[发明专利]基于P波脉冲上升时间的岩体开挖爆破影响范围判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电和岩土工程技术领域，特别涉及一种基于P波脉冲上升时间的岩体开挖爆破影响范围判别方法。

背景技术

岩体爆破开挖过程中，由于爆炸荷载的作用，在完成岩石爆破破碎的同时，不可避免地对保留岩体产生动力损伤；同时随着新的自由面的形成，保留岩体的物理力学性能发生扰动和劣化，形成所谓的开挖扰动区或开挖损伤区。开挖扰动区或开挖损伤区将对保留岩体及工程建筑的安全造成不利影响。合理准确地判断岩体开挖爆破影响范围，判定开挖扰动区或开挖损伤区，能有效地确保施工安全，减少工程投资。

由于工程实践的需要，岩体开挖爆破影响范围的检测方法发展迅速，常用的检测方法主要可以分为以下二类：1）用金相学的方法直接观测岩体中微缺陷的数目、形状、大小、取向、分布形态、裂纹的性质以及各类损伤表观的现象，包括光学显微镜和电镜的观察和扫描、X射线成像、CT扫描、红外和紫外摄像以及半孔率的测定等方法；2）通过测量岩体宏观物理和力学行为的变化，间接确定岩体损伤范围，包括岩体弹性模量测试、声发射、声波测试、地震波测试、电阻测试及压水试验等方法。声波测试由于测试方便和成果易判读等优点在岩体工程中得到了普遍的应用，常用的方法是引入纵波波速变化率来判定岩体开挖爆破影响范围。

纵波波速是弹性波传播路程与走时的比值，岩体性态的变化对弹性波的走时和传播路径均会产生影响，进而造成波速的变化。整体来说，密度增加能使动弹性模量急剧上升而促使声速加大，因而岩石愈致密，波速愈高。但波速随密度的分布对于坚硬岩石集中度较好，软弱岩石则比较分散。同时，岩体内层面、节理、裂隙、劈理、片理、断裂等的各种结构面及空洞、破碎带等地质上的不连续面会造成弹性波传播方向的改变，导致传播路径增长，从而使波速降低。

在实际测试中，由于换能器直径小于测试孔直径，普遍采用了水作为耦合剂。在测试过程中，由于声波在传播时必须先通过耦合剂，即声波实际传播路程S等于声波在岩体中传播的路程S_r与声波在水中传播的路程S_w之和，由于S_w的不可规避与不可确定，会影响测得声波速度的可靠性。

弹性波在地下介质传播过程中，波长会变长，而且高频成分的吸收低于低频成分，因而频率会变低，这些现象被称为脉冲增宽。一般而言，岩体质量越差，对声波的高频成分吸收作用越大，P波上升时间越长；反之，岩体质量越好，P波上升时间越短。

发明内容

本发明的目的就是根据上述现有技术的状况，针对岩体开挖爆破影响范围的检测，提供一种精度更高的基于P波脉冲上升时间的岩体开挖爆破影响范围判别方法，以更为准确地检测出岩体开挖爆破影响区的范围。本发明可同时适用于单孔声波检测和跨孔声波检测。

本发明基于P波脉冲上升时间的岩体开挖爆破影响范围判别方法，包括如下步骤：

1、开展现场岩体声波测试，采集波形数据；

2、判别并确定P波；P波的判别特征是：初至波，频率较高，振幅不大且迅速衰减；后至的S波振幅明显较大；

3、读取P波上升时间：P波上升时间为P波波形的最大波幅A_m与最大斜率k=tanθ的比值；在实际操作中，将脉冲宽度用作上升时间，即取10%振幅处到90%振幅处的时间差值为P波上升时间；

4、判别爆破影响范围：对比各深度处岩体的P波上升时间t，以岩体的P波上升时间t高于未损伤岩体的P波上升时间t₀的10～15%为判定标准，即当岩体的P波上升时间变化率η>10～15%时，为岩体开挖爆破影响区；其中，η=t/t₀-1。

所述步骤3中，对于单孔声波测试，t=(t₁L₁+t₂L₂)/（L₁+L₂），此处将两个时间取了加权平均，分别从接收换能器一记录的数据中读取声波上升时间t₁和从接收换能器二记录的数据中读取声波上升时间t₂；L₁是发射换能器到接收换能器一的距离，L₂是发射换能器到接收换能器二的距离。

所述步骤3中，对于跨孔声波测试，从接收换能器记录的数据中读取声波上升时间t。