[发明专利]基于岩体声波信号的隧道地应力方向测试装置及方法

说明书

本公开提出了一种基于岩体声波信号的隧道地应力方向测试装置及方法，包括检波器固定装置、检波器、连接杆以及监控终端，所述监控终端与检波器通信连接；检波器固定装置用于将检波器按照设定的间距设置在连接杆上，以使得检波器在钻孔的不同深度位置收集信号。可以获取隧道特定区域内岩体的波速矢量，通过波速椭圆的拟合，求解出地应力的方向。同时该装置可以通过一次敲击可以同时获得多个方向的声波信息，提高了现场试验采样的效率。

技术领域

本公开涉及地应力测试相关技术领域，具体的说，是涉及基于岩体声波信号的隧道地应力方向测试装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

地应力是在长期的地层自然形成的年代里，由于地球经过无数次的地壳运动及其他原因而赋存于地壳物质内的初始岩体应力。无论是在深山中开挖隧道还是在城市中兴建地铁等工程，地应力是工程建设中无法避免的重要影响因素。在工程建设中，尤其是大型地下工程，对于地上和地下开挖的岩体稳定性以及工程安全性来说，地应力起着决定性作用。因此，如何测定地应力就成为学术界及工程人员的当务之急。

如在我国川藏铁路隧道的建设过程中，高地应力产生的岩爆，软岩大变形等问题是影响施工的主要难题。对地应力的方向进行准确的获取便成为解决这一难题的第一步。

发明人发现，目前最常用的地应力测试方法包括水压致裂法和应力解除法，传统水压致裂法仅可通过垂直钻孔来测试地应力的方向，设备庞大，在隧道中并不适用；应力解除法，需要测得岩体应力应变等参数，过程较为复杂且占用较多的时间，并且由于对岩心的钻取要求比较高，使得测量成功率极低；现有的测量方法无法满足日益增长的快速施工需求。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了提供了基于岩体声波信号的隧道地应力方向测试装置及方法，可以获取隧道特定区域内岩体的波速矢量，通过波速椭圆的拟合，求解出地应力的方向。同时该装置可以通过一次敲击可以同时获得多个方向的声波信息，提高了现场试验采样的效率。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了基于岩体声波信号的隧道地应力方向测试装置，包括检波器固定装置、检波器、连接杆以及监控终端，所述监控终端与检波器通信连接；检波器固定装置用于将检波器按照设定的间距设置在连接杆上，以使得检波器在钻孔的不同深度位置收集信号。

一个或多个实施例提供了基于岩体声波信号的隧道地应力方向测试方法，包括如下步骤：

通过上述的装置将多个检波器设置在钻孔中的不同深度位置；

在钻孔周围对岩体施加振动信号；

获取钻孔中不同位置检波器接收到的声波信号，根据波速信号获得岩体的波速矢量；

对获得的波速矢量，通过椭圆回归方法进行椭圆拟合，获得最优椭球，进而获得检测区域的三维地应力方向。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开设置的装置可以获取隧道特定区域内岩体的波速矢量，进行波速椭球拟合后可获得地应力方向。同时该装置可以通过一次敲击同时获得多个位置的地震波信息，提高现场试验采样的效率。

本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的装置的第一结构示意图；

图2是本公开实施例1的装置的第二结构示意图；