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。     

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。     

空间岩体裂隙网络灌浆数值模拟研究

为提高和评估岩体灌浆效果,研究和预测浆液在空间岩体裂隙网络内的渗透规律,结合宾汉流体在单一光滑倾斜裂隙内的流动公式,建立了空间岩体裂隙网络的宾汉浆液渗流和裂隙变形耦合模型。在此模型上对灌浆进行实时模拟。另外还研究了灌浆过程中裂隙变形及对灌浆的影响。计算结果表明,通过该模型可预测浆液在岩体中渗透状态,改进灌浆参数。     

隔河岩大坝灌浆帷幕岩体力学强度的扫描电镜试验研究

通过在扫描电镜(SEM)下对隔河岩大坝灌浆帷幕岩体的试样切片进行抗压和抗拉试验,得到了高压灌浆后水泥结石充填和胶结的裂隙面力学强度参数;并根据胶结面和岩体内微裂隙分布网络,分析了高压灌浆的加固机制和岩体变形破坏的微观机制,得到了一些有意义的结论。本文结果说明,高压水泥灌浆有助于改善岩基的强度和刚度。     

岩体灌浆的数值模拟

认为浆液只在连通性和渗透性好的裂隙网络中流动,在模拟岩体裂隙网络基础上,建立了裂隙网络宾汉姆浆液的渗透模型,在此模型上对灌浆进行实时模拟。另外还研究了灌浆过程中裂隙变形及对灌浆的影响。计算结果表明通过该模型可预测浆液在岩体中渗透状态,改进灌浆参数.     

钻孔岩体裂隙几何参数确定方法研究及其应用

 裂隙岩体渗透性是高放废物处置库场址选择和评价的重要考虑因素。钻孔岩体渗透性特征主要依靠钻孔电视获得的裂隙几何参数来确定。针对传统统计法确定裂隙几何参数存在的不足和误差,提出了新的统计方法和计算公式。研究认为：(1) 由于岩体裂隙空间分布多变性,提出了以裂隙密度和产状为基础的岩体均质区划分方法;(2) 钻孔岩体裂隙发育优势产状采用聚类分析方法来统计;(3) 裂隙间距的确定考虑了测量误差的影响并提出了修正公式;(4) 裂隙有效水力隙宽提出按照力学成因来确定。将获得的裂隙几何参数代入渗透张量计算程序中,得到钻孔岩体的渗透张量以及渗透主值和主渗透方向,从而为钻孔岩体渗透性分析提供依据。     

钻孔岩体裂隙几何参数确定方法及其应用

裂隙岩体渗透性是高放废物处置库场址选择和评价的重要因素。钻孔岩体渗透性特征主要依靠钻孔电视获得的裂隙几何参数来确定。针对传统统计法确定裂隙几何参数存在的不足和误差,提出新的统计方法和计算公式。研究结果如下:(1)由于岩体裂隙空间分布多变性,提出以裂隙密度和产状为基础的岩体均质区划分方法;(2)钻孔岩体裂隙发育优势产状采用聚类分析方法来统计;(3)裂隙间距的确定考虑了测量误差的影响,并提出修正公式;(4)裂隙有效水力隙宽提出按照力学成因来确定。将获得的裂隙几何参数代入渗透张量计算程序中,得到钻孔岩体的渗透张量以及渗透主值和主渗透方向,从而为钻孔岩体渗透性分析提供依据。     

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。     

考虑岩体完整程度的岩石爆破损伤模型及应用

现有爆破损伤本构模型未能考虑岩体完整程度对爆破作用效果的影响。为此,对Yang等提出的爆破损伤模型进行了改进,建立考虑初始损伤的弹塑性爆破损伤本构模型及提出用于评价围岩受爆破影响的损伤判据。该本构模型包含初始损伤变量和岩体完整性指数、声波波速等参数间的关系式,并利用岩体初始完整性指数的变化考虑其完整程度对爆破损伤作用的影响。把该模型引入到LS-DYNA数值软件中,并结合工程实例进行数值模拟,得到爆破损伤云图及相应的爆破影响范围。然后将计算得到的爆破影响范围与现场实测值、基于常用的TCK爆破损伤模型的数值计算结果进行了对比。最后,分析了爆破影响最大半径、最大深度与岩体初始完整性指数间的关系。研究表明,爆破影响最大半径、最大深度均随岩体初始完整性指数的减小而增大,且前者的变化更为显著。基于所提出模型的数值计算结果和现场实测值较为符合;提出的损伤模型可为考虑岩体完整程度对爆破开挖影响的理论研究和工程实践提供参考。     

裂隙岩体透水率与其完整性指数及BQ值的关系初探

岩体的渗透系数是评价岩体渗透性,进行裂隙岩体渗流模拟的必备参数,在工程实际应用中亦具有重大意义。研究发现:岩体的完整性系数和基本质量指标(BQ值)的算术平均值与裂隙岩体透水率的几何平均值相关性较好,故利用岩体的完整性系数和基本质量指标(BQ值)的算术平均值估算裂隙岩体的渗透系数是可行的。根据金堆城杨家湾尾矿库初期坝的岩体压水试验结果,初步探索了岩体的基本质量指标及岩体完整性指数与其透水率的关系。     

