基于岩芯图像深度学习的矿山岩体质量精细化评价

矿山工程为了获取准确的资源储量而进行的地质钻探往往会获取大量的岩芯图像,从中提取岩体结构信息进行岩体质量评价具有现实的工程意义.目前人工对钻孔岩芯进行岩石质量指标RQD的编录方法效率低下且受主观因素影响,为此首先使用Mask-RCNN深度学习实例分割网络从钻孔岩芯图像中自动识别出单排岩芯,进而从单排岩芯中识别出长度大于...     

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。     

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。     

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。     

钻孔电视技术在高边坡勘察中的基础效用分析

以某核电边坡工程为例,介绍了钻孔电视技术的工作原理。重点分析了其在岩体结构面产状统计分析、岩石质量指标(RQD)评价、岩体完整性评价、脉岩与围岩的接触关系评价等方面的基础效用,得出了一些有意义的结论。     

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。     

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。     

钻孔过程监测(DPM)对工程岩体质量评价方法的完善与提升

提出能够完善和提升现有工程岩体质量评价方法的一套新技术、新方法和新规律.新技术为现场钻孔过程监测(DPM)技术.新方法为钻孔过程时空数据的快速直观时间序列分析方法.新规律为钻头进深随时间曲线呈分段线性变化,每段钻进速度是常数,每一常数钻速段代表一个均匀抗钻岩石(岩块),常数钻速之间的突变点或低钻速段分别为钻孔穿过岩块间断面的截点或截段.DPM可以提供工程岩体质量评价完善和提升所需要的新的测量方法和数据,从而可以快速、有效、定量地测量到岩石块体的单轴抗压强度、大小和地下分布,以及岩石块体之间界面断面的产状、延伸、凸凹起伏平整度、厚度和充填物质的物理和力学性质.通过实例来介绍、分析和解释这套技术、方法和规律.并且给出DPM钻孔过程监测完善和提升现有工程岩体质量评价RQD,Q,RMR和BQ方法的具体途径和计算公式,能更客观全面地确定岩块单轴抗压强度、岩体质量指标、岩体完整程度、岩石坚硬程度和间断面.     

工程岩体的超声波分类及强度预测

针对目前在岩石工程中广泛采用的隧洞围岩分类Ｑ系统和ＲＭＲ工程岩体分类,利用统计结果将岩体的超声波速与岩质量指数Ｑ和岩体分类指数ＲＭＲ联系起来,建立了由岩体超声波速估计岩体分类指数ＲＭＲ的计算公式,通过测定岩体的超声波可对岩体进行分类。为了预测岩体的变形及强度参数,引入Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则,给出了岩体变形及强度参数的预测方法。在三峡工程永久船闸高边坡岩体的应用中,超声波预测的力学参数与ＲＭＲ分类     

基于V.RQD值与Hoek-Brown准则的破碎岩体强度研究

被多组贯通结构面切割后产生的大体积破碎岩体在不同围压下仍具有一定的强度,但通过Hoek-Brown准则对其进行强度评价时,因对岩体结构划分缺乏定量描述,使得参数m与s的取值很难准确确定。在传统RQD值不足的基础上,引入不同阈值下的三维体积V.RQD值概念,建立破碎岩体质量指标V.RQD值计算机模拟方法,结合RMR评分标准和Hoek-Brown强度准则,通过探讨三维体积V.RQD值的取值范围,得到不同阈值时岩体质量参数m,s值与Hoek-Brown强度包络线以及岩体变形模量E0等之间的一些变化规律,定量化表述V.RQD值对破碎岩体强度的影响。结果表明,V.RQD值作为岩体质量指标之一,可为破碎岩体的强度估计提供新的实用途径。     

考虑节理影响的岩体基本质量指标定量评价

岩体完整性系数K_v是确定岩体基本质量指标BQ的主要参数，目前国家标准只考虑节理数量而未反映节理倾角和填充物对K_v影响。通过对含不同节理面的花岗岩岩样的纵波波速测试，探讨节理数量、倾角、填充物对岩体纵波波速的影响规律。考虑节理倾角、填充物的影响，提出了一种定量计算K_v的评价方法。将K_v视为正态分布随机变量，以90%的保证率估算K_v值，获得与Jv的对应关系，结果与国家标准推荐值非常接近。从岩体力学强度评价角度，计算验证了该方法在实际岩体评价中的适用性。提出方法可为岩体基本质量指标BQ的定量评价提供参考。     

高分辨率声波钻孔电视及其在核废物地质处置深部岩体研究中的应用

声波钻孔电视测量是最早能获得钻孔直观图像的地球物理测井方法,新一代声波钻孔电视探头采用了先进的声波束聚焦技术、数字记录技术和数字化数据处理技术,具有精度高、分辨率高和测井速度快等特点。在高放废物深地质处置库场址预选和场址评价研究中,深部岩体的节理裂隙特征参数是场址性能评价的基础数据之一。利用高分辨率声波钻孔电视测井技术,可获得钻孔孔壁直观图像和孔壁各点的三维磁坐标和倾斜坐标参数。利用这些参数,计算钻孔的偏移量、进行钻孔裂隙统计分析、岩芯定向排列和评价局部范围内深部岩体节理裂隙和断裂构造的延伸特征等。声波钻孔电视是一种方便、快捷、精度高的深部岩体裂隙测量工具。     

