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一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法

文檔序號:6190776閱讀:252來源:國知局
一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法,本發(fā)明的技術(shù)方案是:針對橫觀各向同性的柱狀節(jié)理巖體,為了單向微震監(jiān)測傳感器能更準確采集到柱狀節(jié)理破裂時產(chǎn)生的微震動信號,本發(fā)明通過聲波測試技術(shù)分別獲取聲波在平行和垂直柱狀節(jié)理巖體柱體軸線方向的波速,將單向微震監(jiān)測傳感器與聲波波速大的方向呈一致布置,從而有利于單向微震監(jiān)測傳感器對柱狀節(jié)理破裂時產(chǎn)生的微震動信號進行采集,提高了柱狀節(jié)理巖體穩(wěn)定性微震實時監(jiān)測預警效果,適用于柱狀節(jié)理巖體微震監(jiān)測。
【專利說明】一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖體微震監(jiān)測技術(shù),更具體涉及一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法,適用于柱狀節(jié)理巖體微震監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002]柱狀節(jié)理構(gòu)造是常見于火山熔巖中的一種呈規(guī)則或不規(guī)則柱狀形態(tài)的原生張性破裂構(gòu)造,多見于玄武巖中,在我國一些水電站(白鶴灘、溪洛渡、銅街子)均有揭露。柱狀節(jié)理巖體節(jié)理極為發(fā)育,屬于完整性較差巖體,在工程開挖過程中自穩(wěn)能力較差,易發(fā)生破壞,對施工人員和工程進度均存在較大安全危害。以白鶴灘水電站為例,在已開挖的導流洞中已出現(xiàn)多次柱狀節(jié)理巖體掉塊、垮塌和巖爆現(xiàn)象,嚴重了影響施工人員安全及工程進度。
[0003]柱狀節(jié)理巖體通常可看作橫觀各向同性體,巖體在垂直于其柱體平面內(nèi)各向同性,而其他方向為各向異性。柱狀節(jié)理巖體主要發(fā)育平行于其柱體的縱向節(jié)理和垂直于其柱體的橫向節(jié)理,且兩組節(jié)理的物理力學性質(zhì)存在較大差別,造成柱狀節(jié)理破裂時產(chǎn)生的震動波在垂直于柱體軸線方向和平行于柱體軸線方向的傳播特征也明顯不同。在利用單向微震監(jiān)測傳感器對柱狀節(jié)理巖體破裂信號進行采集時,由于單向微震監(jiān)測傳感器具有明顯的方向性,單向微震監(jiān)測傳感器的布置方向?qū)χ鶢罟?jié)理巖體破裂產(chǎn)生的震動信號的采集能力具有重要影響。當震動波的振動方向與單向微震傳感器軸線方向一致時,單向微震監(jiān)測傳感器能較好采集到震動波形,否則采集到的就是振動分量。因此,在柱狀節(jié)理巖體中進行微震監(jiān)測時,恰當?shù)膯蜗蛭⒄鸨O(jiān)測傳感器布置方向能更好的接收柱狀節(jié)理巖體破裂時產(chǎn)生的振動信號,提高柱狀節(jié)理巖體穩(wěn)定性微震實時監(jiān)測預警效果,保證施工人員安全及施工進度。目前,該方面的研究尚未見相關(guān)文獻報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述存在問題,本發(fā)明的目的在于提供一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法,針對柱狀節(jié)理巖體橫觀各向同性特征,通過合理布置單向微震傳感器方向,使單向微震監(jiān)測傳感器有利于采集柱狀節(jié)理巖體破裂產(chǎn)生的微震動信號,從而提高柱狀節(jié)理巖體穩(wěn)定性微震實時監(jiān)測預警效果,保證施工人員安全及施工進度。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法,所述方法包括以下步驟:
a在確定的微震監(jiān)測位置附近測量柱狀節(jié)理巖體柱體軸線的產(chǎn)狀,向柱狀節(jié)理巖體內(nèi)鉆設第一聲波測試孔和第二聲波測試孔,第一聲波測試孔產(chǎn)狀與柱狀節(jié)理巖體柱體軸線產(chǎn)狀平行,第二聲波測試孔產(chǎn)狀與柱狀節(jié)理巖體柱體軸線產(chǎn)狀垂直。
[0006]b將聲波檢測換能器分別推入第一聲波測試孔和第二聲波測試孔孔底,按20cm間隔由孔底向孔口平移逐點進行聲波測試,獲取第一聲波測試孔和第二聲波測試孔不同深度處聲波波速。分別對第一聲波測試孔和第二聲波測試孔聲波波速穩(wěn)定后的所有測試點波速值進行平均,取平均值作為該測試孔聲波波速。[0007]c對比所測得的第一聲波測試孔和第二聲波測試孔聲波波速大小,確定微震監(jiān)測孔的產(chǎn)狀,微震監(jiān)測孔的產(chǎn)狀與聲波波速大的聲波測試孔產(chǎn)狀一致。
[0008]d按照確定的產(chǎn)狀向柱狀節(jié)理巖體中鉆設微震監(jiān)測孔,用安裝桿將單向微震監(jiān)測傳感器沿微震監(jiān)測孔平推至預安裝位置,固定單向微震監(jiān)測傳感器。
[0009]所述的第一聲波測試孔和第二聲波測試孔孔底所處的位置均超過圍巖松弛深度。
