运用超声波探测隧道围岩变形松弛范围优化支护设计
隧道围岩的声波测试
１ 围岩 声波测 试 项 目及 其测试 方 法
１ １ 测试项 目 ．
Ｖｐ Ｋ ， 地下 工程岩 体 中可采用声 波测试 的项 目很多 ， 主要 有 ： ） １ 地 速度 ；ｒ为岩块 的纵波速度 ； 愈接 近于 １ 表示岩体愈完整 。 在软岩与极其破碎 的岩体 中， 有时无法取 出完整而扰动不严 下工程位置的地质剖 面检测 （ 声波 测井 ） 用 以划分 岩层 ， ， 了解 岩 不能测取岩块 的纵波 速度 ， 时可用相对 完整系数 Ｋ 这 层破碎情况和 风化 程度等 ；） ２岩体 力学 参数测定 ， 如弹性模量 、 抗 重的岩块 ，
１ ２． 出的 偏低 ， 测 Ｋ 值偏 高。 围岩 分类 中声波 测试方 法 ， 除采 取钻孔 法外 ， 可采取 锤击 还
测得 波 速 比用 钻孔 法测 得 的偏 围岩松动 圈是设 计 地下工 程和评 定 围岩稳定 性 的重要 参数 法。锤击法受 开挖 影 响较 明显 ， 必 而应 之一 。 测定松动圈 的原理 ， 是声 波传播 速度决定 于岩体 完整 低 。在围岩分 类 中， 须考虑 不同情况 下测取 波速 的差异 ， 主要 分别采用不同的标准 。 性程度 。完 整岩体 的波速 一般较 高 ， 而在应力 下降 、 裂隙 扩张 的 松动 区波速相对 下降 ， 因而在 围岩压 密区（ 应力升高 区） 和松动 区 １ ２ ３ 动弹性模量的测试 ．．
判别 围岩稳定状态 ， 提供工程围岩分类的参数 。
的结构面减少 。但有 时波速 并不能反 映岩体完整性 好 ， 有些破 如
碎硬岩 的波速 高于完整性较好的软岩 ， 因此 还要采用 岩体完整性 系数 Ｋ ｐ ） 反映岩 体 的完整 性 ， 中， ｐ 岩体 纵波 （ ／ 来 其 为
文章编号 ：０ ９６ ２ （０ ６）８０ ９ ．２ １０ —８５ ２ ０ １ —２ ００
2024年试验检测师之桥梁隧道工程自测模拟预测题库(名校卷)
2024年试验检测师之桥梁隧道工程自测模拟预测题库(名校卷)单选题（共45题）1、地质雷达在掌子面进行预报时，常采用（）。
A.拖行模式B.点测模式C.距高模式D.连续扫描【答案】 D2、桥梁静载试验关于加载过程数据测读的表述，不正确的是（）。
A.需测读加载前的初始值B.为提高效率和保证安全，荷载施加到位后应迅速测读并及时进行下一阶段加载C.荷载卸除后，稳定一定时间或在确定结构变形稳定后测读卸载值D.应对关键测点的数据进行监测和分析【答案】 B3、进行预应力筋硬度检测，每个试样应检测（）点。
A.2B.3C.4D.5【答案】 B4、石料的单轴压缩变形采用的试件为（）。
A.100mm×100mm×100mm立方体B.150mm×150mm×150mm立方体C.200mm×200mm×200mm立方体D.直径为50mm，高径比2：1圆柱体【答案】 D5、混凝土碳化使混凝土回弹值（）。
A.增大B.减小C.不变D.无法判定【答案】 A6、通常，两车道隧道V级围岩的预留变形量为（）mm。
（2013真题）A.10-50B.50-80C.80-120D.120-150【答案】 C7、（）不属于斜拉桥拉索的评定指标。
A.护套裂缝B.滑移变位C.护套内的材料老化变质D.拉索线形异常【答案】 A8、喷射混凝土与围岩黏结力要求I类及其以上围岩不低于（）。
A.0.5MPaB.0.8MPaC.1.0MPaD.5MPa【答案】 B9、弧形导坑留核心土法适以下（）隧道的开挖掘进。
A.Ⅲ~IV级围岩两车道及以下跨度B.Ⅲ~IV级围岩三车道及以下跨度C.IV~V级围岩或一般土质隧道D.V级围岩、浅埋、大跨、地表沉降需严格控制的情况【答案】 C10、隧道监控量测，洞内必测项目各测点应在每次开挖后（）内取得初读数。
A.6hB.12hC.24hD.48h11、运营隧道中，隧道结构的裂缝和渗漏水病害最为常见，其调查和检测对隧道运营安全至关重要，关于运营隧道衬砌检测，请回答下列问题。
隧道超声波检测方法
隧道超声波检测方法1 方法原理1.1 超声波法的原理是利用超声波（声波）在介质中的传播特性及声时、声速、波幅和主频等声学参数，对介质特征和内部的构造与缺陷进行探测的方法。
1.2 超声波法属弹性波法的一种。
根据不同的检测目的和测试条件，可在结构和构件的表面、单孔孔内、单孔孔内与测试面间、跨孔孔间等进行观测，按发射和接收传感器所处相对位置，可以选用平测直达波法、对测和斜测直达（透射）波法、反射波法等观测方法。
2 适用范围及应用条件2.1 适用范围超声波法适用于检测隧道围岩支护构件、模筑混凝土等方面内容，主要包括锚杆的杆体长度和锚固密实度、混凝土强度等级、混凝土表面的裂缝深度、损伤层厚度、脱空、混凝土结构和构件的厚度、内部、结合面和背部（下部）的不密实、空洞、脱空、注浆效果等检测项目。
2.2 应用条件如下：a) 检测内部缺陷时，测试范围除应大于有怀疑的区域外还应有同条件的正常混凝土进行对比，且对比测点数不应少于20；b) 选用直达波法检测内部缺陷时，被测部位应具有一对或两对相互平行的测试面；c) 在混凝土的表面进行检测时，测试面应清洁、平整、干燥，并应避开蜂窝麻面部位，不应有施工缝、饰面层、浮浆、油垢等，必要时可用砂轮磨平或用高强度的快凝砂浆抹平，抹平砂浆必须与混凝土粘结良好；d) 检测混凝土裂缝的深度时，被测裂缝中不得有积水或泥浆等；e) 对预计深度在500 mm 以上的混凝土裂缝采用跨孔法检测时，应允许在裂缝两侧钻测试孔；f) 对混凝土结构结合面检测时，被测部位应具有使超声波垂直或斜穿结合面的测试条件。
3 仪器设备3.1 超声波仪器系统主要包括：多通道主机、激振器、发射与接收换能器、计算机、数据处理软件、钢卷尺等。
3.2 激振器、发射与接收换能器应符合下列规定：a) 激振器通常是在结构物表面、作较大距离、锚杆等检测时使用，激振频率应在10 Hz～50 kHz，宜使用超磁致伸缩声波振源；b) 常用的发射与接收换能器换能器具有厚度振动方式和径向振动方式两种类型，可根据不同测试需要选用；c) 厚度振动式换能器的频率宜采用10 kHz～250 kHz；径向振动式换能器的频率宜采用20 kHz～60 kHz，直径不宜大于32 mm；d) 当接收信号较弱时，宜选用带前置放大器且较低谐振频率的接收换能器。
铁路双线隧道围岩爆破松动范围测试分析
力状态 转变 为二 向应 力状态 ，由于岩石应 力 的调整
等不 利 于隧道施 工 的地 质情 况 。
１２ 施 工概况 ．
致岩 体 的损 伤 ，Ｌ ｎ ｅｏｓ等 ｌ ］ 为爆 炸 导 致 岩 ａｇｆｒ 】认
体损伤的主要原因是爆炸应力波的传播 、反射 以及 相互之间的作用使岩体的裂纹激活 、扩展。Ｋ ｗ ａ— ｍａ ｔ 等 ［ ］ 究认 为 ，宏 观 上 损 伤 力学 理 论 将 岩 ｏｏ ３ 研 “
和岩石 强度 的 降低 ，使 围岩发 生 变 形破 坏 。这 样 ，
在隧道 围岩 中就形成 一定 的松动 范围 ，对 围岩 稳定 性 产生 影响 ，进而影 响到 隧道 的耐久性 和结构 的安
全性 。本文结 合贵广 铁路 牛王盖 隧道 的施 工 ，采用
声 波方 法 ，对 隧道 围岩 的爆 破松 动范 围进 行测试 和
隧道爆 破施工 在造成 爆 区岩体破 碎和剥离 的同
时 ，还会造 成近 区围岩 的扰动 和损伤 。关于爆 破导
水类 型 主要为基 岩裂 隙水 和岩溶 水 ，隧道在垂 直渗 流 带 中穿过 。地 下水 接收 大气降 水补 给 ，以垂 直迳 流 为主 ，在坡 脚 以 泉 的 形 式 排 泄 或 继 续 向深 部 径 流 。隧道 范 围内汇水 面积有 限 ，附近 又缺少 江河补 给 ，属 贫水 ～弱 富水段 。由于基 岩裂 隙水 和 岩溶水 的溶 蚀作 用 ，隧道 区可能会 出现 岩溶洞 、水平 暗河
