[发明专利]高地应力区地下厂房围岩变形破裂演化测试方法及结构

说明书

技术领域

本发明涉及围岩变形破裂测试技术领域，具体涉及一种高地应力区地下厂房围岩变形破裂演化测试方法及结构。

技术背景

岩石变形破坏在地下工程开挖过程中，尤其是在高应力区或应力集中区，由于围岩应力释放，岩石呈现出多种多样的变形破裂方式。随着人类社会的发展，已有越来越多的工程建设在深部地下开展，应力水平也有很大程度的提高，如水利水电工程的引水隧洞和地下厂房、交通工程中的深埋隧洞、矿山工程中的深部开采、能源贮备和核废料深部处置中的洞室等。这些高地应力区地下工程面临着一个共同的问题是需要对高应力区岩体进行开挖，由于受到高地应力的作用，岩体开挖过程中的变形破坏比浅部工程要剧烈复杂得多，如果施工速度过快或支护不恰当或其他别的因素，轻则造成围岩变形过大，影响结构的正常使用，重则诱发岩爆塌方等地质性灾害，毁坏施工设备，影响地下工程施工的顺利开展。

国内外针对高应力区岩石变形破坏的研究，从发生机理、数值分析等方面开展了大量的工作，并取得了一些重要进展。在高应力区岩石支护方法上，现场设计与工程技术人员根据工程地质条件探讨了一些新型的支护方法。然而，针对地下工程的高地应力区岩石变形破坏，最为关键的问题是深入认识岩石变形破坏演化机理，获得岩石灾变发生前后开挖损伤区内岩体弹性波、裂隙、应力、变形随施工进度、随运行时间的变化规律，从而为各个阶段岩石工程措施设计优化提供可靠的理论支撑。

现有的测试方法仅有变形监测，对高应力区地下厂房洞室而言，现有方法无法描述破裂演化过程，无法定量的刻画时效破裂演化的特征和规律。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种高地应力区地下厂房围岩变形破裂演化测试方法，该方法能直接且连续的获取岩体在施工期和运行期也即在开挖前、开挖过程中以及开挖后岩体破损区弹性波、裂隙、三维应力和变形等时空演化的基础数据，从而为地下厂房洞室围岩支护设计和施工方案优化以及围岩长期灾变预报预警决策提供科学依据。

为实现此目的，本发明所设计的高地应力区地下厂房围岩变形破裂演化测试方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：在高地应力区地下厂房洞室区域通过廊道向主厂房和主变室方向分别开设摄像与声波测试孔、分布式光纤位移测试孔和三维应力测试孔；

步骤2：在摄像与声波测试孔内灌注第一耦合剂，然后在灌注了第一耦合剂的摄像与声波测试孔内同轴布置数字钻孔摄像仪，在摄像与声波测试孔内通过数字钻孔摄像仪获取摄像与声波测试孔孔口至摄像与声波测试孔孔底的图像，将该图像进行数字化处理后得到岩体裂隙的产状、宽度，然后取出数字钻孔摄像仪，并向摄像与声波测试孔内同轴布置单发双收的单孔声波仪，在摄像与声波测试孔内通过单发双收的单孔声波仪测试摄像与声波测试孔孔底至摄像与声波测试孔孔口的岩体的声波信号，并通过该声波信号，得到开挖前后、开挖过程中岩体弹性波的变化；

步骤3：在步骤2进行的同时，在分布式光纤位移测试孔内同轴布置分布式光纤，然后在分布式光纤位移测试孔内灌注第二耦合剂，在分布式光纤位移测试孔内通过分布式光纤测量分布式光纤位移测试孔轴向的岩体应变，并根据量测数据计算岩体变形以及裂缝开度；

步骤4：在步骤2和3进行的同时，在三维应力测试孔内自三维应力测试孔底端往顶端均匀并排布置多个三向应变计，然后在三维应力测试孔内灌注第二耦合剂，在三维应力测试孔内通过三向应变计监测三维应力测试孔所在范围的岩体应力随各工期的变化规律。

所述第一耦合剂为水，第二耦合剂为水泥砂浆，所述步骤2中，从摄像与声波测试孔内取出数字钻孔摄像仪后的15~30分钟之内向该摄像与声波测试孔内设置单发双收的单孔声波仪。

上述方案中，它包括多组测试孔，所述每组测试孔均由步骤1中的摄像与声波测试孔、分布式光纤位移测试孔和三维应力测试孔构成。

所述每组测试孔中均包括四个摄像与声波测试孔，所述四个摄像与声波测试孔位于同一铅直平面上，朝向主厂房布置的两个摄像与声波测试孔与廊道水平面的夹角分别为15°和45°；朝向主变室布置的两个摄像与声波测试孔与廊道水平面的夹角分别为20°和50°。

所述每组测试孔中均包括多个分布式光纤位移测试孔和三维应力测试孔，所述同一组的分布式光纤位移测试孔和三维应力测试孔位于同一铅直面上，所述分布式光纤位移测试孔和三维应力测试孔分别与廊道在水平面上成70~80度的夹角。