【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地质勘察，尤其涉及一种基于多波场的便携式围岩物性快速检测设备与方法。
技术介绍
1、随着我国经济技术的快速发展，我们的基建开始向西部山区发展。交通隧道、引水隧洞、水电工程等一系列的地下工程开工建设。在工程建设中，地质岩层的物性指标至关重要，一方面这些物性指标有助于了解岩层自身的结构，另一方面这些物性指标对于工程设计也有一定的影响，特别是支护参数的选取等。岩体物性是岩石重要的物理特征，在一定程度上表征岩石或岩体的特性，也反映了岩体场变产生的物性变化或岩体间的物性差异。
2、在岩石物性测试中，实验室获取波速较为简单，但需要现场采集大量的岩样，同时实验室获取波速时岩样的力学状态和现场有显著不同，仅用于参考。而现场原位测试的方法较为繁琐，不但要进行钻孔，而且在测试过程中需要对钻孔进行保压处理。此外，物探的方法也可以用于现场围岩速度的获取，但传统的物探方法需要复杂的观测系统布设，隧道或地下工程中施作存在局限性。因此，无论室内波速测试无法还原现场岩石的受力状态，而现场检测需要消耗大量的人力。现有的围岩物性测试手段无法满足生产中对于围岩物性快速检测的要求。
3、综上，如何在现场获取围岩物性对工程建设有着重要的意义，但现有的测试方法费时费力，亟待一种新的方法或设备快速解决物性测试问题。
技术实现思路
1、鉴于以上技术问题，本公开提供了一种基于多波场的便携式围岩物性快速检测设备与方法，解决了现有技术中测试方法较为繁琐，需要复杂的观测系统布设，消耗大量的人力且施作
2、根据本公开的一个方面，提供一种基于多波场的便携式围岩物性快速检测设备，包括
3、设于激发点得以激发地震波的夯锤、和设置于激发点观测点位得以采集地震波的检波器；
4、所述夯锤旁安装得以同步地震波激发与采集时间的信号激发器，
5、所述检波器的供电输入端与振动信号输出端均连接数据采集器；
6、所述数据采集器的信号输出端连接终端计算机，所述终端计算机的信号输入端还连接信号激发器输出端；所述终端计算机内置存储器和数据分析处理器，以实现地震数据频谱的自动分析、自动滤波、初至和频散曲线的自动拾取、波速和层厚的自动计算以及岩石物性的自动分析。
7、所述检波器包括频带范围为0.5-3000hz的宽频带加速度检波器。
8、所述激发点的锤击震源外部设有辅助降幅机构，所述辅助降幅机构包括套装在所述锤击震源外的弹性压板和外壳，所述外壳上设有螺旋轨，所述外壳的顶面转动形式设置转动环，所述转动环上设有卡装扣，所述转动环上贯穿安装刚性压杆，所述刚性压杆的顶部设有卡块，所述卡块上安装复位弹簧，所述复位弹簧一端处于所述转动环上，另一端处于所述卡块下，所述刚性压杆的底部设有压辊。
9、根据本公开的另一个方面，提供一种基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，包括如下步骤：
10、(1)布设检波器：确定围岩探测区域，布设与围岩探测区域相耦合的的检波器；
11、(2)设置激发点：布置好检波器后，在检波器得以接受信号的范围内间隔设置多个激发点；
12、(3)激发激发点：激发任意一个或多个激发点，检波器同步接收地震波信号根据互换原理，将采集到的单道地震波信号按照偏移距进行排列；将每个记录中的接收点和激发点进行互换，将一收多发的地震波信号记录转化为炮集记录；
13、(4)频谱分析：分析炮集记录的频谱，借助短时傅里叶变化或小波变换对炮集记录进行频谱分析，分别确定高频带、低频带的主频范围，并对其进行滤波处理；
14、(5)提取折射波和瑞雷波：根据不同频带的范围，利用带通滤波对炮集记录进行波场分离，分别提取折射波和瑞雷波；
15、(6)分析判断围岩横纵波速度模型：
16、(6.1)获得纵波速度：对折射波记录内拾取初至，并标记折射波旅行时对应的偏移距，形成时距曲线；采用折射波法层状介质模型求解折射波时距曲线，获得表层至深层的纵波速度vp1、vp2…vpn...和表层至深层的厚度hp1、hp2…hpn...；
17、(6.2)获得横波速度：分析瑞雷波记录并提取其频散曲线；利用频散曲线反演横波速度，获得表层至深层的速度vs1、vs2…vsn…和表层至深层的厚度hs1、hs2…hsn...；
18、(7)根据已知的纵波速度与横波速度分析判断围岩性状。
19、所述步骤(1)中布设与围岩探测区域耦合的带有强磁面的检波器，包括如下步骤：采用树脂耦合剂将检波器铁质底座粘合在围岩上、或将带大头钉的检波器底座打入围岩中，然后把检波器的强磁面与铁质底座吸合以耦合检波器与围岩。
20、所述步骤(2)中激发点的排列长度为围岩洞径的3倍。
21、所述步骤(2)中激发点的数量为8-10个。
22、所述步骤(2)中激发点的激发方式采用16磅锤击。
23、所述步骤(5)中提取折射波，包括将炮集记录波形带通滤波到260-600hz，拾取折射波初至；所述步骤(6.1)中采用折射波法层状介质模型求解折射波时距曲线，包括如下步骤：
24、a根据snell定律：
25、b确定折射波路径om′m″p″m′r
26、c折射波旅行时曲线方程为
27、
28、式中：θ1为表层折射角；
29、θ2为深层折射角；
30、v1为表层折射波旅行速度；
31、v2为深层折射波旅行速度；
32、v3为深层折射波平移速度；
33、om′m″p″m′r为折射波路径；
34、t为折射波旅行时间；
35、h1为表层深度；
36、h2为深层深度；
37、x为折射波移动距离。
38、所述步骤(5)中提取折射波瑞雷波，包括将地震波炮集记录滤波到10-100hz；所述步骤(6.2)中提取瑞雷波频散曲线，包括如下步骤：利用fk或倾斜叠加法计算频散能量，并拾取能量最大值得到频散曲线，然后基于贝叶斯理论面波频散曲线随机反演结果。
