算术平均值、最大平均值、最小平均值、众值、中值及标准值之一作为岩块波速代表值时,应根据测试数据的频率分布特征进行具体分析才更加合理可靠。     

柱状节理玄武岩弹性波特性研究

金沙江白鹤滩水电站坝址区坝基范围内发育有大量柱状节理玄武岩,对其工程地质特性的研究对划分风化卸荷带、评价建基面岩体质量、确定合理开挖深度具有重要意义。通过对坝区所揭露柱状节理玄武岩的平硐弹性波和钻孔声波测试成果的统计、对比分析可知,各种玄武岩新鲜完整岩块波速有所差异,其中柱状节理玄武岩和隐晶质玄武岩的波速较高,杏仁状玄武岩和角砾熔岩波速较低;随着岩体风化、卸荷程度加剧,地震波和声波速度均呈降低的趋势,其中声波速度变化相对较小;坝基岩体的钻孔声波速度和平硐声波速度、地震波速度分布多呈近正态分布特征,峰值波速主要对应为微新岩体或弱风化下段岩体;平硐侧壁的松弛深度随着卸荷、风化程度的加剧,呈逐渐增大的趋势。     

南京地铁工程勘察中声波测试与分析

通过将声波测井及岩芯波速测量等方法运用于南京地铁工程勘察中,利用声波测井结果与岩芯物性参数对比,进行多参数综合分析,为岩体风化程度与岩体强度变化分析提供了有效的参数。原位声波波速测量,给出了岩体波速随深度的分布特征;通过原位测井波速与室内岩芯波速的对比测量,分析了不同强度岩石在不同测量条件下的差异;对原位测井波形特征的振幅变化、衰减特性分析,可进一步了解岩体的结构性质,从而证明声波测井是工程地质勘察中一种快速、经济、有效的岩体原位测试方法。     

超声波成像钻孔电视在工程勘察中的应用

介绍了超声波成像系统的工作原理,利用超声波成像钻孔电视对大亚湾场址的4个钻孔进行了测试,并统计了结构面产状、间距和RQD,与岩芯和地面结构面统计结果进行了系统对比研究。超声波成像系统具有以下几方面的优点:它可以对地表露头和岩芯结构面统计结果进行校正和补充,评价深部岩体质量;其次,还可以针对不同类型仪器来选择其探头在钻孔中的安装位置,确定最大主应力方向,以及对部分工程质量进行检测。超声波成像钻孔电视已在工程勘察、水利工程、土木工程和采矿工程等领域得到了广泛的应用,是地学界非常有用的一种勘探技术。     

基于波速特征的路堑边坡岩体强度参数研究

岩体强度是岩体工程设计中一项重要参数.传统现场原位测试方法不但耗时长、代价高,且代表性较差,公路、铁路系统不可能大量开展,目前,基于反映岩体质量的波速特征指标间接获取岩体强度参数是一个重要途径.在阐述影响岩体强度参数的基本因素之后,分析了岩体波速特征指标（纵波波速、完整性系数）与岩体质量分级的关系,最后基于大量硬质岩类的实测数据建立起岩体完整性系数与岩体强度参数间的经验定量关系,并最终得到实例检验.     

锦屏地下实验室深埋隧洞岩芯饼化特征与地应力关系分析

岩芯饼化是深部高地应力条件下硬岩表现出的一种特殊力学行为,基于深部岩体岩芯饼化的现场数据,明确岩芯饼化特征、规律及其与应力的关系,对丰富深部岩石力学行为认识和发展深部岩体力学理论具有重要意义。根据世界埋深最大(2 400 m)的中国锦屏地下实验室多个不同孔径钻孔的岩芯饼化数据,对岩芯饼化现象进行统计分析,研究了岩芯饼化的发生条件、岩饼厚度的统计特征以及岩芯饼化现象随着钻孔深度的演化规律。研究结果表明岩芯饼化现象易发生于高集中应力区域的较完整岩体中,岩芯饼化的数量一般随着钻孔直径的增大而减小,饼化岩芯的厚度随着岩芯直径增大而增大,不同直径钻孔中的岩饼厚度与岩饼直径的比值分布在0.2～0.25之间,饼化岩芯的厚度与最大主应力值大体满足负指数函数关系。     