声波测井在隧洞松动圈检测中的应用
2 洞壁围岩松动圈的划分
用声波测井法检测松动圈的依据是洞壁围岩不同性 质的各带具有不同的声波响应。应力下降带表现为相对 的低速（包括爆破和开挖等引起的松动），记为“低”； 应力上升带则为高速区，记为“高+”；原岩应力区（完 整基岩）的波速值相对也较高，记为“高”。对于洞径 较大的洞壁围岩而言，波速值随钻孔深度变化的趋势主 要有二种类型 ： （1）“低、高+、高（一般而言，低＜高＜高+，下 同）”型 ， （2）“低、高”型，无应力上升带。 以上分析表明：根据声波波速值随钻孔深度的变化 曲线，可以划分松驰圈的范围和形状，了解洞壁围岩的 声波波速值特征。
对整个阻滑键声波曲线进行统计分析，发现页岩地区相对灰 岩地区的松动圈影响深度普遍较深，这主要跟页岩和灰岩本身的 一些物理力学特性有关，页岩受爆破影响更大。另外，统计分析 显示拱顶受爆破影响的松动圈相对同一剖面周边部位（拱腰和拱 脚）要深，同一剖面平面展开图中显示（如图2）为中间深，两 边较浅的变化趋势。
孔 深 （ ） 孔 深 （ ）
内侧壁ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ腰
孔 深 （ ）
拱顶
孔 深 （ ）
外侧壁拱腰
孔 深 （ ）
外侧壁拱脚
图2 K0+033剖面声波测试图
从图2可以看出，声波测试曲线（仅以KO+033剖面为例）为 “低、高”型，无明显的应力上升区,围岩应力分布直接从应力下 降区过渡到原岩应力区。围岩松驰圈的划分依据是应力下降区与 原岩应力区的分界线，亦即Vp曲线的“低、高”拐点。在孔口处 由于爆破开挖的影响，围岩比较破碎，爆生裂隙比较多，纵波波 速值比较小，之后由于爆破造成的影响逐渐减小，纵波波速逐渐 增大，再到围岩基本未受到爆破开挖影响区，波速幅度变化不大 。 由于各检测孔位所处的地层地质条件不同，其松动圈影响深 度的划分标准也不尽相同，因而对每个断面来说，声波曲线的变 化缺乏一定的可比性，但对每个检测孔来讲，其原岩应力带与相 对速度较低的应力下降带之间的界限是很清楚的。根据声波波速 值随钻孔深度的变化曲线，我们可以划分松动圈的范围在0.81.2m左右。
地下巷道施工中的围岩松动与支护状态监测技术
地下巷道施工中的围岩松动与支护状态监测技术第一节引言地下巷道施工是一项复杂而又重要的工程，涉及到交通运输、矿山、地下工程等众多领域。
然而，在地下巷道施工过程中，围岩松动和支护状态监测成为了关键问题。
本文将探讨地下巷道施工中的围岩松动与支护状态监测技术。
第二节围岩松动原因与危害围岩松动通常是由于地下施工中的挖掘过程造成的。
挖掘过程中，连续重复的爆破、钻孔、开挖操作会导致围岩松动，从而造成巷道的变形和塌方等危害。
围岩松动的主要原因包括地质条件、施工方法选择以及施工期间的地下水变动等。
第三节围岩松动与支护状态监测技术综述为了及时掌握巷道围岩松动和支护状态，需要采用先进的监测技术。
目前，常用的围岩松动监测技术包括应变测量、位移监测、声波法和地面雷达等。
应变测量通过测量围岩的应变来判断其松动状态，位移监测则通过监测围岩的位移来判断其稳定性。
声波法可以用于检测围岩内部的松动情况，地面雷达则可以用于测量巷道壁面的变形情况。
第四节应变测量技术应变测量技术是地下巷道围岩松动监测中常用的方法之一。
该技术通过安装应变片或应变计等设备来测量围岩的应变情况。
通过分析应变曲线的变化，可以判断围岩的变形情况，并及时采取支护措施。
应变测量技术可以实时、精确地监测围岩的变化情况，为施工人员提供重要的数据支持。
第五节位移监测技术位移监测技术是地下巷道围岩支护状态监测的关键技术之一。
该技术通过安装位移传感器等设备来测量围岩的位移情况。
位移监测可以帮助工程人员及时了解围岩的变形情况，判断支护结构的有效性。
位移监测技术还可以通过数据分析，为施工过程中的调整和改进提供参考依据。
第六节声波法声波法是一种可以用于检测地下巷道围岩松动的无损检测技术。
通过将声波传感器安装在巷道围岩上，可以测量围岩内部的声波传播速度和强度。
当围岩发生松动时，传播速度和强度会有所变化，从而可以判断围岩的松动情况。
声波法具有实时快速、非侵入性等优点，逐渐被应用于地下巷道施工的围岩监测中。
2-吴从师--隧道围岩爆破松动圈测试分析
隧道围岩爆破松动圈测试分析3周扬水,吴从师,张庆彬(长沙理工大学桥梁与结构学院, 湖南长沙 410076)摘 要:岩体开挖成洞后,洞室周围的岩体将出现应力降低区,应力升高区和原岩应力区。
对隧道进行松动圈检测,可以了解隧道爆破开挖对围岩的影响,从而对系统锚杆的设计长度进行修正,使得锚杆的长度更加合理和经济。
简要介绍了超声波测试的测试技术及测试成果,供同行借鉴。
关键词:围岩松动圈;超声波检测;爆破影响范围鹤上隧道位于福州国际机场高速公路的A3标,起讫桩号为K6+250———K6+700,全长450m ,最大埋深为69m 。
隧道洞身位于半径为1710.00m 的平曲线内。
是国内罕见的3车道、大断面、小净距隧道,其中最大开挖跨度为16.692m ,岩(土)核净宽为5.66m 。
鹤上隧道属于剥蚀低山丘陵地貌,进口段天然坡脚为16°,出口段天然坡脚为20°。
地形起伏较大,植被发育。
地层自上而下为第四系残积坡土,底部基岩为侏罗系上统南园组凝灰熔岩,风化凝灰熔岩及其风化层。
本隧道的地层分别有:坡积亚粘土层、坡积碎石、坡积砂质粘性土(可塑)、坡积砂质粘性土层(硬塑)、砂土状强风化凝灰熔岩、碎块状强风化凝灰熔岩、弱风化凝灰熔岩、微风化凝灰熔岩。
隧道沿线地下水类型主要为孔隙裂隙水和基岩裂隙水。
前者主要赋存于残积坡土层、砂土状强风化层中,地下水随季节变化;后者主要赋存于基岩裂隙和构造裂隙中,含水量极不均匀,沿裂隙构造带补给及排泄,具有承压性。
1 非金属超声波松动圈检测声波检测技术的基本原理是用人工的方法在岩土介质和结构中激发一定频率的弹性波。
这种波以各种波形在材料和结构内部传播,并由接收仪器接收,通过分析和研究接收和记录下来的波动信号,来确定岩土介质和结构的力学特征,了解其内部缺陷。
超声波检测是利用纵波的波速来检测围岩的性质,其表达式为:V p =E (1-μ)ρ(1+μ)(1-2μ)由波速的表达式可知,弹性介质的性质及种类不同,弹性常数及密度不同,弹性波在介质中的传播速度也不同。
深井大断面巷道围岩松动圈测试及支护技术
矿 业 工 程 研 究
Ｍｉ ｎ ｅｒ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
Ｖ０ １ ． ２８ Ｎｏ ． ２
Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ３
深 井 大 断 面 巷 道 围岩 松 动 圈 测 试 及 支 护 技 术
在 原岩 中开挖 巷道 ， 破坏 了围岩原有 的应 力状 态 ，
费用 高． 为 了解决 这种 软岩 巷道 支 护难 的问题 ， 在测 量 松动 圈和现场调查 的基础 上 ， 基于 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 如模 拟 ， 对巷 道 的现有 支护方式进行评 价 ， 同时提 出相关 支护建议．
使应力重新分布 ， 围岩受力状态 由三 向应力变成 了近 似二 向， 围岩强度下降 ， 若集中应力值大于松动后的围
深７ ６ ５ ｍ） ， 二 煤平 均厚 度为 ４ ． ８ ８ ｍ， 倾 角平均 ７ 。 ． 煤
