一种多次扰动下围岩岩爆倾向性的定量评价方法技术

本发明专利技术属于深部岩石工程岩爆风险评估领域，具体涉及一种多次扰动下围岩岩爆倾向性的定量评价方法，步骤包括通过声波测试获得开挖损伤区分布深度，获得原岩区范围内的岩体的平均波速；通过平均波速计算得到地质强度指标、扰动因子；基于地质强度指标、扰动因子进一步获得围岩的剩余弹性能，通过围岩的剩余弹性能评价围岩的岩爆倾向性；围岩进行声波测试点不变，每次掌子面完成一个开挖进尺后均进行围岩岩爆倾向性的评估，直至岩爆倾向性分布特征不再明显变化，作为围岩岩爆倾向性的长期评价结果。本发明专利技术基于围岩岩爆倾向性定量评价公式既考虑岩体结构效应，以体现在地质强度指标又考虑了开挖扰动效应符合工程施工过程的实际情况，具有较强的实用性。具有较强的实用性。具有较强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
进行围岩岩爆倾向性的评估，直至岩爆倾向性分布特征不再明显变化，此时的评价结果可视为多次扰动后不再变化的围岩岩爆倾向性，可作为后续开挖过程中围岩岩爆倾向性的长期评价结果。
[0013]一种多次扰动下围岩岩爆倾向性的定量评价方法；步骤1步骤如下：
[0014](1)依据国家标准(GB 50021
‑
2001(2009)岩土工程勘察规范等)或行业标准(如SL/T 264
‑
2020水利水电工程岩石试验规程等)要求进行声波测试；
[0015](2)根据开挖损伤区的P波波速明显低于原岩区的波速，将低波速区分布的深度视为开挖损伤区EDZ的分布深度h
EDZ
(m)，波速变化较平稳的区域视为原岩区，对处于原岩区范围的波速取平均值视为原岩区岩体的平均波速v
a
‑
p0
(km/s)。
[0016]一种多次扰动下围岩岩爆倾向性的定量评价方法；步骤2步骤如下：
[0017](1)根据Serafim and Pereira和Barton的研究，岩体地质力学分级系统RMR
76
与岩体的地震波P波速度V
s
‑
p
(km/s)存在如下定量关系：
[0018][0019]地震波P波速度与V
s
‑
p
与声波P波速度v
a
‑
p
存在较好的线性关系(相关性系数可达0.97)，根据对大量工程数据线性拟合，得到拟合曲线方程所表示的线性关系如下：
[0020]V
s
‑
p
＝0.893v
a
‑
p
+0.151
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0021]将公式(2)代入公式(1)可得：
[0022]RMR
76
＝11.907v
a
‑
p
+5.347
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0023]根据Hoek和Diederichs的研究，GSI＝RMR
76
，故根据公式(3)，GSI可表示为：
[0024]GSI＝11.907v
a
‑
p
+5.347
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0025]由步骤1确定的原岩区范围内的岩体的平均波速v
a
‑
p0
；则围岩的地质强度指标GSI表述如下：
[0026]GSI＝11.907v
a
‑
p0
+5.347
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0027]根据公式(5)即可定量计算围岩的地质强度指标GSI。
[0028](2)根据Hoek等人的研究，岩体的变形模量E
rm
(GPa)与原岩区岩体的变形模量E
rm0
(GPa)之比可表示为：
[0029][0030]式中，D为扰动因子，可用于表征围岩遭受爆破及卸荷影响的扰动程度，开挖损伤区的扰动因子1≤D<0，原岩区D＝0，在Hoek
‑
Brown准则2002版和2018版的指南中仅给出了少数定性描述用以确定扰动因子D，未给出定量估算方法，难以适用实际工程。
[0031]根据Galera等人的研究，岩体变形模量E
rm
可用岩石弹性模量E
i
(GPa)和岩体地质力学分级系统RMR
89
表示为：
[0032][0033]岩体地质力学分级系统RMR
89
与地质强度指标GSI存在下述转化关系：
[0034]RMR
89
＝0.827GSI+15.394
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0035]将公式(8)代入公式(7)可得：
[0036][0037]将公式(4)代入公式(9)中可得岩体变形模量与声波P波速度的关系为：
[0038]E
rm
＝E
i
exp(0.274v
a
‑
p
‑
2.227)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0039]通过原岩区范围内的岩体的平均波速v
a
‑
p0
结合上述公式(10)通过是下式表述原岩区的岩体变形模量E
rm0
[0040]E
rm0
＝E
i
exp(0.274v
a
‑
p0
‑
2.227)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0041]联立公式(10)和公式(11)可得：
