[发明专利]一种评价动荷载作用下地下洞库围岩损伤的系统及方法在审

专利信息
申请号: 201811552103.3 申请日: 2018-12-18
公开(公告)号: CN109375268A 公开(公告)日: 2019-02-22
发明(设计)人: 不公告发明人 申请(专利权)人: 清华大学
主分类号: G01V1/48 分类号: G01V1/48;G01V1/50
代理公司: 西安中科汇知识产权代理有限公司 61254 代理人: 韩冰
地址: 100084*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 碰撞传感器 动荷载 锚栓 地下洞库 调节仪 纠偏 数据传输光纤 损伤 下端面 摆线 筒形 围岩 竖井 光纤传感器 三维有限元 计算模型 理论计算 上等间隔 系数测试 轴向固定 测震仪 测振仪 可视化 同心的 轴心线 计算机 重合 摆球 井壁 内套 求解 三维 直观
【说明书】:

本发明公开了一种评价动荷载作用下地下洞库围岩损伤的系统及方法,该系统包括测振仪,测震仪包括筒形锚栓,锚栓内套设有与其同心的筒形碰撞传感器,锚栓顶端固定有纠偏调节仪,碰撞传感器的顶端固定在纠偏调节仪下端面,纠偏调节仪下端面固定有与碰撞传感器的轴心线重合的摆线,摆线末端固定有摆球,碰撞传感器通过数据传输光纤连接到计算机;将测震仪的锚栓轴向固定于竖井底部的井壁,在数据传输光纤上等间隔安装有若干DAS测震光纤传感器,并在计算机中安装有Multiphysics COMSOL软件;本发明基于动荷载系数测试、理论计算和三维有限元MS软件的求解,具有科学性和可靠性,最终在三维计算模型中可直观、定量地可视化不同动荷载对地下洞库的损伤破坏影响程度。

技术领域

本发明涉及地下水封洞库地震监测领域,特别是一种评价动荷载作用下地下洞库围岩损伤的系统及方法。

背景技术

动荷载作用下隧洞/隧道围岩安全性评价仍是岩石力学与地下工程亟待解决的难题。尤其是地下水封油气洞库面临的地震、工程开挖和地表施工影响,实时了解和掌握地下洞库稳定性对保障其安全运营具有重要作用。目前,国内已发表和出版了《地下结构抗震设计标准》(清华大学牵头、张建民院士),但主要针对城市地下结构抗震问题。法国目前有相关的地下油气洞库抗震标准,但其设计施工与中国有很大差别,法国地下洞库主要设计在近地表,因此法国的地下洞库抗震评价标准不适用于我国大多数洞库实际情况。

地下水封油气洞库与铁路或公路隧道、引水隧洞存在差别,其最典型的特点为地下洞库密封,施工完成后无法得知其内部围岩状况。我国目前针对地下油气洞库监测,主要采用传统的技术监测手段与微震监测相结合的方式,绝大多数仅停留在判断地下洞库受到了多大程度震动的影响,各种监测技术均是通过反演、反推来间接判断洞库可能出现的拉裂破坏程度,缺少可直观、定量地反映地下洞库围岩状况的方法,加之地下洞库场区难以避免的会遇到地震、工程开挖和地表施工等复杂动荷载影响,评价和判断地下洞库围岩状态成为亟需突破的技术难题。同时,地下水封洞库受动荷载作用影响,可能会发生的状况有:水封失效、漏油和局部坍塌等问题,严重制约安全稳定运营。

现有的针对地下水封油气洞库围岩稳定性的评估方法,主要包括三种:一是通过对水幕巷补水压力和补水量评估洞库围岩是否发生开裂、坍塌,这种方法可靠性低、难以直观地反映真实洞库围岩情况;二是通过在地表定向施工钻孔,然后通过钻孔观测手段获取洞库围岩附近状况,此方法施工难度大、技术成本高,获得洞库围岩信息具有局限性;三是在地下洞库建立微震监测系统,通过微震监测数据反映洞库的稳定性,此方法国内外目前在采矿、石油和大坝抗震等领域应用成熟,但在各领域的应用均缺乏统一的标准,包括已公开专利申请号CN 107861157A“一种地下水封洞库运营期微震监测方法”也未提及什么样的条件下地下水封洞库是安全的。因此,如何科学地、合理地通过微震监测系统评价洞库围岩的稳定性,成为亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是要针对现有的地下洞库稳定性监测问题,缺少科学合理的分析方法和评价标准,提供一种评价动荷载作用下地下洞库围岩损伤的系统及方法。

为达到上述目的,本发明是按照以下技术方案实施的:

本发明的第一个目的是,提供一种评价动荷载作用下地下洞库围岩损伤的系统,包括测震仪,该测振仪包括用于安装在竖井井壁的筒形锚栓,锚栓内套设有与其同心的筒形碰撞传感器,锚栓顶端固定有纠偏调节仪,碰撞传感器的顶端固定在纠偏调节仪下端面,所述纠偏调节仪下端面固定有与碰撞传感器的轴心线重合的摆线,摆线末端固定有摆球,所述碰撞传感器通过数据传输光纤连接到用于根据摆球摆动程度采集和计算得到动荷载系数的计算机。

作为对本发明技术方案的进一步改进,所述锚栓由抗氧化性树脂制成。

本发明的第二个目的是,提供一种评价动荷载作用下地下洞库围岩损伤的方法,使用上述的评价动荷载作用下地下洞库围岩损伤的系统,包括以下步骤:

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