巖體爆破破壞深度的彈性波法檢測方法

巖體爆破破壞深度的彈性波法檢測方法

1爆破后巖體內(nèi)部波速檢測彈性波法檢測巖石破壞的深度，是爆炸試驗(yàn)和巖石構(gòu)造基面檢驗(yàn)的主要方法之一。主要有跨空法、聲波測井法及地震剖面法,其基本原理一致:以彈性波縱波波速觀測值判斷爆破破壞深度或基礎(chǔ)巖體質(zhì)量?！端そㄖ飵r石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(SL47-94)規(guī)定,依據(jù)聲波發(fā)射及接收儀器的測量誤差及一般巖體破壞規(guī)律,同部位巖體的爆破后波速與爆破前波速的變化率η>10%時(shí)判斷為爆破破壞或基礎(chǔ)巖體質(zhì)量差。若只在爆后觀測,可用觀測部位附近原始狀態(tài)巖體的波速作為爆破前波速,也可從觀測資料的變化趨勢和特點(diǎn)進(jìn)行判斷。在實(shí)際檢測工作中,或聲波測孔需鉆深度較大,或爆后找孔及清孔困難,很難在同部位進(jìn)行爆前爆后對比檢測,一般將爆后預(yù)計(jì)破壞深度以外的同孔深部巖體聲波波速作為爆前原始狀態(tài)的波速,但由于巖體深部應(yīng)力變化對波速的影響,巖體不同深度不同數(shù)量原有層面、節(jié)理、裂隙對波速的影響等,使得彈性波的傳播特性及波速曲線十分復(fù)雜,比如孔口段波速較高、孔內(nèi)深部波速較低等,這樣就使判斷破壞深度有一定的難度,容易產(chǎn)生較大誤差及錯(cuò)誤。爆破對巖體的破壞,一是由于爆破作用產(chǎn)生新的裂隙,分布范圍較小,從殘留鉆孔附近表層可以觀察得到;二是由于爆破作用引起巖體原有節(jié)理裂隙張開、錯(cuò)動(dòng)或延伸。爆破對巖體的破壞主要表現(xiàn)為對原有結(jié)構(gòu)面的影響。彈性波通過這些巖體新增及原有結(jié)構(gòu)面間隙時(shí),會產(chǎn)生波的反射及繞裂隙缺陷衍射,透射能量變小,致使傳播速度及振幅降低。因此,彈性波法檢測中必須分析巖體不同深度結(jié)構(gòu)面的分布、產(chǎn)狀特性,結(jié)合聲波曲線具體分析,才能得出正確判斷。三峽工程高邊坡及地下洞室爆破開挖施工中進(jìn)行了大量的聲波測試,通過實(shí)際爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)及爆破效果分析,結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況及巖體結(jié)構(gòu)面特性,總結(jié)出較為合理及精確的結(jié)構(gòu)面巖體爆破破壞深度分析方法。2破壞結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和聲波速度對聲波的影響2.1結(jié)構(gòu)面的表現(xiàn)特征巖體在形成過程中,長期經(jīng)受建造和改造兩大地質(zhì)作用,生成各種不同類型的結(jié)構(gòu)面,它決定了巖體的工程地質(zhì)特性及其在外力作用下的變形破壞機(jī)理。結(jié)構(gòu)面按成因可分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面,其中原生結(jié)構(gòu)面因原巖成因可分為沉積結(jié)構(gòu)面(層理及夾層)、巖漿結(jié)構(gòu)面(侵入體及冷凝節(jié)理面)、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面(片理及夾層);構(gòu)造結(jié)構(gòu)面可分為節(jié)理(X型節(jié)理、張性節(jié)理)、斷層及層間錯(cuò)動(dòng)面;次生結(jié)構(gòu)面可分為卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙及夾層等。