專利名稱：開挖損傷區的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種開挖損傷區的測量方法，主要適用于地下工程開挖中由于應力調整而產生的損傷區的測量，特別適用于高應力作用下的硬巖環境中。
背景技術：
地下工程開挖以后圍巖會受到損傷，特別是現在隨著社會和經濟的發展，深部地下巖石工程不斷增多，埋深越來越大，地應力和巖體強度之間的矛盾越來越尖銳，導致圍巖的損傷區范圍和損傷程度也不斷加大，特別是損傷區會隨著時間不斷向外擴展，損傷區的存在對圍巖的穩定性和地下工程運行期間的安全性都有極大的影響，而支護設計工作必須依賴于損傷區范圍的準確測量。
目前對于現場普遍采用的損傷區測量方法為波速測試，主要是利用應力調整引起的裂紋張開進而導致波速的降低，通過低波速帶來判斷損傷區的范圍，但此測量方法對于損傷程度無法直接判斷，且較為粗糙，測量的一般為出現明顯張開裂紋的破壞區，真正意義上由微破裂導致的損傷區并不能測量出來，對于工程的支護設計有一定的影響。發明內容
本發明要解決的技術問題是: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，為圍巖穩定性評價和支護優化設計提供可靠的依據。
本發明所采用的技術方案是:開挖損傷區的測量方法，其特征在于步驟如下: a、在已開挖隧洞內鉆設寬度IOcm的鉆孔，并保證該鉆孔避開節理裂隙發育的位置，且穿過損傷區進入原巖區內； b、在鉆孔內安裝若干個滲透系數測量用探頭，并保證損傷區和原巖區內均布置有探頭; 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；d、將被測位置的滲透系數與該位置到隧洞洞壁的距離整理成變化曲線，得到損傷區的范圍，再將損傷區內各測量位置的滲透系數與原巖區滲透系數對比評價損傷程度。
所述損傷區和原巖區內各布置有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。
本發明的有益效果是:本發明在已開挖隧洞內鉆設穿過損傷區進入原巖區的鉆孔，并在該鉆孔內布置一組測量滲透系數用探頭，并通過壓水測量得到各測量位置的滲透系數，并利用滲透系數的變化來判斷損傷區的范圍和損傷程度，現場操作簡單，能夠準確地表達出損傷區的特征(包括損傷范圍和損傷程度)，易于判讀，花費低廉，為圍巖穩定性評價和現場支護優化設計提供了可靠的依據。
圖1是本發明中鉆孔位置示意圖。
圖2是本發明中探頭的結構示意圖。
具體實施方式
圍巖開挖損傷是不可恢復的損傷，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、圍巖應力重分布及其他因素如溫度和濕度變化等導致裂紋擴展形成的損傷，因此處于損傷區內的圍巖的水力學特性會出現永久性變化，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域內的滲透系數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 由于損傷區特征與應力的分布密切相關，因此測試鉆孔的位置時盡量選取典型部位，具有代表性，并盡量避開節理裂隙發育的位置。
b、鉆孔 如圖1所示，利用鉆機在已開挖隧洞I內、步驟a所選取的位置鉆設直徑大約為IOcm的鉆孔2，如果有條件進行孔內攝像，應盡量使該鉆孔避開節理裂隙發育的位置，同時保證鉆孔2能夠穿過損傷區3，進入原巖區4內； C、探頭安裝 在鉆孔2內安裝若干個滲透系數測量用探頭(探頭的安裝需要分段進行，即在鉆孔內每隔一段距離安裝一個探頭，以測量孔內不同位置的滲透系數)，并保證損傷區3和原巖區4內均布置有探頭，方便比較滲透系數的變化，在同一位置處的測量次數要適宜，次數控制在2 3次(首次利用水壓張開裂縫后，水壓降低，在地應力的作用下，裂紋將重新閉合，之后再進行張開，張開次數控制在2 3次)，過多工作量太大，過少無法表現出損傷區3的過渡，在不同區域內有4飛個測試點為宜，即損傷區3和原巖區4內各布置有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；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)，通過統計加壓時間和流量變化，即可以得到該位置的滲透系數。
e、損傷區分析 將被測位置的滲透系數與該位置到隧洞I洞壁的距離整理成變化曲線，得到損傷區3的范圍，再將損傷區3內各測量位置的滲透系數與原巖區4滲透系數對比評價損傷程度。
具體評價原理如下:損傷區3的滲透系數大于原巖區4的滲透系數，且由于損傷區3內各位置損傷程度不同，因此該區域內滲透系數變化也可能比較大，原巖區4內的滲透系數變化比較小，再根據步驟e得到的曲線的變化情況，即可得知損傷區3的范圍。另外，由于損傷越大，滲透系數越大，同時原巖區4滲透系數基本恒定，即使有變化也是較小的變化，因此，根據損傷區3內各測量位置的滲透系數與原巖區4滲透系數對比，即可得知各測量位置的損傷程度。
權利要求
1.一種開挖損傷區的測量方法，其特征在于步驟如下: a、在已開挖隧洞(I)內鉆設寬度IOcm的鉆孔(2)，并保證該鉆孔避開節理裂隙發育的位置，且穿過損傷區(3)進入原巖區(4)內； b、在鉆孔(2)內安裝若干個滲透系數測量用探頭，并保證損傷區(3)和原巖區(4)內均布置有探頭； 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； d、將被測位置的滲透系數與該位置到隧洞(I)洞壁的距離整理成變化曲線，得到損傷區(3)的范圍，再將損傷區(3)內各測量位置的滲透系數與原巖區(4)滲透系數對比評價損傷程度。
2.根據權利要求1所述的開挖損傷區的測量方法，其特征在于:所述損傷區(3)和原巖區(4)內各布置有4-5個探頭。
3.根據權利要求1或2所述的開挖損傷區的測量方法，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
本發明涉及一種開挖損傷區的測量方法。本發明的目的是提供一種開挖損傷區的測量方法，以便準確的判斷出損傷范圍和損傷程度。本發明的技術方案是a、在已開挖隧洞內鉆設寬度10cm的鉆孔，并保證該鉆孔避開節理裂隙發育的位置，且穿過損傷區進入原巖區內；b、在鉆孔內安裝若干個滲透系數測量用探頭，并保證損傷區和原巖區內均布置有探頭；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；d、將被測位置的滲透系數與該位置到隧洞洞壁的距離整理成變化曲線，得到損傷區的范圍，再將損傷區內各測量位置的滲透系數與原巖區滲透系數對比評價損傷程度。本發明適用于高應力作用下的硬巖環境中。
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 優先權日2013年3月28日
發明者張寧, 張春生 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
