專利名稱：開挖損傷區(qū)的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開挖損傷區(qū)的測量方法，主要適用于地下工程開挖中由于應(yīng)力調(diào)整而產(chǎn)生的損傷區(qū)的測量，特別適用于高應(yīng)力作用下的硬巖環(huán)境中。
背景技術(shù)：
地下工程開挖以后圍巖會受到損傷，特別是現(xiàn)在隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，深部地下巖石工程不斷增多，埋深越來越大，地應(yīng)力和巖體強度之間的矛盾越來越尖銳，導(dǎo)致圍巖的損傷區(qū)范圍和損傷程度也不斷加大，特別是損傷區(qū)會隨著時間不斷向外擴展，損傷區(qū)的存在對圍巖的穩(wěn)定性和地下工程運行期間的安全性都有極大的影響，而支護設(shè)計工作必須依賴于損傷區(qū)范圍的準確測量。
目前對于現(xiàn)場普遍采用的損傷區(qū)測量方法為波速測試，主要是利用應(yīng)力調(diào)整引起的裂紋張開進而導(dǎo)致波速的降低，通過低波速帶來判斷損傷區(qū)的范圍，但此測量方法對于損傷程度無法直接判斷，且較為粗糙，測量的一般為出現(xiàn)明顯張開裂紋的破壞區(qū)，真正意義上由微破裂導(dǎo)致的損傷區(qū)并不能測量出來，對于工程的支護設(shè)計有一定的影響。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對上述存在的問題提供一種操作簡單方便、成本低的開挖損傷區(qū)的測量方法，以便準確的判斷出損傷范圍和損傷程度，為圍巖穩(wěn)定性評價和支護優(yōu)化設(shè)計提供可靠的依據(jù)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:開挖損傷區(qū)的測量方法，其特征在于步驟如下: a、在已開挖隧洞內(nèi)鉆設(shè)寬度IOcm的鉆孔，并保證該鉆孔避開節(jié)理裂隙發(fā)育的位置，且穿過損傷區(qū)進入原巖區(qū)內(nèi)； b、在鉆孔內(nèi)安裝若干個滲透系數(shù)測量用探頭，并保證損傷區(qū)和原巖區(qū)內(nèi)均布置有探頭; C、分別對各探頭所在位置進行壓水測量，獲得各探頭所在位置的滲透系數(shù)；d、將被測位置的滲透系數(shù)與該位置到隧洞洞壁的距離整理成變化曲線，得到損傷區(qū)的范圍，再將損傷區(qū)內(nèi)各測量位置的滲透系數(shù)與原巖區(qū)滲透系數(shù)對比評價損傷程度。
所述損傷區(qū)和原巖區(qū)內(nèi)各布置有4-5個探頭。
所述探頭包括位于中部的測試段，以及位于該測試段兩端的兩個封隔器I，各封隔器I遠離測試段一端依次布置液壓千斤頂、保護裝置和封隔器II。
本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在已開挖隧洞內(nèi)鉆設(shè)穿過損傷區(qū)進入原巖區(qū)的鉆孔，并在該鉆孔內(nèi)布置一組測量滲透系數(shù)用探頭，并通過壓水測量得到各測量位置的滲透系數(shù)，并利用滲透系數(shù)的變化來判斷損傷區(qū)的范圍和損傷程度，現(xiàn)場操作簡單，能夠準確地表達出損傷區(qū)的特征(包括損傷范圍和損傷程度)，易于判讀，花費低廉，為圍巖穩(wěn)定性評價和現(xiàn)場支護優(yōu)化設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。
圖1是本發(fā)明中鉆孔位置示意圖。
圖2是本發(fā)明中探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圍巖開挖損傷是不可恢復(fù)的損傷，主要包括開挖方法(如爆破)釋放的能量沖擊圍巖形成的損傷、圍巖應(yīng)力重分布及其他因素如溫度和濕度變化等導(dǎo)致裂紋擴展形成的損傷，因此處于損傷區(qū)內(nèi)的圍巖的水力學(xué)特性會出現(xiàn)永久性變化，而這些變化是可以被直接定量測量的。本實施例主要通過測量圍巖在不同區(qū)域內(nèi)的滲透系數(shù)的變化來判斷損傷程度和損傷范圍，其具體步驟如下: a、鉆孔位置的選取 由于損傷區(qū)特征與應(yīng)力的分布密切相關(guān)，因此測試鉆孔的位置時盡量選取典型部位，具有代表性，并盡量避開節(jié)理裂隙發(fā)育的位置。
b、鉆孔 如圖1所示，利用鉆機在已開挖隧洞I內(nèi)、步驟a所選取的位置鉆設(shè)直徑大約為IOcm的鉆孔2，如果有條件進行孔內(nèi)攝像，應(yīng)盡量使該鉆孔避開節(jié)理裂隙發(fā)育的位置，同時保證鉆孔2能夠穿過損傷區(qū)3，進入原巖區(qū)4內(nèi)； C、探頭安裝 在鉆孔2內(nèi)安裝若干個滲透系數(shù)測量用探頭(探頭的安裝需要分段進行，即在鉆孔內(nèi)每隔一段距離安裝一個探頭，以測量孔內(nèi)不同位置的滲透系數(shù))，并保證損傷區(qū)3和原巖區(qū)4內(nèi)均布置有探頭，方便比較滲透系數(shù)的變化，在同一位置處的測量次數(shù)要適宜，次數(shù)控制在2 3次(首次利用水壓張開裂縫后，水壓降低，在地應(yīng)力的作用下，裂紋將重新閉合，之后再進行張開，張開次數(shù)控制在2 3次)，過多工作量太大，過少無法表現(xiàn)出損傷區(qū)3的過渡，在不同區(qū)域內(nèi)有4飛個測試點為宜，即損傷區(qū)3和原巖區(qū)4內(nèi)各布置有4-5個探頭。如圖2所示，本例中，所述探頭包括位于中部的測試段5，以及位于該測試段兩端的兩個封隔器I6，各封隔器I 6遠離測試段5 —端依次布置液壓千斤頂7、保護裝置8和封隔器II 9。