[0042][0043]将公式(12)代入公式(6)中，可求得扰动因子D与岩体声波P波速度之间的定量关系为：
[0044][0045]结合步骤1的波速测试结果和公式(13)即可用声波P波波速估算不同深度处的扰动因子D，需要注意的是，由于扰动因子D的范围为0～1，故通过公式(13)计算的结果若大于1则取1，小于0时取0。
[0046]一种多次扰动下围岩岩爆倾向性的定量评价方法；步骤3具体方法如下：
[0047](1)根据步骤3得到的不同深度处的扰动因子D，对扰动因子D＝1的区域视为高度损伤区HDZ，分布深度表示为h
HDZ
(m)；对于1<D<0的区域划分为弱损伤区WDZ，分布深度表示为h
WDZ
(m)。
[0048](2)通过对大量深部岩石工程扰动因子D在围岩内部不同深度处分布规律的总结，描述扰动因子D随深度变化的连续函数可分为两类：
[0049]第一类，当围岩存在高度损伤区时(即h
HDZ
>0)，扰动因子D的变化趋势可表示为：
[0050][0051]式中，d为距开挖轮廓面的距离，m。
[0052]第二类，当围岩不存在高度损伤区时(即h
HDZ
＝0)，扰动因子D的变化趋势可表示为：
[0053][0054]式中，D
s
为开挖轮廓处的扰动因子，D
s
≤1。
[0055]则公式(14)和公式(15)即为表示描述D变化趋势的连续函数。
[0056]一种多次扰动下围岩岩爆倾向性的定量评价方法；步骤4具体方法如下：
[0057](1)由公式(9)可求得岩石弹性模量E
i
为：
[0058][0059]根据Hoek和Diederichs的研究可知，岩体变形模量E
rm
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多次扰动下围岩岩爆倾向性的定量评价方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：对围岩进行声波测试，测取距开挖轮廓面不同深度处的声波P波速度；获得开挖损伤区分布深度h
EDZ
、原岩区范围；原岩区范围内的岩体的平均波速v
a
‑
p0
；步骤2：利用步骤1中原岩区岩体的平均波速v
a
‑
p0
计算地质强度指标GSI；确定不同深度处的扰动因子D；步骤3：基于步骤2中不同深度处的扰动因子D对围岩的开挖损伤区划分为：高度损伤区、弱损伤区；计算高度损伤区、弱损伤区的分布深度，以获取描述围岩中随深度增加扰动因子D的连续变化函数；步骤4：根据步骤2中的获取的地质强度指标GSI和扰动因子D的连续变化函数计算围岩的剩余弹性能A
EF
，通过围岩的剩余弹性能A
EF
评价围岩的岩爆倾向性；步骤5：围岩进行声波测试点不变，每次掌子面完成一个开挖进尺后重复步骤1
‑
4进行围岩岩爆倾向性的评估，直至岩爆倾向性分布特征不再明显变化，此时的评价结果可视为多次扰动后不再变化的围岩岩爆倾向性，可作为后续开挖过程中围岩岩爆倾向性的长期评价结果。2.根据权利要求1所述的多次扰动下围岩岩爆倾向性的定量评价方法，其特征在于，所述的步骤1中声波P波速度平稳的区域视为原岩区；低于原岩区声波P波速度的区域视为开挖损伤区；开挖损伤区EDZ的分布深度为h
EDZ
(m)；对处于原岩区范围的波速取平均值视为原岩区岩体的平均波速v
a
‑
p0
(km/s)。3.根据权利要求1所述的多次扰动下围岩岩爆倾向性的定量评价方法，其特征在于，步骤2的步骤如下：(1)、建立岩体地质力学分级系统RMR
76
与地震波P波速度V
s
‑
p
(km/s)的定量关系，表述如下：多个工程岩体的地震波P波速度V
s
‑
p
与声波P波速度v
a
‑
p
数据线性拟合结果显示二者存在如下线性关系：V
s
‑
p
＝0.893v
a
‑
p
+0.151
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)将公式(2)代入公式(1)可得：RMR
76
＝11.907v
a
‑
p
+5.347
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)地质强度指标GSI＝RMR
76
，公式(3)中GSI可表示为：GSI＝11.907v
a
‑
p
+5.347
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)由步骤1确定的原岩区范围内的岩体的平均波速v
a
‑
p0
；则围岩的地质强度指标GSI表述如下：GSI＝11.907v
a
‑
p0
+5.347
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)通过上述公式(5)即可定量计算围岩的地质强度指标GSI；(2)、岩体的变形模量E
rm
(GPa)与原岩区岩体的变形模量E
rm0
(GPa)之比如下式表述：
式中，D为扰动因子，D取值范围为0
‑
1，其值越大表示围岩受扰动程度越严重...

【专利技术属性】
技术研发人员：代金豪，宫凤强，徐磊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：