层 顶板 以细 、 中粒砂 岩顶板 为 主 ， 局部 砂岩 中夹 泥质条
带； 伪 顶 主 要 分 部 于 井 田西 部 ， 以炭质 泥岩为 主， 厚
０ ． ２ ０～１ ． ０ ０ ｍ， 局部 为 泥 岩 、 砂 质 泥岩 和 粉 砂 岩 ， 煤层
李建平 ， 陈灿 亭 ， 王 军勇 ， 赵文生
（ １ ． 郑 州华辕煤业有限公司 ， 河南 郑州 ４ ５ １ １ ０ ０ ； ２ ． 河南理工大学 能源科 学与工程学院 ， 河南 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ０ ）
摘
要： 李粮店煤矿第一水平埋深 ７ ６ ５ ｍ， 井下开拓巷道断面较大 ， 部分巷道 出现较大 变形 ， 难以维护， 影响矿井 的正常生产． 为
岩强 度 ， 围岩将 发 生破裂 ， 这种 破裂 从巷 道周边 开始 逐
基于超声波的围岩松动圈实时监测系统设计
Ｗａ ｇＹ ｎ ， ｈ ｎ ｉｕ Ｙ ｎＸａ ｇｏ ｅ， ｉ ｉ ｉ ｇ ｎ ｕ Ｚ ａ ｇＷｅ ａ ， ａ ｉｎｈ ｎ ＬｕＪ ｌ ｎ ｈ ａａ
（ ． ｏ ｌｇ ｆＩ ｆ ｒ ｔ ｎ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ，Ｓｈ ｎ ｏ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ｑｉｇ ａ ６ ５ ０ １ Ｃ ｌ ｅ ｏ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｃｅ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｅ ｏ ａ ｄ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｙ ｎ ｄ ｏ ２ ６松 动 圈 的 范 围 对矿 藏 的 安 全 生产 具 有 重 要 的 意 义 。利 用超 声 波 探 测 的 灵 活 性 和 准 确 性 ， 文 提 本 出 了一 种 基 于超 声 波 的 围岩 松 动 圈监 测 系统 设 计 方 法 。此 方 案利 用超 声波 在 岩 体 中的 传 播 速 度 与 岩 体 的 受 力状 态 和 裂 隙程 度 的 关 系 来 实 时地 监 测 围岩 松 动 圈 的情 况 ， 有 方便 、 活 、 于操 作 等 特 点 。 具 灵 易
巷道开挖后破坏 了原岩 的应力平 衡状 态 ， 而导致 ： 从
统结 合 成熟 的 干孔 测 试 方 法 ， 以方 便 实 时 地 检测 到 围 可 岩 松 动 圈 的信 息 ， 巷 道 的安 全 支 护 及 时 提 供 信 息 ， 保 为 确 矿 藏 生 产 的安 全 。
１ 超 声 波 检 测 围岩 松 动 圈原 理
Ｔｈｅ ｓａ ｕ ｆｓ ｒ ｏｕ ｉ ｏ ｋ ｌｏｓ ｉｃｅ ｉ ｏ ｉｏ ｅ ｈ ｕｇｈ ｔ ｅ ｏｒ ｅａ ｉｎ ｅ ｗ ｅ ｎ ｔ ｏｐ ｇａ ｉｎ ｖ ｌ ｃｔ ｆ ｕｔ ａ ｏ ｃ ａ ｈｅ ｔ ｔ ｓ ｏ ｕ ｒ ｎｄｎｇ ｒ ｃ ｏ ｅ ｃｒ ｌ ｓ ｍ ｎ ｔ ｒ ｄ ｔ ｏ ｈ ｃ ｒ ｌｔｏ ｂ ｔ ｅ ｈｅ ｐｒ ａ ｔｏ ｅ ｏ ｉｙ ｏ ｌｒ ｓ ｎｉ， ｎｄ ｔ ｓ ａ ｕｓａ ｒ ｎｎｙ ｄ ｇｒ ｅ ｏ ｏｃ ｔ ｔ ｎｄ ｃ ａ ｅ ｅ ｆｒ ｋ．Ｔｈｉ ｓｇｎ ｈ ｓ ｇ ｏｄ ｃ ｎｖ ｎ ｅ ｃ ｓｄｅ ｉ ａ ｏ ｏ ｅ ｉ ｎ ｅ，ｆｅ ｂｉ ｔ ｎｄ ｏ ｒ ｂｉｉｙ ｌｘｉ ｌ ｙ ａ ｐｅ ａ ｌｔ ． ｉ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ：ｕｌｒ ｓ ｎｉ ｅ ｔ ｓ ｒ ｕｎ ｎｇ ｒ ｃ ｏ ｓ ｉｃｅ；ｒ ａ ｄ ｔａ ｏ ｃ ｔ ｓ ； ｕｒ ｏ ｄｉ ｏ ｋ ｌ ｏ ｅ ｃｒ ｌ ｏ ｄｗａ ｕｐ ｏｒ ｅ ｂ ｄｄ ｄ ｓ ｔ ｍ ｙ ｓ ｐ ｔ； ｍ ｅ ｅ ｙｓｅ
巷道围岩松动圈超声波测试技术与应用
嘲岩 类 别
小 松 动 豳 中松 动 陶 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ
根 据超声 波 在不 同介 质 传 播过 程 中的衰 减 规 律， 得 到 了在 不 同介 质 中具 有 不 同 的 传 播速 度 的 特点 ， 在 均质 岩 体 中 衰 减 少 、 速度快 ， 破 碎 岩 体 中 由于裂 隙 的增加 ， 超声 波 能 力衰 减快 、 速度 也 相 应 地 减小 ， 从 而根据 波速 来 预 测 围岩 的破 坏 情 况 ， 通 过 计算 可 以得到巷 道 围岩 的松动 圈范 围 Ｊ 。 根 据弹 性理 论 ， 由弹 性 波 的波 动 方 程 通 过 弹 性 力学 空 间 问题 的 静 力方 程 推 导 ， 可 得 出超 声 波 纵 波波 速 与介质 的弹性 参数 之 间的关 系 Ｊ 。
ｌ Ｖ 一 般 稳定 围 澍 （ 软岩） 大松 动 圈 ¨ Ｖ 不稳 定 围崭 （ 较 软围 岩 ） Ｖ Ｉ 极 不稳 围岩 （ 极 软围 岩 ）
现 场松 动 圈 测试 采 用 单 孔 法 ， 仪器选 用 Ｒ Ｓ Ｍ
收稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ５— ２ ３ 作者简介 ： 刘勇（ １ ９ ８ ７一） ， 男， 陕西 定边 县人 ， 毕业于河南理 工大学采矿 工程专业 ， 现在神 东煤炭集 团公 司哈拉沟 煤矿 工作 。
１
＝
／
（ １ ）
（ ２ ）
式中 ： Ｖ 一煤 体的 纵波速 度 ； Ｖ 一煤 体的 横波速 度 ； Ｅ一煤体 的弹 性模量 ； 煤 体的 泊松 比 ； Ｐ一 煤 体 的密度 。
一
２ ． ２现 场 测 试 方 法
现 场超 声波 测试 方法 可 分 为单 孔 测 试和 双 孔 测试 ， 由于 双 孔 测 试 现 场 操 作 复 杂 ， 钻 孔 工 程 量 大， 对 围岩 损伤 也大 ， 因此 现场 多 为单 孔 测 试 。在 本 次测 试 中采 用单 孔 测 试 法 进 行 测试 ， 单 孔 测 试 法原理 如 图 １ 所示。 发声探 头 接 收探 头
浅谈超声波法求隧道洞身围岩Kv值的-江西公路学会
浅谈超声波法求隧道洞身围岩 Kv 值的 几个主要问题陈斌文 1,廖建云 2（1、江西省交通设计院，江西 南昌 330002） （2、江西省交通工程集团公司，江西 南昌 330003）摘 要：简述了钻孔波鵣速测试及岩石石波速测试的原理及方法技术，并提出影响隧道围岩的 分级的关键因素为岩体波速 Vpm 与岩石波速 Vpr 的准确求取，然后对进行岩体及岩石波速测试 时碰到的几个问题进行分析，找出了主要影响因素，并提出了解决这几个问题的处理方法，且 经过了现场检验取得了很好的效果。
关键词：隧道工程；超声波；隧道围岩完整性系数 Kv；主要问题；岩体弹性波速 Vpm；岩石弹 性波速 Vpr0 前 言根据新的隧道设计规范（JTG D70-2004） ，隧道 围岩的分级主要根据围岩基本量化指标[BQ]来划分， 而 [BQ] 与 Kv 值 存 在 如 下 关 系 ： [BQ]= BQ-100* （K1+K2+K3） ，BQ=90+3*Rc+250*Kv，其中 K1、K2、K3 为修正系数-查表获得， Rc 为岩石单轴抗压强-取样试 验测得，Kv 为隧道围岩完整性系数。
因此 Kv 值是准 确进行隧道围岩分级的关键因素。