水平层理发育泥岩取芯卸荷波速研究

对一新建火电厂基岩进行声波测试发现多组钻孔岩块纵波波速小于原位岩体纵波波速的异常现象,与传统认识大相径庭。仔细分析后得出:基岩泥岩段岩性软、水平层理发育,钻孔取芯卸荷带来的应力释放及运输、制样机械扰动使原来紧密闭合的层理面一定程度张开,导致岩块纵波波速大幅减小,出现岩块纵波波速小于岩体纵波波速的异常情况;取芯卸荷效应对岩块纵波波速的影响随弹性模量的增大而减小。     

声波测速在岩体完整性分类中的应用

针对济南地铁勘探中提出的各种要求和不同区域的复杂地质特点,使用ZBL-U520A型非金属超声检测仪测定地质勘察钻孔孔壁岩体的纵波波速,从而计算了岩体完整性系数,根据相关规范对岩体的完整性进行了研究评价,取得了良好的效果。     

珊瑚砂地层三轴搅拌桩止水帷幕波速特征研究

珊瑚砂地层因其形成环境特殊，工程性质复杂，易造成三轴搅拌桩施工缺陷。针对珊瑚砂地层中三轴搅拌桩止水体的加固效果问题，以沿海某大型深基坑止水帷幕工程为例，结合波速测试原理，采用钻孔声波测试和岩芯波速测试相结合的方法，研究了三轴搅拌桩止水体的波速特征，对此类复杂地层中工程施工质量进行评价。研究结果表明，珊瑚砂地层三轴搅拌桩止水体波速特征与渗透性、强度和完整性存在有效联系；波速特征表明，珊瑚砂地层作为岩土力学性能较差的薄弱层位，此处桩身局部存在波速偏低的部位，止水体在珊瑚砂层部位局部存在渗漏风险，且强度和完整性较差，实际工程中应采取必要的注浆补强措施，确保工程质量达到使用要求。     

桂林解放桥重建工程场地岩土工程勘察实录

该工程场地下伏岩溶强烈发育,地质条件复杂,技术要求高,施工难度大,原位测试及岩土水室内试验项目齐全,满足评价要求。勘察项目采用钻孔波速测试,结合室内岩块声波测试,准确查明溶洞分布,定性划分岩体完整性。综合采用不同方法,评价溶洞顶板稳定性;对桩端持力层选择、确定桩端标高、单桩承载力及沉降估算方法应用适当。     

利用纵波探头测定层状岩石的弹性常数

测量了2种岩块的垂直和平行于层理面两个方向的超声波速,数据表明平行于层理面方向及其法线方向具有很明显的波速各向异性,即平行于层理面方向的波速各方向数值近似相等且大于垂直于层理面方向波速。基于此,建立层状岩石的横观各向同性介质模型。根据横观各向同性介质波动理论,结合波速、波幅的变化规律分析,通过纵波探头平测法,测试了有较大平面的岩块横波在层理面内的偏振波速。在椭圆近似假设的基础上,即声波的横向的各向同性,其他方向各向异性以及纵横向之间按椭圆规律变化,简化了关于横向各向同性岩石动力参数的计算,得到了仅利用纵波探头测量4种波速即可近似地反演出横向各向同性岩石5个独立参数的结论。这对层状的岩体中的工程动力计算有其积极意义。     

花岗岩岩块饱水状态对纵波波速测试结果的影响

在岩土工程勘察中,采用纵波波速测试评价岩石的物理力学性质时,常会遇到岩块纵波波速试验值小于岩体纵波波速的异常情况。通过对青岛地铁勘察资料和勘察过程的调查分析,以花岗岩为例,采用对比试验模拟勘察试验过程进行验证,发现岩块饱水状态的变化和岩块纵波波速测试规程不严谨是导致岩块纵波波速测试结果不准确的重要原因之一。结合发现,文中对提高花岗岩岩块纵波波速测试结果准确性提出了建议。     

硐间地震层析成像及其工程应用

本文简单介绍了地震波层析成像技术(Computerized Tomography,简称CT)的基本原理,并对硐间地震层析成像技术的特点和应用条件做了说明。以某水电站左岸部分平硐勘测为实例,利用硐间地震波层析成像法反演确定了该部位山体的波速分布情况,根据波速分布划分其岩体质量,确定地质构造及软弱岩带的空间分布,为水工枢纽工程布设提供了物探成果的地质解释资料。结果表明该方法具有分辩率高、图像直观、易于解释的优点。