d、壓水測量 分別對各探頭所在位置進行壓水測量，獲得各探頭所在位置的滲透系數(shù)；具體步驟為:通過將中部測試段5的水壓加到巖體的抗拉強度(如0.8-lMPa)，并持續(xù)加壓一段時間，直到壓力降低到門檻值(施加的壓力達到巖體的抗拉強度會使巖體裂縫張開，導(dǎo)致巖體的本身強度降低，封閉的測試段能夠保持的水壓也將隨之降低，直至到達門檻值，之后不再降低，門檻值可取0.4MPa)，通過統(tǒng)計加壓時間和流量變化，即可以得到該位置的滲透系數(shù)。
e、損傷區(qū)分析 將被測位置的滲透系數(shù)與該位置到隧洞I洞壁的距離整理成變化曲線，得到損傷區(qū)3的范圍，再將損傷區(qū)3內(nèi)各測量位置的滲透系數(shù)與原巖區(qū)4滲透系數(shù)對比評價損傷程度。
具體評價原理如下:損傷區(qū)3的滲透系數(shù)大于原巖區(qū)4的滲透系數(shù)，且由于損傷區(qū)3內(nèi)各位置損傷程度不同，因此該區(qū)域內(nèi)滲透系數(shù)變化也可能比較大，原巖區(qū)4內(nèi)的滲透系數(shù)變化比較小，再根據(jù)步驟e得到的曲線的變化情況，即可得知損傷區(qū)3的范圍。另外，由于損傷越大，滲透系數(shù)越大，同時原巖區(qū)4滲透系數(shù)基本恒定，即使有變化也是較小的變化，因此，根據(jù)損傷區(qū)3內(nèi)各測量位置的滲透系數(shù)與原巖區(qū)4滲透系數(shù)對比，即可得知各測量位置的損傷程度。
權(quán)利要求
1.一種開挖損傷區(qū)的測量方法，其特征在于步驟如下: a、在已開挖隧洞(I)內(nèi)鉆設(shè)寬度IOcm的鉆孔(2)，并保證該鉆孔避開節(jié)理裂隙發(fā)育的位置，且穿過損傷區(qū)(3)進入原巖區(qū)(4)內(nèi)； b、在鉆孔(2)內(nèi)安裝若干個滲透系數(shù)測量用探頭，并保證損傷區(qū)(3)和原巖區(qū)(4)內(nèi)均布置有探頭； C、分別對各探頭所在位置進行壓水測量，獲得各探頭所在位置的滲透系數(shù)； d、將被測位置的滲透系數(shù)與該位置到隧洞(I)洞壁的距離整理成變化曲線，得到損傷區(qū)(3)的范圍，再將損傷區(qū)(3)內(nèi)各測量位置的滲透系數(shù)與原巖區(qū)(4)滲透系數(shù)對比評價損傷程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開挖損傷區(qū)的測量方法，其特征在于:所述損傷區(qū)(3)和原巖區(qū)(4)內(nèi)各布置有4-5個探頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開挖損傷區(qū)的測量方法，其特征在于:所述探頭包括位于中部的測試段(5)，以及位于該測試段兩端的兩個封隔器I (6)，各封隔器I (6)遠離測試段(5)—端依次布置液壓千斤頂(7)、保護裝置(8)和封隔器II (9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開挖損傷區(qū)的測量方法。本發(fā)明的目的是提供一種開挖損傷區(qū)的測量方法，以便準確的判斷出損傷范圍和損傷程度。本發(fā)明的技術(shù)方案是a、在已開挖隧洞內(nèi)鉆設(shè)寬度10cm的鉆孔，并保證該鉆孔避開節(jié)理裂隙發(fā)育的位置，且穿過損傷區(qū)進入原巖區(qū)內(nèi)；b、在鉆孔內(nèi)安裝若干個滲透系數(shù)測量用探頭，并保證損傷區(qū)和原巖區(qū)內(nèi)均布置有探頭；c、分別對各探頭所在位置進行壓水測量，獲得各探頭所在位置的滲透系數(shù)；d、將被測位置的滲透系數(shù)與該位置到隧洞洞壁的距離整理成變化曲線，得到損傷區(qū)的范圍，再將損傷區(qū)內(nèi)各測量位置的滲透系數(shù)與原巖區(qū)滲透系數(shù)對比評價損傷程度。本發(fā)明適用于高應(yīng)力作用下的硬巖環(huán)境中。
文檔編號G01N15/08GK103196809SQ20131010399
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者張寧, 張春生 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設(shè)計研究院
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