39、所述步骤(7)中根据已知的纵波速度与横波速度分析判断不同深度围岩性状；包括如下步骤：
40、根据纵波速度与横波速度计算泊松比：
41、
42、式中：σ为泊松比；
43、vp为纵波速度；
44、vs为横波速度；
45、计算岩体相对完整性，即浅表层岩体与深层岩体的纵波速度之比的平方：
46、
47、式中：
48、kv为岩体相对完整性指数；
49、vpm为浅表层岩体纵波速度；
50、vpr为深层岩体纵波速度。
51、本专利技术的有益效果在于：
52、1.该系统设备组成简单，便于操作，能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多波场的便携式围岩物性快速检测设备，其特征在于：包括设于激发点得以激发地震波的夯锤、和设置于激发点观测点位得以采集地震波的检波器；
2.如权利要求1所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测设备，其特征在于：还包括设于激发点锤击震源外部设有辅助降幅机构，所述辅助降幅机构包括套装在所述锤击震源外的弹性压板和外壳，所述外壳上设有螺旋轨，所述外壳的顶面转动形式设置转动环，所述转动环上设有卡装扣，所述转动环上贯穿安装刚性压杆，所述刚性压杆的顶部设有卡块，所述卡块上安装复位弹簧，所述复位弹簧一端处于所述转动环上，另一端处于所述卡块下，所述刚性压杆的底部设有压辊。
3.如权利要求1所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测设备，其特征在于：所述检波器包括频带范围为0.5-3000Hz的宽频带加速度检波器。
4.一种基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.如权利要求4所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中布设与围岩探测区域耦合的带有强磁面的检波器，包括如下步骤：采用树脂耦
6.如权利要求4所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中激发点的排列长度为围岩洞径的3倍。
7.如权利要求4所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中激发点的数量为8-10个。
8.如权利要求4所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，其特征在于：所述步骤(5)中提取折射波，包括将炮集记录波形带通滤波到260-600Hz，拾取折射波初至；所述步骤(6.1)中采用折射波法层状介质模型求解折射波时距曲线，包括如下步骤：
9.如权利要求4所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，其特征在于：所述步骤(5)中提取折射波瑞雷波，包括将地震波炮集记录滤波到10-100Hz；所述步骤(6.2)中提取瑞雷波频散曲线，包括如下步骤：利用FK或倾斜叠加法计算频散能量，并拾取能量最大值得到频散曲线，然后基于贝叶斯理论面波频散曲线随机反演结果。
10.如权利要求4所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，其特征在于：所述步骤(7)中根据已知的纵波速度与横波速度分析判断不同深度围岩性状；包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多波场的便携式围岩物性快速检测设备，其特征在于：包括设于激发点得以激发地震波的夯锤、和设置于激发点观测点位得以采集地震波的检波器；
2.如权利要求1所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测设备，其特征在于：还包括设于激发点锤击震源外部设有辅助降幅机构，所述辅助降幅机构包括套装在所述锤击震源外的弹性压板和外壳，所述外壳上设有螺旋轨，所述外壳的顶面转动形式设置转动环，所述转动环上设有卡装扣，所述转动环上贯穿安装刚性压杆，所述刚性压杆的顶部设有卡块，所述卡块上安装复位弹簧，所述复位弹簧一端处于所述转动环上，另一端处于所述卡块下，所述刚性压杆的底部设有压辊。
3.如权利要求1所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测设备，其特征在于：所述检波器包括频带范围为0.5-3000hz的宽频带加速度检波器。
4.一种基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.如权利要求4所述的基于多波场的便携式围岩物性快速检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中布设与围岩探测区域耦合的带有强磁面的检波器，包括如下步骤：采用树脂耦合剂将检波器铁质底座粘合在围岩上、或将带大头钉的检波器底座打入围岩中，然后把检波...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪开荣，张理蒙，刘永胜，杨朝帅，李志军，尹龙，陈桥，潘岳，谢韬，张继超，卢高明，周毅，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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