而 Kv 值是采用超 声波法测试钻孔岩体弹性波速 Vpm 及相应位置岩石的 弹性波速 Vpr 求得，即 Kv=(Vpm/Vpr) ,因此 Kv 值的 求取最终归结为 Vpm、Vpr 的求取，本文就采用超声 波法准确测试 Vpm、Vpr 时碰到的几个问题进行分析 并提出了解决该问题的方法。
2下往上测， 测点间距一般为 20cm-50cm。
数据处理采用计算机自动分析， 计算机对上下两道波形进行互相 关分析， 搜索最大互相关条件下两道波形同相位点之 间的时间差， 进而求取相应深度位置处两固定间距径 向振动检波器之间孔壁岩体的弹性纵波波速 Vpm，钻 孔波速测试示意图见图 1。
原始地面 钻孔 声波测试仪充满清水激发换然器 径向换然器 径向换然器1 超声波法测试原理及方法技术1.1 超声波测试原理声波测试是弹性波测试方法中的一种， 其理论基 础建立在固体介质中弹性波的传播理论上， 该方法是 以人工激振的方法向介质（岩石、岩体、混凝土构筑 物）发射声波，在一定的空间距离上接收介质物理特 性调制的声波， 通过观测和分析声波在不同介质中的 传播速度、振幅、频率等声学参数，解决一系列岩土 工程中的有关问题。
地质雷达在软弱围岩隧道超前预报中的应用
地质雷达在软弱围岩隧道超前预报中的应用地质雷达在软弱围岩隧道超前预报中的应用隧道工程是现代城市建设和交通基础设施建设中不可或缺的一部分。
然而，在施工过程中，软弱围岩会给工程师带来巨大的挑战。
软弱围岩的特点是地质力学性质不稳定，容易形成塌陷、冒泥、崩塌等地质灾害，给隧道施工和后期维护带来很大困难。
因此，软弱围岩隧道的超前预报显得尤为重要。
在这方面，地质雷达技术的应用为工程师提供了一个重要的手段。
地质雷达是一种利用电磁波传播和反射原理探测地下物质和结构的无损探测设备。
它通过向地下发送短脉冲电磁波，记录反射回来的信号，通过分析这些信号的特征，可以得到地下结构的信息。
地质雷达具有探测深度大、探测精度高、解释能力强等优点，因此在软弱围岩隧道的超前预报中具有重要的应用价值。
首先，地质雷达可以用于软弱围岩的地下结构探测。
软弱围岩在不同地段可能存在不同的地下结构，如夹层、节理带等。
地质雷达可以通过探测地下结构的反射信号，判断围岩的稳定性和变形情况，为超前预报提供数据支持。
同时，地质雷达还可以探测到围岩中的水位、渗流等情况，为围岩工程的排水和处理提供信息。
其次，地质雷达可以用于软弱围岩的变形监测。
软弱围岩在受到外力作用或者自身负荷变化时，容易发生变形。
地质雷达可以连续监测地下结构反射信号的变化，通过分析信号的变化特征，可以判断围岩中的变形情况。
在隧道施工过程中，及时发现和监测软弱围岩的变形情况，可以及时采取措施进行支护和加固，保证施工安全和质量。
此外，地质雷达还可以用于软弱围岩的质量评价。
软弱围岩的质量直接影响隧道的施工进度和后期维护。
地质雷达可以通过探测反射信号的强度、频率等参数，评估围岩的物理性质和工程质量，提供施工工艺和方案的依据。
同时，地质雷达还可以反演围岩的质量参数，如弹性模量、黏聚力等，为工程设计提供重要依据。
最后，地质雷达还可以用于软弱围岩隧道的预测和预警。
通过连续监测隧道围岩的变化情况，地质雷达可以识别围岩的不稳定及变形进程，提前预警地质灾害的发生。
声波测试法在隧道围岩完整性判别中的应用
声波测试法在隧道围岩完整性判别中的应用翟锐;赵帮亚【摘要】采用声波探测技术对围岩的地质情况进行测试和评价,能较为真实地掌握围岩的完整性特征,为支护参数的设计提供依据.文章结合工程实例,介绍声波探测法的原理与方法,工程开挖结果表明,实际围岩状况与声波测试结果基本吻合,声波探测起到了超前地质预报的作用,可供类似工程参考.【期刊名称】《现代交通技术》【年(卷),期】2014(011)003【总页数】4页(P51-53,76)【关键词】隧道工程;围岩;声波探测;完整性【作者】翟锐;赵帮亚【作者单位】江苏沪苏浙高速公路有限公司,江苏苏州215214;江苏省交通科学研究院股份有限公司,江苏南京211112【正文语种】中文【中图分类】U456.3+3在隧道工程中，围岩稳定性评价是一项重要的课题，它贯穿于隧道的勘察、设计、施工各个阶段。
影响工程岩体稳定性的诸多因素中，岩石坚硬程度和和岩体完整程度是岩体的基本属性。
岩石的坚硬程度评价较为简单，可以采用岩石单轴饱和抗压强度Rc、弹性（变形）模量Er、回弹值等描述[1-2]。
围岩的完整性评价较为复杂，如何客观、便捷地评价围岩的完整性对隧道工程建设意义重大。
1.1 常用评价方法目前国内外用来描述隧道围岩完整性的指标较多，主要有结构面统计法、岩芯钻取法和弹性波测试法。
以上评价方法各有优缺点，结构面统计法应用方便、快捷，但该方法的评价结果不能反映对岩体完整性有重要影响的结构面结合情况；岩芯钻探获取RQD值或单位岩芯裂隙数方法，在国外应用较多，我国工程勘察中由于钻头（直径为75 mm的金刚石钻头）、钻具（双层岩芯管）及工艺（连续取芯、累加长度大于10 cm的岩芯）等原因，计算结果存在争议。
相比之下，声波测试法的优点较为明显，能够较全面地反映岩体的完整性特征，具有设备轻便、测试速度快、资料处理方法简单、分辨率高等优势，克服了在隧道环境中需要钻孔、监测周期长、液体耦合困难等诸多问题，近年来，在隧道工程中逐渐推广应用。
隧道围岩松动圈的声波法测试方法[发明专利]
![隧道围岩松动圈的声波法测试方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d25e08005b8102d276a20029bd64783e09127d3d.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010495552.X(22)申请日 2020.06.03(71)申请人 北京交通大学地址 100044 北京市海淀区西直门外上园村3号申请人 中国水利水电第三工程局有限公司(72)发明人 谭忠盛 刘普文 李松涛 杨茂杰 刘千里 杨旸 王建魁 王建军 (74)专利代理机构 北京市商泰律师事务所11255代理人 黄晓军(51)Int.Cl.G01V 1/00(2006.01)E21B 33/12(2006.01)E21B 33/13(2006.01)(54)发明名称隧道围岩松动圈的声波法测试方法(57)摘要本发明提供了一种隧道围岩松动圈的声波法测试方法。
包括：在隧道围岩中打设测试钻孔，将注浆式囊袋设置在钻孔的上下内壁上，将封孔管放入所述钻孔内，在封孔管的外壁上设置溢浆口、出浆口，将测试仪器从封孔管内穿过，通过出浆口向注浆式囊袋中注入浆液，待注浆式囊袋内浆体达到特定强度后；再将浆液经溢浆口注入，向封孔管中注水，待水体注满整个钻孔后，利用水体作为耦合剂利用测试仪器向隧道围岩隧道围岩发射声波，根据隧道围岩的反射波速变化情况，确定隧道围岩松动圈的范围大小。
本发明针对复杂地质、高地应力区以及松散破碎围岩，提出了一种声波法隧道围岩松动圈的测试方法，通过封孔管提高堵水效果、护孔段保证钻孔稳定。
权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 111708077 A 2020.09.25C N 111708077A1.一种隧道围岩松动圈的声波法测试方法，其特征在于，包括：在隧道围岩中打设测试钻孔，将注浆式囊袋设置在所述钻孔的上下内壁上，将封孔管放入所述钻孔内，在所述封孔管的外壁上设置溢浆口、出浆口，所述出浆口位于注浆式囊袋的邻近位置，所述溢浆口位于相邻的注浆式囊袋之间的间隔中；将测试仪器从封孔管内穿过，通过出浆口向注浆式囊袋中注入浆液，形成由注浆囊袋、封孔管以及钻孔壁构成的局部封闭空间，待注浆式囊袋内浆体达到特定强度后；再将浆液经溢浆口注入到所述局部封闭空间中，向所述封孔管中注水，待水体注满整个钻孔后，利用水体作为耦合剂利用测试仪器向隧道围岩隧道围岩发射声波，根据隧道围岩的反射波速变化情况，确定隧道围岩松动圈的范围大小。