水泥–化学复合灌浆在断层补强中的应用效果评价

锦屏I级水电站f2断层及两侧挤压错动带内岩体破碎、力学性能较差、抗渗指标低,对坝基的承载能力影响较大,工程实践过程中采用水泥–化学复合灌浆对其进行加固处理。通过现场声波、孔内变形模量测试及室内物理力学试验,对灌后岩石的孔隙率、抗压强度及抗剪强度等主要指标进行研究。结合扫描电镜(SEM)手段,分析灌后岩石的细部结构特征及化学浆液充填情况,综合试验检测数据对水泥–化学复合灌浆对断层处理的效果进行评价。研究结果表明：灌后f2断层岩体声波波速、抗剪强度提高较为明显,达到设计要求。化学浆液在微裂隙中填充饱满,最小可灌入0.01 mm的裂隙。水泥–化学复合灌浆技术可使断层破碎岩体的完整性及力学性能得以改善,是处理岩体软弱结构面一种有效方法。     

岩体完整性指数与弹性模量之间的关系研究

 岩体弹性模量值与其完整性指数之间有密切关系,通过其完整性的研究可以间接推断弹性模量值。引入钻孔摄像及相关分析方法获取岩体完整性指数,采用损伤力学原理分析该参数与岩体弹性模量的关系。结果表明,在岩块弹性模量近似不变的情况下,两者之间应具有正线性相关关系,现场试验结果验证了该结论的正确性。另外,对岩体完整性指数和岩石质量指标与岩体弹性模量之间的相关性进行对比结果表明,岩体完整性指数与弹性模量的相关性更好。     

考虑时间因素的岩体灌浆参数设计研究

水泥灌浆常被用来提高岩体的完整性和降低其渗透性,其工艺参数的设计目前主要依赖于灌浆工程师的经验和类似工程的类比,灌浆时间一般不包括在灌浆设计参数中。根据水泥浆液在光滑顺直裂隙中的扩散运动方程,考虑水泥浆液的宾汉体流变性质和其颗粒特性,并在给出灌浆特征时间概念的基础上推导出灌浆过程中浆液扩散比与灌浆时间比的关系,提出了基于灌浆时间的灌浆结束标准,并结合岩体裂隙开度分布规律对其在灌浆设计和施工中的运用进行了分析,可为灌浆工程的设计和施工提供有益的参考。     

煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术探讨

本文通过对钻孔封孔漏气造成瓦斯抽采浓度低的原因分析,提出带压封孔技术工艺,借助注浆泵设备提供一定的注浆压力,以此保证水泥浆在钻孔周围煤岩体裂隙内的渗透扩散,加固充填裂隙,增强煤体强度,同时加入适量的膨胀剂,避免浆体凝固收缩产生空隙,从而达到杜绝钻孔附近煤岩体裂隙和孔壁空隙漏气对钻孔瓦斯抽采的影响。     

岩体裂隙化程度与岩体变形参数的关系研究

岩体的裂隙化程度是影响岩体结构类型、岩体质量优劣以及工程岩体综合评价利用的重要因素,因此岩体裂隙化程度的定量评价具有重要的工程意义.在介绍岩体结构面分类情况的基础上,选用单位面积节理数即平硐内硐壁每5 m硐段的裂隙总条数作为岩体裂隙化程度的量化指标.然后,结合黄河上游某水电站的工程实例,运用单位面积节理数指标,通过数理统计方法统计分析岩体中的裂隙条数,探讨了该指标与岩体变形参数的关系,为可利用岩体的评价提供了较好的理论基础.     

二滩电站碎裂结构岩体灌浆处理对岩体力学性态的影响

本文在坝址工程地质条件评价的基础上,分析了碎裂结构纤闪石化玄武岩及微弱风化正长岩的力学特性及可能对坝肩和大坝稳定性的影响;简述了坝址碎裂结构岩体的灌浆试验,对灌浆前后碎裂结构岩体的力学性态进行了系统的检测;研究了灌浆处理对岩体力学性态的影响。试验研究结果表明,坝址碎裂结构岩体经过灌浆处理,其力学性能得到明显的提高,可以满足大坝设计及稳定的要求。     

采用滑动测微计监测坝基岩体卸荷变形

介绍了瑞士高精度滑动测微计监测沿钻孔中应变分布的原理和方法;采用滑动测微计成功监测了小湾坝基开挖及混凝土压重状态下的岩体卸荷变形,探测卸荷裂隙分布和张开位移量,定量分析了坝基卸荷岩体变形发展规律,为评价坝基岩体质量和调整坝基岩体力学参数提供了依据,可供类似工程参考。     

用钻孔弹模计评价大坝基础固结灌浆效果

基于水电站大坝基础固结灌浆试验，详细介绍了钻孔弹模计的测试原理、试验方法和资料处理。试验现场利用钻孔弹模计对大坝基础固结灌浆前后的岩体弹性模量进行了测试，为评价固结灌浆试验效果提供了科学依据。     

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。     

交河故城崖壁裂隙灌浆效果的电法探测与评价

采用高密度电法对交河故城崖壁裂隙灌浆前后的电阻率进行了对比探测,通过电性分析,提出了灌浆效果的评价方法。对比分析结果显示,灌浆前裂隙表现为极高阻,灌浆后裂隙电阻率为凝固浆液与周边土体的综合反应,裂隙越小,越接近土体,裂隙越大,越接近凝固浆液。总体结果显示,交河古城崖壁灌浆效果较好,浆液充填饱满,灌浆后不存在裂缝或孔洞。