結(jié)構(gòu)面的表述特征有結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、連續(xù)性、密度、結(jié)構(gòu)面形態(tài)、張開度、充填膠結(jié)特征等。結(jié)構(gòu)面是巖體的顯著特征之一,巖體因一定的結(jié)構(gòu)面而分為整體塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)及散體結(jié)構(gòu),在彈性波檢測工作中,現(xiàn)場必須記錄這些特征的爆前爆后變化,它與爆破破壞特性及破壞深度判斷相關(guān)。2.2爆炸對結(jié)構(gòu)面的破壞特征以及干擾聲波速度的影響2.2.1主巖結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)新生裂紋爆破對巖體的破壞之一表現(xiàn)為新生裂紋。在藥包破壞圈內(nèi),爆破應(yīng)力波或其在結(jié)構(gòu)面上的反射疊加強(qiáng)度大于巖石動(dòng)抗壓或抗拉強(qiáng)度時(shí),原巖中產(chǎn)生新生裂紋,但在建基面附近的爆破中,一般嚴(yán)格控制單響藥量或采用不耦合裝藥,新生裂紋較少,多發(fā)生在炮孔壁及炮孔周圍斜交的結(jié)構(gòu)面薄弱處。爆破新生裂紋對聲波波速的影響主要表現(xiàn)在聲波測孔孔口段漏水、地質(zhì)錘錘擊發(fā)出空聲或啞聲、孔口段波速及波幅降低。2.2.2結(jié)構(gòu)面破壞引起的波速持續(xù)下降結(jié)構(gòu)面為巖體受力弱面,爆破對結(jié)構(gòu)面的破壞主要表現(xiàn)為使原有裂紋延伸及擴(kuò)展等,其破壞作用有應(yīng)力波或其在結(jié)構(gòu)面上的反射波疊加使之延伸、張開或壓縮,也有在巖體中激起的彈性波振動(dòng)使結(jié)構(gòu)面張開或壓縮、爆生氣體對相連裂隙的尖劈作用。對強(qiáng)風(fēng)化巖石而言,巖體結(jié)構(gòu)面性狀弱化,爆破破壞表現(xiàn)為巖體顆粒膨松,孔隙率增加,密度降低。原有結(jié)構(gòu)面破壞對聲波波速的影響主要表現(xiàn)在聲波測孔孔內(nèi)漏水、地質(zhì)錘錘擊發(fā)出空聲或啞聲、孔內(nèi)波速降低。在實(shí)際測試中因部分孔段裂紋貫通而漏水,可直接引起彈性波波速及振幅降低,無法進(jìn)行全孔測試。爆破對泥質(zhì)夾層的壓實(shí)作用,表現(xiàn)為彈性波波速及振幅增高。2.2.3爆破對圍巖的影響爆破開挖高邊坡形成與臨空面近于平行的卸荷裂隙;洞室開挖在圍巖拱肩部形成應(yīng)力集中帶,在頂部及兩側(cè)形成應(yīng)力松馳帶等,這些都影響結(jié)構(gòu)面的張開或閉合。爆后因圍巖應(yīng)力重新分布形成的應(yīng)力集中區(qū),表現(xiàn)為彈性波波速及振幅增高?？傊?在圍巖的一定深度,認(rèn)為爆破對巖體結(jié)構(gòu)無影響,在考慮測孔底部一定荷載壓力增加而引起的較小聲波增加外,表現(xiàn)為彈性波波速及振幅與原始狀態(tài)相同。結(jié)合地質(zhì)情況,將孔內(nèi)各段聲波曲線進(jìn)行對比,據(jù)此判定圍巖爆破破壞深度。3在巖體聲波速度的影響下的結(jié)構(gòu)分析中3.1巖石高邊坡立地條件分析,可建立以巖石高邊坡爆破測試前應(yīng)仔細(xì)了解爆區(qū)地質(zhì)、地形特點(diǎn),對巖石高邊坡應(yīng)了解其高差、坡度及施工方法、形成時(shí)間、已有破壞現(xiàn)象等,分析地質(zhì)、地形特征與爆破破壞的相關(guān)度。