应用超声波法对围岩松弛带的探测
应用超声波法对围岩松弛带的探测作者：何国东来源：《中国新技术新产品》2015年第11期摘要：本次是针对贵州省乌江构皮滩水电站的右岸3#导流洞围岩松弛带的探测，右岸导流洞长达约800m，开挖断面16×19m2，跨度达20m，高达25m，是洪水期间泻洪主要设施之一，是大坝安全是一个保证。
因导流洞所处的地质结构较为复杂，在施工阶段出现多次塌方，经衬砌加固和灌浆处理后仍有部分地方出现塌方现象，不但直接造成巨大的经济损失，而且在工程进度上推延了工期，其原因为施工爆破造成的岩石松弛和灌浆效果的不理想。
为此，本文对该导流洞用超声波法进行圈定岩石松弛带，并评价灌浆效果，旨在为工程质量提供详实依据。
关键词：超声波法；围岩松弛带；灌浆评价中图分类号：P631 文献标识码：A一、地质概况及工作任务贵州省乌江构皮滩水电站位于乌江中游贵州省遵义市余庆县境内，电站为一等工程，主要永久性建筑物有混凝土抛物线型双曲拱坝、左岸1#和2#导流洞、右岸3#导流洞、右岸电站厂房、左岸三级垂直升船机（缓建）等。
右岸3#导流洞开挖断面面积为16×19m2，右岸导流洞长约800m，开挖断面16×19m2，跨度达20m，高达25m。
导流洞围岩主要为P1m、P1q灰岩，S、O2b、O1m粉砂岩及粘土岩，灰岩分布洞段多属Ⅱ、Ⅲ类围岩，粘土岩等软岩分布在下游及出口洞段，多属Ⅳ、Ⅴ类围岩，稳定性差或较差。
约占总洞段的20%～30%，洞轴线与地层走向近于正交。
导流洞存在进出口边坡、软岩成洞及隧洞涌水等主要地质问题。
所以本次工作主要是针对分布在下游及出口洞段（K0+708～K0+800），开挖后由于爆破等因素形成的松弛带厚度进行补充探测，并对灌浆效果进行评价。
二、超声波测量的工作方法及仪器的性能参数本次工作是根据设计、施工、监理部门的意见，在右岸3#导流洞的 K0+708、K0+720、K0+731断面布置了8个灌浆声波检查孔。
声波法测试巷道围岩松动圈
图3-14兖矿集团东滩煤矿44岩集轨声波测试结果
谢谢观看
渴望梦想的光芒，不要轻易说失望
Write in the end, send a sentence to you, eager to dream of light, don't easily say disappointed
为方便回顾本课程内容，可在课件下载后 进行查看，对疑问之处可随时提问
Thank you for coming. For the convenience of reviewing the content of this course, you can view it after downloading the courseware. You can ask questions at any time
1）频率越低， 跨越裂隙宽度越 大，反之越小。
2） 裂隙数目越多， 则纵波速度越小
3）岩体的风化程度越高，弹性波的速度越小
4）夹层厚度愈大，弹性波纵波速度愈低
三、岩体波速与岩体的有效孔隙率及吸水率有关
一些岩石的纵波速度与有效孔 隙率n之间的关系见图3-9所 示。
从图中可以看出： 随着有效孔隙率的增加， 纵波波速急剧下降
（各向异性系数）
压力愈大，纵波波速各向异性系数愈小。
五、压应力对弹性波传播的影响
（一）室内测试的结果
压应力，对岩石弹性波的波速和动弹性模量有一定的影响，受 力状态可分静水压缩、三向压缩和单向压缩，量测方式可分为平行 或垂直于最大应力。
基本规律相 同，即在低 应力区纵波 波速增长很 快，随着应 力的增大， 增长减慢， 趋于常值。
声波法测试巷道围岩松动范围
一、岩体弹性波速与岩体种类、岩 石密度和生成年代有关
仰孔中声波法测试围岩松动范围的孔内堵水技术
仰孔中声波法测试围岩松动范围的孔内堵水技术蒲成志;张春阳;黄永恒【摘要】声波法是现场测试巷道围岩松动破坏范围最常用的技术。
基于声波法在裂隙发育围岩仰孔中进行巷道围岩松动圈厚度现场测试时的不足，提出将耦合水封闭在探头有效测试范围内的设计思路，并据此设计孔内堵水方案，研制出一种新的孔内堵水装置，并将其应用在金川深部矿区巷道围岩松动圈厚度测试工作中，测试结果表明：这种孔内堵水装置使得钻孔内耦合水集中在探头所处钻孔长度范围内，因而能够有效控制耦合水在钻孔内的渗流面积与散失速率，进而达到测试工作中探头被耦合水完全包裹的目的，使得声波信号的稳定性满足测试要求。
工程实例表明：采用孔内堵水技术的设计方法在复杂围岩条件及测试环境下测试围岩破坏范围具有普遍实用性及可行性。
%Acoustic testing technique is the most commonly used method on the testing of thickness of loosen zone on site. Under the condition of fracture development surrounding rock,when the field testing of thickness of loosen zone was made in the upward slant drill-ing,the deficiency of acoustic testing technique would appear,based on which,it was pro-posed that the coupling water was closed in the effective testing length of probe. Then the so-lution of water plugging in drilling was designed. According to this solution,a new kind of water plugging device was designed. Afterward,it was used in the testing of thickness of loos-en zone in the surrounding rock of roadway on the deep area of Jinchuan. Testing results showed that:by using this kind of water plugging device,the coupling water was concentrated around the extent of probe in the drilling. Therefore,the seepage area and speed of coupling water could becontrolled effectively. Then the aim was attained that probe was completely encapsulated by the coupling water. Also,the stability of acoustic signal could meet the re-quirement of testing work. The example of engineering indicated that the design of water plugging device in drilling has universal practicability and feasibility during the testing of thickness of loosen zone in complex surrounding rock condition and testing environment.