[0010]所述的第一聲波測試孔和第二聲波測試孔聲波波速指的是柱狀節(jié)理巖體原巖聲波波速。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:針對橫觀各向同性的柱狀節(jié)理巖體,為了單向微震監(jiān)測傳感器能更準確采集到柱狀節(jié)理破裂時產(chǎn)生的微震動信號,本發(fā)明通過聲波測試技術(shù)分別獲取聲波在平行和垂直柱狀節(jié)理巖體柱體軸線方向的波速,將單向微震監(jiān)測傳感器與聲波波速大的方向呈一致布置,從而有利于單向微震監(jiān)測傳感器對柱狀節(jié)理破裂時產(chǎn)生的微震動信號進行采集,提高了柱狀節(jié)理巖體穩(wěn)定性微震實時監(jiān)測預警效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為柱狀節(jié)理巖體隧道及聲波測試孔示意圖
圖2為平行于柱狀節(jié)理巖體柱體軸向方向測試孔聲波波速測試結(jié)果 圖3為垂直于柱狀節(jié)理巖體柱體軸向方向測試孔聲波波速測試結(jié)果 圖4為柱狀節(jié)理巖體隧道單向微震監(jiān)測傳感器布置示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細描述。
[0014]見附圖。
[0015]一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法,所述方法包括以下步驟:
a在確定的微震監(jiān)測位置I附近利用地質(zhì)羅盤測量柱狀節(jié)理巖體2柱體的軸線產(chǎn)狀,采用鉆機向柱狀節(jié)理巖體2內(nèi)鉆設第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302。第一測聲波測試孔301產(chǎn)狀與柱狀節(jié)理巖體2柱體軸線產(chǎn)狀平行,第二聲波測試孔302產(chǎn)狀與柱狀節(jié)理巖體2柱體軸線產(chǎn)狀垂直。第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302孔底所處的位置均超過圍巖松弛深度,保證聲波測試能獲取柱狀節(jié)理巖體2不同方向原巖聲波波速。
[0016]b將聲波檢測換能器分別推入第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302孔底,按20cm間隔由孔底向孔口平移逐點進行聲波測試,獲取第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302不同深度處聲波波速隨孔深變化曲線。分別對第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302聲波波速穩(wěn)定后的所有測試點波速值進行平均,取平均值作為該測試孔聲波波速。
[0017]C對比所測得的第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302聲波波速大小,確定微震監(jiān)測孔5的產(chǎn)狀,當?shù)谝宦暡y試孔301聲波波速大于第二聲波測試孔302聲波波速時,微震監(jiān)測孔5的產(chǎn)狀與第一聲波測試孔301產(chǎn)狀一致。否則,微震監(jiān)測孔5的產(chǎn)狀與第二聲波測試孔302產(chǎn)狀一致。
[0018]d采用鉆機按照確定的產(chǎn)狀向柱狀節(jié)理巖體2中鉆設微震監(jiān)測孔5,微震監(jiān)測孔5深度超過單向微震監(jiān)測傳感器4預埋設位置20cm,防止孔內(nèi)掉渣堆在微震監(jiān)測孔5底部堵塞單向微震監(jiān)測傳感器4安裝的空間。保證微震監(jiān)測孔5質(zhì)量,無明顯歪扭現(xiàn)象。用安裝桿將單向微震監(jiān)測傳感器4沿微震監(jiān)測孔5平推至預安裝位置,保證單向微震監(jiān)測傳感器4軸線方向與微震監(jiān)測孔5平行。向微震監(jiān)測孔5內(nèi)進行灌漿,使?jié){液充滿微震監(jiān)測孔5,漿液凝固后單向微震監(jiān)測傳感器4便與柱狀節(jié)理巖體2固定耦合。
[0019]具體實施例:
某柱狀節(jié)理巖體隧道開挖,柱狀節(jié)理柱體呈六邊形,柱體單邊長約為0.1m,高約為
0.5^0.Sm,圍巖松弛深度在5m范圍內(nèi)。使用單向微震監(jiān)測傳感器對隧道開挖進行穩(wěn)定性實時監(jiān)測,單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法詳細描述如下。
[0020]a在確定的微震監(jiān)測位置I (隧道)附近利用地質(zhì)羅盤測量柱狀節(jié)理巖體2柱體的軸線產(chǎn)狀,產(chǎn)狀為36° Z 50°,采用鉆機從柱狀節(jié)理巖體隧道I邊墻上向柱狀節(jié)理巖體2內(nèi)鉆設兩個直徑為76mm的第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302。第一聲波測試孔301產(chǎn)狀為36° Z 50°,與柱狀節(jié)理巖體2柱體軸線產(chǎn)狀平行,第二聲波測試孔302產(chǎn)狀為216° Z 40° ,與柱狀節(jié)理巖體2柱體軸線產(chǎn)狀垂直。第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302深度均為20m,孔底所處的位置超過圍巖松弛深度,保證聲波測試能獲取柱狀節(jié)理巖體2不同方向原巖聲波波速。
