基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法及设备技术

本发明专利技术属于爆破损伤探测技术领域，并具体公开了一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法及设备。所述方法包括采用现场原位声波测试获取施工爆破区域岩体损伤区范围，采用有限元

【技术实现步骤摘要】
基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法及设备


[0001]本专利技术属于爆破损伤探测
，更具体地，涉及一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法及设备。

技术介绍

[0002]判断爆破损伤区(损伤半径)的大小是评判爆破效果、控制由于爆破而引起的基岩扰动的重要手段之一，但是由于岩石具有不透明性且爆破现场存在的复杂条件，使用原位声波测试的方法来对爆破损伤区进行评估具有相当的困难性且不具有经济性，无法做到大规模且长期的应用与推广。
[0003]中国专利CN109596020A公开了一种定向断裂光面爆破效果的分析评价方法，包括：根据爆破介质的物理力学参数选取岩石试块；在岩石试块中央钻炮孔；在岩石试块上位于炮孔附近取测点进行超声波检测；采集所述测点位置对应的超声波在所述岩石试块中的第一传播速度；向炮孔中装设定向断裂爆破用药包，堵塞炮孔；控制定向断裂爆破参数对炮孔起爆；采集所述测点位置对应的超声波在断裂后的岩石试块中的第二传播速度；计算超声波在相同测点位置处爆破前后的试块中的速度变化率；根据所述速度变化率分析爆破后岩石损伤状况；根据所述岩石损伤状况评价爆破效果。该方法使用原位声波测试的方法来对爆破损伤区进行评估具有相当的困难性且不具有经济性。
[0004]基于上述缺陷和不足，本领域亟需提出一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法，使用有限
‑
离散元这一新兴的数值方法可以在宏观上表征出裂纹的形貌并可以根据裂纹的条数来反应对应的数量信息，通过有限次数的现场声波测试结果获得的原位损伤结果去对有限
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离散元仿真出来相同工况的施工爆破区表征损伤的裂纹密度阈值进行标定,再通过该标定的裂纹密度阈值来对后续的有限
‑
离散元模拟的结果进行反演，进而为实际施工的损伤半径做出相应的预测与评判，以克服现有技术中使用原位声波测试的方法来对爆破损伤区进行评估具有相当的困难性且不具有经济性的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法及设备，其中结合基岩自身的特征及其爆破损伤特点，相应设计了基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法，采用现场原位声波测试获取施工爆破区域岩体损伤区范围，采用有限元
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离散元数值方法模拟出的相同工况的该区域表征损伤的裂纹密度值，根据损伤结果和裂纹密度值确定损伤判断阈值，并根据该损伤判断阈值以及新工况下模拟获取的裂纹密结果预测实际爆破施工中的损伤区大小，进而为实际施工的损伤半径做出相应的预测与评判。该方法预测警服可靠，可有效降低原位声波测试的次数，成本低、操作方便。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，采用现场原位声波测试获取施工爆破区域岩体损伤区范围，采用有限元
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离散元数值方法模拟出的相同工况的该区域表征损伤的裂纹密度值，根据损伤结果和裂纹密度值确定损伤判断阈值；
[0008]步骤二，采用有限元
‑
离散元数值方法模拟在新工况下的裂纹密度值，结合步骤一标定的损伤判断阈值对现场爆破损伤区范围进行反演预测，以确定损伤半径的大小。
[0009]作为进一步优选的，步骤一中，在现场通过声波测试系统对爆破前后岩石进行波速测量，得到声波波速降低大于15％的区域分布，定义原位声波测试中声波波速在爆破前后降低超过15％的区域为爆破影响区，该爆破影响区的损伤值为1，记该值为爆破损伤的裂纹密度阈值ρ
threshold
。
[0010]作为进一步优选的，步骤一中，裂纹密度值的计算模型为：
[0011][0012]式中，ρ
2D
为二维裂纹密度，ρ
3D
为三维裂纹密度，A为二维测窗的面积，V为三维测区的体积，a
i
为表征裂纹的特征长度。
[0013]作为进一步优选的，所述三维裂纹密度由二维裂纹密度根据如下公式进行求出：
[0014][0015]式中，r为测窗到炮孔轴线的最小距离，d
borehole
为炮孔直径。
[0016]作为进一步优选的，步骤二中，确定损伤半径的大小具体包括：
[0017][0018]式中，D为损伤值大小，ρ为计算得到的裂纹密度值，其中损伤值为1对应的损伤等高线到炮孔之间的距离为损伤半径。
[0019]按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的系统，包括：第一主模块，用于采用现场原位声波测试获取施工爆破区域岩体损伤区范围，采用有限元
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离散元数值方法模拟出的相同工况的该区域表征损伤的裂纹密度值，根据损伤结果和裂纹密度值确定损伤判断阈值；第二主控模块，用于采用有限元
‑
离散元数值方法模拟在新工况下的裂纹密度值，结合步骤一标定的损伤判断阈值对现场爆破损伤区范围进行反演预测，以确定损伤半径的大小。
[0020]按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种电子设备，包括：
[0021]至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，
[0022]所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；
[0023]所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行上述一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法。
[0024]按照本专利技术的另一个方面，还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态
计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法，
[0025]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0026]1.本专利技术通过有限次数的现场声波测试结果获得的原位损伤结果去对有限
‑
离散元仿真出来相同工况的施工爆破区表征损伤的裂纹密度阈值进行标定,再通过该标定的裂纹密度阈值来对后续的有限
‑
离散元模拟的结果进行反演，进而为实际施工的损伤半径做出相应的预测与评判。预测精度高，方法简单，经济成本低。
[0027]2.本专利技术结合了有限
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离散元中的可视化裂纹条数，并结合了裂纹密度法去定量化损伤区，再辅以声波实测数据标定，和较大规模现场测试比更为经济且结果相对可靠。
[0028]3.本专利技术通过结合数值模拟与现场声波结果来进行阈值的判定，具有较高的可信度与严谨性。同时利用数值模拟去对损伤区进行可视化更为直观，能给现场工作者提供一些施工上指导，对损伤区的控制与描述更为形象化。
[0029]4.本专利技术可以结合现场实际情况，对施工的孔网参数的设计优化提供一些建议，为安全施工提供一层保障，为企业节省一定的成本。
附图说明
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采用现场原位声波测试获取施工爆破区域岩体损伤区范围，采用有限元
‑
离散元数值方法模拟出的相同工况下的该区域表征损伤的裂纹密度值，根据损伤结果和裂纹密度值确定损伤判断阈值；步骤二，采用有限元
‑
离散元数值方法模拟在新工况下的裂纹密度值，结合步骤一标定的损伤判断阈值对现场爆破损伤区范围进行反演预测，以确定损伤半径的大小。2.根据权利要求1所述的一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法，其特征在于，步骤一中，在现场通过声波测试系统对爆破前后岩石进行波速测量，得到声波波速降低大于15％的区域分布，定义原位声波测试中声波波速在爆破前后降低超过15％的区域为爆破影响区，该爆破影响区的损伤值为1，记该值为爆破损伤的裂纹密度阈值ρ
threshold
。3.根据权利要求1所述的一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法，其特征在于，步骤一中，裂纹密度值的计算模型为：式中，ρ
2D
为二维裂纹密度，ρ
3D
为三维裂纹密度，A为二维测窗的面积，V为三维测区的体积，a
i
为表征裂纹的特征长度。4.根据权利要求3所述的一种基于裂纹密度及声波阈值反演爆破损伤范围的方法，其特征在于，所述三维裂纹密度由二维裂纹密...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，吴迪，夏祥，傅帅旸，刘黎旺，王犇，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：