【期刊名称】《南华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P25-29)【关键词】仰孔;松动圈厚度;孔内堵水技术;声波测试技术【作者】蒲成志;张春阳;黄永恒【作者单位】南华大学核资源工程学院，湖南衡阳421001;中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083; 武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉430070;中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TD26key words：upward slant drilling;the thickness of loosen zone;the water plugging tech nology in drilling;acoustic testing technique围岩松动圈范围是指巷道开挖应力重新分布后巷道周边出现裂隙至塑性变形而形成的应力降低区[1]，它是进行巷道围岩稳定性评价和支护设计的重要依据[2].有关松动圈的理论研究，国内外开展的较多[3]：从自然平衡拱学说到冒落拱理论；从弹塑性变形假设到松动圈支护理论，这些都离不开对围岩松动范围的确定.而确定松动圈范围的方法主要有现场测试法，数值计算法及理论分析法[4].中国矿业大学借助于国家“八五”科技攻关计划，研制出用于煤矿巷道的“超声波围岩松动圈测试仪”，并将其推广应用到其它领域[5]；宋宏伟[6]基于脉冲电磁波在岩石介质中的传播规律，提出地质雷达测试围岩松动圈的方法，并将其成功应用在煤矿综采放顶煤工作面巷道围岩松动圈测试工作中；靖洪文[5]基于声波法在膨胀性软岩巷道中的应用局限性，基于钻孔摄像测试技术，研制了全景数字摄像及图像处理系统；张平松[7]则介绍了利用地震波进行巷道围岩松动圈测试与解析的原理和方法技术，并通过现场实践，说明了单孔检层与跨孔CT方法是一种有效的围岩松动圈测试方法.陈建功[8]根据弹性力学理论，考虑巷道围岩的动静力作用，提出围岩破碎区半径的求解方法，并结合残余强度理论，利用塑性区的应力计算公式，得到围岩松动区半径的理论解.于永江[9]采用损伤力学与统计理论的单元本构模型，基于RFPA2D分析软件，研究了深部岩体中圆形巷道围岩松动圈的形成机理.然而，目前巷道围岩破坏范围的现场测试工作中，仍然以水做耦合介质的声波测试法最为常用.但是在复杂围岩条件及测试环境下，由于现有耦合水堵漏技术的缺陷，影响了其测试结果的稳定性，尤其是在仰孔中进行测试工作时，需要对钻孔全长进行封堵，当围岩较为破碎时，则很难保证钻孔中的耦合水充盈情况满足测试要求，进而影响测试结果的稳定性和准确性，这一不足极大限制了声波测试技术在现场的推广应用.基于现有声波测试技术设备在复杂围岩条件及测试环境下的不足，本文对测试过程中的堵水技术进行了改进，提出孔内堵水的设计思想，设计了一种新的孔内堵水装置，解决了声波法测试技术在复杂围岩条件及测试环境下的不足.并通过在金川深部矿区巷道围岩的测试结果，证明孔内堵水技术在裂隙发育围岩条件下的上向钻孔中，仍能保证钻孔内耦合水量满足声波测试技术的要求.表明孔内堵水技术的设计方法在复杂围岩条件及测试环境下测定围岩松动圈范围具有普遍实用性及可行性，具有较强的推广价值与现实意义.若视岩体为弹性体，根据弹性介质中波动理论，应力波波速如式(1)所述[10]：vp=式中：vp为纵波波速；E为岩体弹性模量；ρ为岩体密度；μ为岩体泊松比.根据式(1)可以看出：声波波速与介质性质密切相关.波速随介质裂隙发育、弹性模量降低、声阻抗增大而降低，随应力增大、密度增大而增加.因此，对同一性质围岩岩体来说，测得的声波波速高则围岩完整性好，波速低说明围岩存在裂隙，围岩发生了破坏.图1所示为单孔一发双收探头测试工作示意图，发射探头在钻孔中发射声波，在孔壁周围产生滑行波沿着钻孔壁传播，在测试过程中，当首波传播到接收探头1时，将超声波转换成电能，使控制器翻转，计数门开启，计数器开始计时.当滑行波继续传播到接收探头2时，控制器翻转回来，将计数门关闭，计数器停止计数，显示声波在接收探头1与接收探头2之间岩体中传播的时间读数t，根据下式计算声波波速v为：v==式中：L1为接收探头1到发射探头的距离；L2为接收探头2到发射探头的距离；由于声波测试技术的原理简单，操作方便，使得声波法成为围岩松动圈测试技术中最常用的一种方法.但该方法在测定仰孔围岩质量时存在如下缺点：因为探头和岩石之间需要水耦合，如果测孔中的裂隙较发育，孔中水散失严重，孔口堵水时，当测试孔底范围内围岩质量时，需要对钻孔全长注水，并保证耦合水的充盈状态满足测试要求，因此，现有堵水技术难以保证测试全过程中探头与孔壁间充满耦合水.所以现有孔口堵水的声波测试技术在围岩质量较差、裂隙较发育巷道中测试仰孔围岩质量时，测试结果的准确性难以保证.为改进声波法在仰孔中的测试环境，根据现有声波法测试环节中的不足，提出孔内堵水的改进技术方案.当采用孔内堵水时，由于将堵水器置于紧靠接收探头2(图1所示)的下方位置，在现有测试设备中，探头间距设计一般为20 cm，加上探头自身的长度及过渡长度，孔内堵水时，耦合水充满钻孔长度维持在50～60 cm范围时即可满足测试要求，从而改进了孔口堵水时需要钻孔全长注水的不足.当采用孔内堵水技术时，由于将耦合水集中在钻孔中有效测量范围内，使得耦合水散失情况仅发生在钻孔的特定长度内，在对测试工作没有意义的钻孔长度上没有耦合水的存在，同样没有耦合水散失现象发生，由此最大限度提升了耦合水利用率；另一方面，通过降低耦合水满注长度，有效减小了耦合水渗流面积，并显著降低了耦合水渗透水头，据此，根据达西渗透定律，孔内堵水技术能够有效降低耦合水散失速率，确保在探头有效测量长度范围内，探头与孔壁间耦合水量满足测试要求.改进后的孔内堵水技术装置图如图2所示.根据图2所示孔内堵水装置图，当测试钻孔底部围岩质量时，由于孔内堵水器随探头一起伸入钻孔内，此时孔内堵水相较孔口堵水具有明显优势：耦合水满注长度显著减小.由于松动圈分界层往往处于钻孔深处范围内，在钻孔底部进行测试工作时能够保证耦合水满足测试条件要求，对于准确获得测试数据至关重要.当采用孔口堵水时，由于钻孔大部分长度处于松动圈范围内，围岩松散破碎，透水能力强，加上钻孔全长注水提供的较大水头压差，使得耦合水渗流速度增大，此时难以保证探头所处位置耦合水量达到测试工作要求.将孔口堵水装置置于孔内时，由于耦合水扩散长度较小，这样可以有效减少钻孔注水量，提高仰孔测试效率，但是同时带来了如下技术问题：1)孔壁摩擦作用使堵水器橡胶气囊成为易损材料；且由于堵水装置与孔壁的摩擦作用，容易发生橡胶气囊堆叠而增大探头顺利进出钻孔的难度；2)声波法测试精度受钻孔直径影响，即探头与孔壁间空隙越小，测试精度越高.而这两个技术问题相互矛盾：为减小孔壁摩擦，保护堵水器，需要增大孔径；为提高测试精度，需减小孔径.为解决这两个技术问题，对孔内堵水器做如图3所示的精细化设计.图3所示为孔内堵水器的细观构造图.气囊位置限定箍(4)与气囊保护胶筒(5)的设置，可以有效保护孔内堵水器在孔内移动时因与孔壁摩擦而影响测试工作.其中气囊保护胶筒的设置，目的是防止孔内堵水器随探头向孔内插入(或向孔外拔出)时因孔壁摩擦而损坏橡胶气囊；气囊位置限定箍的设置，目的是将气囊固定在特定位置，并将气囊保护胶筒两端绑扎在气囊位置限定箍外侧，防止孔内堵水器在钻孔内移动时气囊因与孔壁摩擦而堆叠.