[0021]b采用 RSM-SY5智能聲波儀對第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302進行聲波測試,將RSM-SY5智能聲波儀的聲波檢測換能器分別推入第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302孔底,按20cm間隔由孔底向孔口平移逐點進行聲波測試,獲取第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302不同深度處聲波波速隨孔深變化曲線,如圖2和圖3所示。第一聲波測試孔301孔深達到4.3m后聲波波速穩(wěn)定在4800m/s左右,對第一聲波測試孔301孔深不小于4.3m的所有測試點波速值進行平均,獲取平均值為4838.4m/s,作為第一聲波測試孔301聲波波速(見附圖2)。第二聲波測試孔302孔深達到4m后聲波波速穩(wěn)定在5400m/s左右,對第二聲波測試孔302孔深不小于4m的所有測試點波速值進行平均,獲取平均值為5381.5m/s,作為第二聲波測試孔302聲波波速(見附圖3)。
[0022]c對比所測得的第一聲波測試孔301和第二聲波測試孔302聲波波速大小,由聲波測試結(jié)果可知第二聲波測試孔302聲波波速大于第一聲波測試孔301聲波波速,柱狀節(jié)理巖體2破裂時產(chǎn)生的振動波在第二聲波測試孔302方向傳播存在優(yōu)勢,因此,在第二聲波測試孔302方向利于單向微震監(jiān)測傳感器4采集信號,微震監(jiān)測孔5的產(chǎn)狀與第二聲波測試孔302產(chǎn)狀一致。
[0023]d采用鉆機按照與第二聲波測試孔302產(chǎn)狀一致的方向鉆設微震監(jiān)測孔5,如圖4所示。微震監(jiān)測孔5深度超過單向微震監(jiān)測傳感器4預埋設位置20cm,防止孔內(nèi)掉渣堆在微震監(jiān)測孔5底部堵塞單向微震監(jiān)測傳感器4安裝的空間。微震監(jiān)測孔5無明顯歪扭現(xiàn)象,質(zhì)量好。用安裝桿將單向微震監(jiān)測傳感器4沿微震監(jiān)測孔5平推至預安裝位置,保證單向微震監(jiān)測傳感器4軸線方向與微震監(jiān)測孔5平行。向微震監(jiān)測孔5內(nèi)進行灌漿,使?jié){液充滿微震監(jiān)測孔5,漿液凝固后單向微震監(jiān)測傳感器4便與柱狀節(jié)理巖體2固定耦合。
[0024]柱狀節(jié)理巖體2破裂時產(chǎn)生的振動波在第二聲波測試孔302方向傳播存在優(yōu)勢,單向微震監(jiān)測傳感器4與第二聲波測試孔302方向一致布置后,有利于對柱狀節(jié)理巖體2破裂時產(chǎn)生的微震動信號進行采集,從而提高柱狀節(jié)理巖體穩(wěn)定性微震實時監(jiān)測預警效果O[0025]以上實例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解,本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者同等替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍,均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟進行: a在確定的微震監(jiān)測位置(I)附近測量柱狀節(jié)理巖體(2)柱體軸線的產(chǎn)狀,向柱狀節(jié)理巖體(2)內(nèi)鉆設第一聲波測試孔(301)和第二聲波測試孔(302),第一聲波測試孔(301)產(chǎn)狀與柱狀節(jié)理巖體(2 )柱體軸線產(chǎn)狀平行,第二聲波測試孔(302 )產(chǎn)狀與柱狀節(jié)理巖體(2 )柱體軸線產(chǎn)狀垂直; b將聲波檢測換能器分別推入第一聲波測試孔(301)和第二聲波測試孔(302)孔底,按20cm間隔由孔底向孔口平移逐點進行聲波測試,獲取第一聲波測試孔(301)和第二聲波測試孔(302)不同深度處聲波波速;分別對第一聲波測試孔(301)和第二聲波測試孔(302)聲波波速穩(wěn)定后的所有測試點波速值進行平均,取平均值作為該測試孔聲波波速; c對比所測得的第一聲波測試孔(301)和第二聲波測試孔(302)聲波波速大小,確定微震監(jiān)測孔(5)的產(chǎn)狀,微震監(jiān)測孔(5)的產(chǎn)狀與聲波波速大的聲波測試孔產(chǎn)狀一致; d按照確定的產(chǎn)狀向柱狀節(jié)理巖體(2)中鉆設微震監(jiān)測孔(5),用安裝桿將單向微震監(jiān)測傳感器(4)沿微震監(jiān)測孔(5)平推至預安裝位置,固定單向微震監(jiān)測傳感器(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種柱狀節(jié)理巖體單向微震監(jiān)測傳感器布置方向確定方法,其特征在于:所述的第一聲波測試孔(301)和第二聲波測試孔(302)孔底所處的位置均超過圍巖松弛深度。
【文檔編號】G01V1/20GK103698805SQ201310742850
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】馮夏庭, 豐光亮, 肖亞勛, 李邵軍, 江權(quán), 段淑倩 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所
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