岩体动静参数测试及其关系研究

依据钻孔岩芯、钻孔电视录像可直观定性判定岩体质量,实施声波测井可准确测定岩体纵波速度,根据可靠的声波测试成果结合对岩芯、孔内录像的直观分析可判断易受多种因素影响的孔内岩体静弹模测试值的可靠度,从而去伪存真,建立有效的动、静参数相关式。对某工程钻孔原位测试所获岩体动、静参数的空间分布特征和相关性等的研究结果表明,岩体的动、静参数与岩体的岩性、结构面发育情况和风化程度等密切相关,其相关式不仅可将大量的声波测试成果转化为静弹性模量,为建基面确定、坝基岩体质量分级、稳定性评价及静弹模分区、应力分析和三维设计提供实用指标,还可供类似地质区域借鉴。     

岩体结构面网络三维模拟的工程应用研究

主要介绍了岩体结构面网络三维模拟技术及其工程方面的研究。利用结构面网络模拟可以建立岩体的结构模型，研究岩体的结构特征，用于岩体质量评价、隔了体搜索等，在岩体力学问题研究中有着重要作用。     

基于钻进过程指数定量评价岩体完整性原位试验研究

钻孔过程中钻具实时响应特征蕴藏着大量工程地质信息,通过解译钻进数据定量评价岩体完整性,可为快速获取工程岩体的地质特征提供新途径。采用高精度数字液压、扭矩、转速和激光位移传感器监测地质钻机传动部位,搭建了新型地质钻机数字钻进监测系统。开展了均质材料和裂隙岩体原位钻进试验,根据实时、连续及同步获取的钻具响应特征参数,建立了钻进压力、钻进扭矩、钻头转速和钻进速度的函数关系。在此基础上,滤除钻机机械参数对钻进速度的影响,提出了用于表达岩体完整性的新指标——钻进过程指数。研究发现,钻进过程指数的数字变化趋势能综合反映岩体的破碎程度,能通过信息化方法和数据运算获取岩体完整性,削减了人工统计RQD和编纂岩芯柱状素描图等繁杂的工序,还降低了人为主观因素的不利影响。     

基于钻孔电视和声波测试的某地下水封洞库岩体质量初步评价

钻孔电视测试和声波测试作为定量或准定量的测试手段,可为岩体质量评价提供准确的数据,已被广泛应用于地下工程勘察中。在某拟建地下水封洞库选址勘察中,对拟选库址区布置的两个钻孔进行了钻孔电视测试和声波测试,获取了大量有效可视的钻孔岩芯定量数据和岩体波速数据。通过数理统计的方法对这些测试数据进行了分析,并运用改进的地下水封洞库岩体质量分级体系(UWCQ)对钻孔深部岩体质量进行了初步评价,评价结果可为洞库选址和后续设计提供重要决策依据。     

分形理论在岩体质量评价中的应用研究

简要地回顾了岩体质量评价体系,提出了一种利用分形分布与概率的联系来评价岩体质量的方法,并给出了相应的岩体质量评价的标准。研究表明,分维数D能够弥补岩石质量指标RQD在评价岩体质量中的某些不足,可以作为评价岩体质量的一个定量指标。     

裂隙岩体质量三维精细分级S-RMRmbi方法及可视化

传统岩体质量分级方法级别较少,其评分标准常呈阶梯状,应用于裂隙岩体质量评价时,其精度无法满足岩体质量出现复杂多变情况时的评级要求,使得同级别岩体质量可能出现显著差异,因此有必要将岩体质量级别做进一步精细分级处理,并为评价岩体工程稳定性和制定支护方案提供依据。基于前期开展的岩体质量RMR_mbi分级方法和结构均质区三维分显研究工作,以广西铜坑矿锌多金属矿体3^#矿块为试验区,进行RMR_mbi质量评级;结合综合模糊判别理论,提出岩体质量精细分级S-RMR_mbi方法,对试验区分级结果做进一步细化;并以均质区三维分显模型为载体,借助3DMine可视化功能,构建岩体质量精细分级可视化模型;从定性以及定量两方面对RMR_mbi和S-RMR_mbi法进行对比分析后,进一步提出与精细分级后的岩体相对应的支护方案。研究结果表明:(1)质量5级分档对凸显裂隙岩体质量层次性效果不够理想,基于综合模糊判别理论的岩体质量精细分级S-RMR_mbi方法有效细化了岩体质量分级结果;(2)赋有S-RMR_mbi分级属性值的各均质区及重组模型展示了岩体质量的空间分布特征;(3)S-RMR_mbi和RMR_mbi两分级结果模型显示其岩体质量分布状况大体一致,基于相似度的两方法λ12值为0.999 2,验证了S-RMR_mbi分级方法的合理性;(4)精细化分级后的岩体可采取更为细致、有效的支护手段。研究成果对于提升裂隙岩体质量评价精度与制定具体施工方案具有重要的指导作用。     

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。     

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。