为尽可能减小孔内堵水器对钻孔直径的影响，气囊位置限定箍的凸起高度应在有效防止气囊堆叠的前提下尽可能的减小.为保证孔内堵水器能够顺利进出钻孔，测试前需对钻孔进行清空，除去孔壁浮石，防止卡孔.金川矿体的开采活动已进入深部围岩环境.由于矿体的形成与区域内地质构造活动密切相关，因此高地应力成为深部矿区典型特征.由于巷道围岩收敛变形大，持续时间长，表现出显著蠕变变形特性，使得巷道围岩的长期稳定性成为制约矿区发展的主要因素.而有效的支护方案设计是保持巷道长期稳定的关键.失稳巷道支护体收敛变形特征显示：双层喷锚网支护体中锚杆与支护结构整体向巷道净空收敛，锚固端钢垫板保持完好.这表明锚杆在双层喷锚网支护体中并没有发挥锚固作用，由于锚杆因无法有效锚固而不能提供足够预锚力，导致巷道围岩应力持续向深部转移，造成围岩破坏范围逐渐扩大，从而导致巷道围岩持续收敛变形.因此，进行深部巷道围岩破坏范围测定，据此设计合理的支护参数是有效抑制松动圈内扩、巷道持续收敛变形的有效措施.基于中科智创研发的RSM-7型声波测试仪，采用本文提出的孔内堵水技术，对978探矿道巷道围岩破坏范围进行了现场测定工作.实验巷道埋深接近750 m，而选定测试位置位于矿区内F4断层影响带上，观察揭露掌子面围岩节理发育情况，围岩呈规则碎块结构，节理纵横分布极其密集，后方爆落堆积岩石呈碎块状，测试过程中，掌子面未封闭围岩上不时有碎块冒落.据此可以综合判断，测试围岩质量差，节理发育，测试环境复杂.结合课题前期研究成果，设计测试钻孔长度为2.8 m，并根据探头外径尺寸，为方便探头进出测试钻孔，选择Φ42 mm钎头打设钻孔，并设计钻孔位置分布在拱顶、斜向45°、拱脚及底脚处(如图4所示)，据此可以全面掌握巷道全断面围岩破坏情况.测试过程中，由内而外逐孔进行测试工作.仰孔测试时，将探头送至钻孔底部后，开启水阀送水，同时向孔内堵水器中充气，待水流顺孔下泄速率显著减弱时停止充气，并观察测试仪声波曲线状态，待其稳定后，保存数据，后停水、排气，然后将探头拔出钻孔一定长度(本次测试设计20 cm)，进行下一测点的测试工作.测试工作完成后，基于仪器自带数据分析程序，将保存波形文件进行处理后，可以得到不同测点处的声波速率，然后将同一钻孔内、不同测深处的声速与孔深相对应，根据声速变化情况分析测试结果.图4所示为测试结果示意图，在仰孔中的测试结果表明，孔内堵水技术有效改善了孔口堵水的测试环境，提高了测试信号的稳定性(见图5)，表明采用孔内堵水时探头长度范围内耦合水充盈状态良好.1)声波法因为其测试原理简单，操作方便，成为现场测试巷道围岩松动破坏范围最常用的技术.但是由于测试过程中需要耦合水充满探头与孔壁间隙，其在裂隙发育围岩及仰孔测试环境中的应用受到极大限制.采用孔内堵水技术将耦合水封闭在探头有效测试范围内，能够有效减小耦合水渗流面积与散失速率，解决复杂环境下声波测试技术的应用受限问题；2)为避免孔内堵水装置在测试工作中因与孔壁摩擦而损坏或堆叠，影响测试工作的进行，在保证测试精度不受影响的前提下，通过外设高弹性气囊保护套筒与固定金属箍，并限制金属箍外径小于探头外径，成功对其进行了细部结构的精细化设计；3)为验证孔内堵水技术在裂隙发育岩体中测试仰孔围岩质量的可行性与实用性，基于RSM-7型声波测试仪，将其应用在金川深部矿区巷道围岩松动圈厚度测试工作中.测试结果表明，孔内堵水技术能够很好的解决复杂围岩条件及测试环境下声波法无法正常进行测试工作的不足.[1] 辛亚军,勾攀峰,贠东风,等.非软顶底板煤巷锚杆支护及围岩松动规律[J].采矿与安全工程学报,2012,29(2):203-208.[2] 董方庭,郭志宏.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.[3] 郭亮,李俊才,张志铖,等.地质雷达探测偏压隧道围岩松动圈的研究与应用[J].岩石力学与工程学报,2011,30(S1):3009-3015.[4] 钱自卫,姜振泉,曹丽文,等.基于围岩松动圈理论的井筒壁后防渗注浆技术研究[J].煤炭学报,2013,38(2):189-193.[5] 靖洪文,李元海,梁军起,等.钻孔摄像测试围岩松动圈的机理与实践[J].中国矿业大学学报,2009,38(5):645-649.[6] 宋红伟,王闯,贾颖绚.用地质雷达测试围岩松动圈的原理与实践[J].中国矿业大学学报,2002,31(4):370-373.[7] 张平松,刘盛东,吴荣新,等.峒室围岩松动圈震波探测技术与应用[J].煤田地质与勘探,2003,31(1):54-56.[8] 陈建功,贺虎,张永兴.巷道围岩松动圈形成机理的动静力学解析[J].岩土工程学报,2011,33(12):1964-1968.[9] 于永江,张哲,王来贵,等.深部岩体圆形巷道围岩松动圈形成机理数值试验研究[J].力学与实践,2008,30(6):64-67.[10] 陈成宗.工程岩体声波探测技术[M].北京:中国铁道出版社,1990.。
2-吴从师--隧道围岩爆破松动圈测试分析
隧道围岩爆破松动圈测试分析3周扬水,吴从师,张庆彬(长沙理工大学桥梁与结构学院, 湖南长沙 410076)摘 要:岩体开挖成洞后,洞室周围的岩体将出现应力降低区,应力升高区和原岩应力区。
对隧道进行松动圈检测,可以了解隧道爆破开挖对围岩的影响,从而对系统锚杆的设计长度进行修正,使得锚杆的长度更加合理和经济。
简要介绍了超声波测试的测试技术及测试成果,供同行借鉴。
关键词:围岩松动圈;超声波检测;爆破影响范围鹤上隧道位于福州国际机场高速公路的A3标,起讫桩号为K6+250———K6+700,全长450m ,最大埋深为69m 。
隧道洞身位于半径为1710.00m 的平曲线内。
是国内罕见的3车道、大断面、小净距隧道,其中最大开挖跨度为16.692m ,岩(土)核净宽为5.66m 。
鹤上隧道属于剥蚀低山丘陵地貌,进口段天然坡脚为16°,出口段天然坡脚为20°。
地形起伏较大,植被发育。
地层自上而下为第四系残积坡土,底部基岩为侏罗系上统南园组凝灰熔岩,风化凝灰熔岩及其风化层。
本隧道的地层分别有:坡积亚粘土层、坡积碎石、坡积砂质粘性土(可塑)、坡积砂质粘性土层(硬塑)、砂土状强风化凝灰熔岩、碎块状强风化凝灰熔岩、弱风化凝灰熔岩、微风化凝灰熔岩。
隧道沿线地下水类型主要为孔隙裂隙水和基岩裂隙水。
前者主要赋存于残积坡土层、砂土状强风化层中,地下水随季节变化;后者主要赋存于基岩裂隙和构造裂隙中,含水量极不均匀,沿裂隙构造带补给及排泄,具有承压性。
1 非金属超声波松动圈检测声波检测技术的基本原理是用人工的方法在岩土介质和结构中激发一定频率的弹性波。
这种波以各种波形在材料和结构内部传播,并由接收仪器接收,通过分析和研究接收和记录下来的波动信号,来确定岩土介质和结构的力学特征,了解其内部缺陷。
超声波检测是利用纵波的波速来检测围岩的性质,其表达式为:V p =E (1-μ)ρ(1+μ)(1-2μ)由波速的表达式可知,弹性介质的性质及种类不同,弹性常数及密度不同,弹性波在介质中的传播速度也不同。
超声波检测技术在岩体物性测试中的应用
超声波检测技术在岩体物性测试中的应用【摘要】超声波检测技术是根据超声波在岩石介质中传播中产生的折射、透射等现象和特殊波，来判定岩体结构特性。
本文通过阐述声波检测技术的工作原理，超声波在岩体的传播规律，论述了超声波检测技术在岩体物性中的应用。
【关键词】超声波检测技术；岩体物性；应用0.前言岩体原有的应力平衡在才开过程往往因为破坏而被打破，应力经过重新分布，形成新的平衡。
