[发明专利]一种利用声波速度评价洞室围岩松弛厚度及等级的方法

说明书

本发明公开了一种利用声波速度评价洞室围岩松弛厚度及等级的方法，制作各单孔声波速度值随孔深变化的表格并绘制声波速度值随孔深变化的曲线，统计洞室各单孔声波速度平均值；按与单孔声波速度平均值等速度值的第一个测点所对应的孔深，初步确定松弛岩体与原岩的界限，再结合地质情况分析声波速度曲线的趋势即可综合确定洞室围岩松弛圈厚度；分别统计各单孔松弛岩体和原岩的声波速度平均值，计算声波速度衰减率和松弛岩体完整性系数；用波速衰减率、松弛岩体完整性系数评价岩体松弛等级。具有快速、准确、相对定量优势，适用于单孔、跨孔声波测试方法，可推广至不同领域洞室松弛圈确定、建基岩体爆破影响深度、岩体卸荷深度及等级等方面评价。

技术领域

本发明涉及水利水电工程洞室围岩稳定性的评价和洞室支护方式，具体说，是一种利用声波速度评价洞室围岩松弛厚度及等级的方法。

背景技术

通常洞室岩体松弛圈的特征为岩体结构松弛，松弛层之外应力集中并成为洞室的持力层，持力层之外为应力过渡带并最终过渡到原始应力状态。不同应力带其物性参数多具明显的差异，从而为诸多物探方法提供了基本前提。

就弹性波法测试松弛圈厚度而言，松弛层表现为低速区，持力层表现为高速区，初始应力区波速为正常值，通过测试分析沿垂直腰墙、洞顶、顶角、洞底等方向一定深度岩体速度的变化规律即可确定松弛圈厚度。

众所周知，单孔、跨孔声波测试是评价松弛圈最有效的方法。其判断松弛圈厚度的方法主要有：

⑴常规方法是根据声波速度随孔深变化的趋势判断应力下降带、上升带和原始应力带，其应力下降带即为松弛圈。

⑵取岩体开挖前原始状态的波速作为标准波速，则低于该波速的部位为松弛层。若无法获得标准波速，当存在一个或多个峰值时说明在该处存在应力集中区，峰值波速甚至会超过原岩波速，通常以最高的峰值点对应的测点深度作为松弛层边界，最终通过各点的松弛深度确定松弛圈。

⑶声速低限值判断法，此种方法通过对实测数据的统计分析，求出速度均值、标准差、异常判断临界值，进而确定声速低限值。

⑷用波速方法判断松弛圈。测试同部位岩体的爆后波速V_p2与爆前波速V_p1，计算其衰减率η＝(V_p1-V_p2)/V_p1×100％，若η大于10％，则判断爆破破坏了岩体；当η小于等于10％时，说明爆破是安全的。

⑸依据松弛圈的形成原理，提出了基于完整性系数的松弛圈判别准则和测试方法。

上述方法⑴、⑵均存在一定的模糊性和经验性且常规法多按声波速度曲线第一峰值点或第一半幅值点确定松弛与未松弛的界限，有时造成错判(错判率大致20％)；方法⑶经过多孔验证所判断的松弛圈显著偏小、明显失真；方法⑷对于洞室不具有操作性；方法⑸需要测试岩块速度进而确定完整性系数，其时效性失真且大量实测成果证明孔内声波速度多大于岩块速度；上述5种方法不仅存在上述缺陷，且未能对洞室围岩松驰等级进行评价。

本发明利用声波速度平均值、波速衰减率和岩体完整性系数并结合声波速度曲线趋势和地质情况综合确定洞室岩体松弛圈厚度、评价洞室岩体松弛等级与常规方法相比具有快速、准确、相对定量之优势，适用于单孔、跨孔声波测试方法，可推广至各类洞室岩体松弛圈确定、建基岩体爆破影响深度、岩体卸荷深度及等级等方面的评价应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用声波速度评价洞室围岩松弛厚度及等级的方法，快速、准确确定洞室岩体松弛圈厚度、评价洞室岩体松弛等级，客观评价了水利水电工程洞室围岩稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用声波速度评价洞室围岩松弛厚度及等级的方法，包括以下步骤：