3.2、通過測量現(xiàn)場爆炸參數(shù)了解爆炸破壞特征爆破參數(shù)直接與爆破破壞相關(guān),包括孔深、孔排距、單孔藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方式等,爆后及時(shí)了解拋距、塊度、后裂范圍等破壞現(xiàn)象。3.3基面或邊坡不同高程的松馳經(jīng)濟(jì)帶聲波測孔應(yīng)根據(jù)典型破壞現(xiàn)象確定,布置在炮孔底部建基面或邊坡不同高程的松馳帶上,避免應(yīng)力集中區(qū)。如測試爆破對巖石結(jié)構(gòu)面的影響時(shí),應(yīng)相應(yīng)布置在結(jié)構(gòu)面兩側(cè)的不同深度,測孔孔深應(yīng)超過預(yù)計(jì)爆破破壞深度。3.4波圖根據(jù)建基面巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及延伸規(guī)律,作出聲波測孔地質(zhì)剖面圖,繪制孔深～波速圖,兩者之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。3.5相同層面的結(jié)構(gòu)面波速降低值結(jié)構(gòu)面發(fā)育巖體孔深～波速一般呈現(xiàn)復(fù)雜的曲線、折線,但結(jié)合地質(zhì)、地形特征可以給出合理的解釋及判斷,其一般規(guī)律有:(1)若相同層面產(chǎn)狀及數(shù)量的結(jié)構(gòu)面在預(yù)計(jì)破壞深度以外的測孔深部與孔口段的聲波波速降低值一致時(shí),認(rèn)為孔口段無破壞;若降低值大于10%則認(rèn)為已破壞;(2)相同孔深、數(shù)目倍增的相同產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)面對聲波波速的影響降低值應(yīng)為倍增關(guān)系;(3)隨地應(yīng)力增加,認(rèn)為相同破壞程度的測孔深部比孔口段聲波波速稍有增加。根據(jù)以上規(guī)律,對各孔深段作具體分析,可以得出較為合理的爆破影響深度。4簡單的例子4.1孔測量配置在三峽工程永久船閘高邊坡175m高程布置一組水平測孔,測試破壞深度,測孔深3m,孔距約2m,橫剖面如圖1。4.2聲波測孔剖面圖三峽工程永久船閘巖石為花崗巖,發(fā)育多組“X”型節(jié)理,其延伸性較好,長達(dá)幾米至幾十米,結(jié)構(gòu)面閉合,部分礦物質(zhì)膠結(jié),根據(jù)結(jié)構(gòu)面出露產(chǎn)狀及延伸性,將其繪制在聲波測孔剖面圖上。該邊坡采用深孔梯段爆破開挖,光面及預(yù)裂爆破形成邊坡壁面,梯段高度約8m,炮孔壁少見爆破裂紋,上部邊坡壓重較高,地質(zhì)錘敲擊聲清脆,孔內(nèi)不漏水。4.3爆破破壞深度計(jì)算A～B孔孔底段(一組相交節(jié)理面)波速相近于B～C孔中部段及C～D孔孔口段波速時(shí),認(rèn)為C～D孔孔口段無破壞。A～B孔孔口段(單一節(jié)理面)波速相近于B～C孔口段及C～D孔孔底段波速時(shí),認(rèn)為A～B孔孔口段及B～C孔口段無破壞;綜合以上數(shù)據(jù)及分析,得出該處爆破破壞深度在0.2m以下(孔內(nèi)測點(diǎn)距)。如果不結(jié)合地質(zhì)情況分析,各孔孔深～波速曲線十分復(fù)雜,A～B孔孔底段波速較低,且呈下降趨勢,易于判斷為孔底已破壞。巖石聲波測試的其他方法也可針對孔內(nèi)不同深度結(jié)構(gòu)面處波速進(jìn)行對比分析,得出其爆破破壞深度。5爆破破壞深度爆破對邊坡及圍巖巖體的破壞主要是對巖體結(jié)構(gòu)面的破壞,當(dāng)根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀或巖體原有塊度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律可以確定結(jié)構(gòu)面在聲波