如果对重新分布的应力没有较好的把握，会对工程工作带来危害，如：在高地应力地区修筑地下洞室时，常遇到坚硬岩层中的岩爆现象和软弱岩层中的流变现象。
因此研究岩体特性及应力变化规律对确保安全施工具有重要意义。
1.波速法波速法检测通过研究岩体弹性参量、应力状态等因素和波速的关系，检测岩体额特性和结构。
根据波速法求得弹性模量，通过分析弹性模量可了解岩体物性及力学指标。
1.1波速法检测的原理（1）岩体弹性参量与波速之间的关系。
介质的波速能有效的反应物体的形变，岩体内的超声波的纵横波分别代表了岩体的不同形变，横波反映横向剪切形变，纵波反映了岩体的拉伸或压缩，并且横向、纵向变形的比值对其影响较小。
纵波与横波速度的比值反映了岩体的完整性，若比值较大，横向则易于膨胀，介质较为脆弱。
但由于同一波长的纵波、横波受测试条件，岩体传播条件的影响，应根据具体情况而定。
在各向同性岩体中根据纵、横波速，能够求得岩体的弹性参量。
动弹性模量E=（v：纵波波速，v：横波波速）（公式一）从上述（公式一）、（公式二）可知，超声波的岩体传播速度与p的开方成反比，与动弹性模量Ed的开方成正比。
由于气体和液体内部μ =0，通过（公式二）可知，vs =0，因此横波不能在这两种介质中传播。
纵波速度随着岩体饱和度的增加，受土股价影响逐渐减弱。
Ed 很难反映土体特性。
由于土中横波特性不受含水量的影响，因此多用横波波速vs 和μ=pv2s 划分高饱和度土层的地层及土层性质。
泊松比是指物体横向应变与纵向应变的比值，也叫横向变形系数，能准确的反映反映土体变形特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
维普资讯
岩 工 界 第卷第期 土 程 ９ ４
∞
一
∞ 如 ∞ 如 ∞ 如 ∞
ｌ． 鞭板 －ｇ ｓ ６ ５ ４ ３ ２ ∞ 如 ∞ 如 ∞ 卯 ∞ ２ ∞ ５ ４ ３
雪 雪囡 亘
次 测试 钻孑 超声 波波 速沿 孔 深 的分 布 曲线如 图 ２ Ｌ
维普资讯
Ｉ ；ｌ ｉ
…
…
ＧＥＯＴＥＣＨＮＩ ＡＬ ＥＮＧ Ｉ ＥＲＩ Ｇ ＯＲＬ Ｃ ＮＥ Ｎ Ｗ Ｄ
…
ＶＯＬ ９
…
Ｎｏ ４ ．
… ． ．
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
ห้องสมุดไป่ตู้
…
…
…
…
．
…
…
．
一
…
…
，
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
运 用 超 声 波 探 测 隧 道 围岩 变 形 松 弛 范 围 优 化 支 护 设 计
韩 勇
（ 河南省光 山县公 路局 ） 摘 要 隧道施 工过程中 ， 由于隧道围岩的原始应力平衡 受到破 坏 ， 围岩的应力 进行重新 调整 和分布 ， 从 而产生变形和位移 ． 导致 出现松弛现象 ； 另一方面 ， 在隧道施 工过程 中 ， 由于爆 破振动 ， 也会 使 隧 道 周边 部分围岩产生破裂松弛 。通过在 隧道 的围岩施 工钻孑 ， Ｌ 应用超 声波探 测隧 道围岩 的松弛
造 成 的能量 损失 以及 干 涉。探 测 中双 声道探 头 以一 定 的间 隔距 离从 孔底 向孔 口拉 出进 行 探测 。间 隔距
存储 与输 出等 功 能 于 一 身 ， 探测 方 法 十分 简 单 。首 先在 施工 的掌 子 面 附近 ， 隧道 拱 部 围岩 均 匀 布 置 沿
一
离 根据 具体 情况 来 确 定 ， 当然 间 隔距 离越 小 即探 测 点越 密 ， 探测 精度 越 高 ， 在鹜 窝梁 隧道 双声 道探 测 中
点 发射 而另 外两 点 接 收 ， 即可 以在 同一 个 钻 孔 中
进行 自激 发和 自接 收 。双声 道探 头外 面 为橡皮 囊包
裹 ， 过 在橡皮 囊 中压 人高 压水 ， 通 使得 橡皮 囊 紧贴钻 孔壁 ， 目的是使 发射 的声 波 不通 过空 气传播 ， 是 直 而
（ 收稿 日期］ ２ ０ ０ ５—１ ０—１ １ ６ ４
以 ０ ５ 间距 进 行探 测 。 ．ｍ
周钻 孔 ， 钻孔 的 数量 和深 度 根 据 具 体 地 质 情 况凭
经验 确定 。在鹜 窝 梁 隧道布 置 超声波 探测 钻孔 深 度
６ ０ 左 右 ， 用钻 爆 施 工 的 山地 钻 进 行 施工 ， ．ｍ 利 不需
根据 双通道 波速 计算 公式 可 以消 除超 声波 在橡 皮囊 水 中传播 的影 响 ， 样 可 以 计 算 超声 波 在 围岩 这 中不 同深 度的传播 速 度 。通 过 比较 隧 道 围岩不 同深 度 岩体 超声 波传播 速 度 ， 判断 围岩 变形 松 弛范 围 。
断 面为 曲墙带 仰拱 ， 开挖 断 面积 １０５ 有 效 净 宽 ３ ．ｍ ，
１ ．５ 净 高 ５ ０ ２ ２ ｍ， ． ｍ。在 隧道 开 挖 过程 中 ， 围岩 松 弛 范 围关 系到隧道 支 护 设 计 ， 别 是 锚 喷 支 护 中 直接 特 关 系到锚 杆设计 的 有效 长度 。我 们 采用 超声波 方 法
探测 围岩 松弛 范 围 ， 费用 低 ， 施工 方便 ， 时省 力 ， 省 并
能 密集监 测 。
Ｉ
… ． — — — — —
—
—— ｊ一
— — — — — —
，
Ｊ
图 ｌ 鹫窝梁隧道围岩超声波探测 孔布 置示意图
１ 一第一孔 ；一第二孔 ；一第 ２７ ；一第 四孔 ；一第 Ｅ？ ；一支 ２ ３ Ｌ４ ５ Ｌ６
护 层 ；一 没 开挖 下道 ７
ｌ 超 声 波 探 测
采用 Ｎ 一３ Ｍ Ｃ非 金 属 超 声 检 测 分 析 仪 探 测 隧
道 围岩松 弛范 围 。该 仪 器 集 数 据 信 号 高速 采 集 、 声
参量 自动 检测 、 据 分 析 处理 、 果 实 时显 示 、 数 结 数据
接 经水传 播 进入 围 岩 中 ， 少 超 声 波在 空气 中传 播 减
范 围 ， 据 围岩 的松 弛 范 围 确 定 隧 道 锚 喷 支 护 中锚 杆 的施 工 长 度 。 根 关键词 隧道 围岩 松弛范 围 锚杆
鹜 窝 梁隧道 位 于河 北省 承德 市西 南鹫 窝梁 低 山 上 。采 用 上 下 行 分 离 式 隧 道 ， 中 隧 道 左 幅 长 其
１７ ． Ｉ， 幅长 １３ ｍ， 道最 大 埋 深 ２ ２ 设 计 ８ ９ １ Ｉ右 Ｔ ８５ 隧 ８ ｍ，
一
２ 监 测 结 果 分 析
在鹜 窝 梁隧 道 进 行 了大 量 超 声 波 探 测 ， 于篇 限 幅这里 仅 以 左 幅隧道 桩 号 Ｋ ２＋ ８ ７ ４ ８位置 超声 波监 测 为例进 行说 明。在该 位 置 布置好 超 声波探 测 孔后
（ １ ， 着 隧 道 掘 进 进 行 了两 次 双 通 道 的 测 试 。 图 ）随 当隧道 开挖 前进 ２ ０ ． ｍ进 行第 一 次超 声 波 探测 。第
特殊 设备 ， 可 以 利 用 炮 孔 以及 锚 杆 孔 进 行 探 测 。 也
例如 在左 幅 隧道 掌 子 面 （ 号 Ｋ ２＋４ ８ ， 隧 道 桩 ７ ８ ）沿 上拱一 周 均匀 布置 ５个 超 声 波 测 量 孔 ， 孔 深 度均 钻 在 ５ ８ 左右 （ １ ， 台钻 机施工 这样 的 ５个 钻 孔 ．ｍ 图 ）一 大约 仅需 要 １ ｍｉ ０ ｎ左右 。 超声 波探 测 中采 用 双 通 道 探 头 ， 通 道 探 头 为 双
所示 。
３ 根据监 测结果优化设计
根 据 以上超 声 波 监 测 （ ４ ， 鹜 窝 梁 隧 道 桩 图 ）在
号 Ｋ ２＋ ８ ， ７ ４ ８ 隧道开 挖距 离 大约 ２ ｍ时 ， 围岩变形 松 弛 范 围大约 １ ５ ． ｍ左 右 ， 随着 开 挖 继 续前 进 ， 围岩 变