[发明专利]岩体节理刚度的全波形信息测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩体节理刚度测试技术，在深入研究节理引起子波的振幅和相位变化规律的基础上，提出了在时域上全波形信息计算岩体节理刚度的测试方法。

背景技术

在漫长的地质作用过程中，岩体中形成了不同尺度的结构面，这些结构面导致岩体具有非连续、非均质和各向异性的力学特性。这些尺度不一、形态各异和分布错综的各类结构面强烈地影响着工程岩体的力学性质与稳定性，对岩体的变形和破坏起控制作用，准确获取岩体结构面的力学参数是岩体力学中的重要和难点问题。

节理刚度的测试方法主要有室内测试、现场测试、反演和工程物探等技术手段，这些方法具有自身的优势，同时也存在某些不足。（1）室内测试，通过现场取样，或者满足某些参数相同或者相似比要求进行制作试验样品，采用室内测定方法获取节理的变形参数，该方法具有成本低和操作简单的优势，但存在的问题是难以综合考虑地应力和地下水等地质环境因素，取样过程易扰动，特别是节理，其厚度仅为数毫米至数厘米，难以现场取样进行室内测定。（2）现场测试，该方法的测试结果具有准确可靠的特点，受现场测试周期长和测试成本高等方面的限制，因而试验点必须具有较强的代表性。（3）参数反演，该方法具有成本低的优势，但依赖于输入参数的准确性，在岩体宏观破坏前节理对岩体整体变形的贡献很小，在调整节理的变形力学参数时，岩体整体变形不明显，因而在进行参数反演时，反演结果的可靠性受到较大的影响。（4）工程物探，该方法具有测试成本低、操作简单和便于进行现场测试，但是数据处理难度较大，目前主要是基于波速和阻抗参数提出的测试方法。

众所周知，应力波在不同类型的介质中具有不同的传播特征，在弹性性质不同的介质分界面上还会发生波的反射和折射。当岩土介质的成分、结构和密度等因素发生变化时，应力波的传播速度亦将随之发生相应的变化。岩石的弹性常数与波速之间在理论上存在定量关系，岩体中的破碎带和断层是岩体结构上潜在的缺陷，这些部位有较低的波速响应，波速能够有效反映岩体结构信息，缺陷越大，依据波速分析岩体结构的效果越好，因此可以利用应力波波速分析岩体中大尺度结构面（破碎带、断层等）。目前，主要采用声时、波幅、频率三个参数进行超声检测和探测，已建立定量或半定量数学表达式，运用这些研究成果进行工程物探时也取得了非常大的成绩。但岩体节理具有尺度小和力学特性复杂的特点，常规的测试技术有待改进。影响应力波在岩体节理传播规律的因素较多，如节理的物质成分、粒度级配、含水率、孔隙比、干密度等，另外还受到夹层的宏微观组构、地应力和地下水等地质环境的影响，因而难以依据某一波形参数反映力学特性复杂的岩体节理。应力波在岩体节理的传播过程中，不同频率的应力波对节理的感应程度不同，但其影响程度可以归纳为应力波的振幅谱和相位谱变化。应力波的振幅谱和相位谱变化，最终体现在应力波的波形变化，应力波的声时、波幅和频率仅从某些方面揭示了应力波传播规律，因而波形能够综合反映应力波传播规律。通过理论和试验研究表明子波波形变化比走时对断层的反应更为敏感，充分反映了波形变化规律在岩体力学参数测试和岩体结构探测方面的优势。

发明内容

本发明目的是提供一种岩体节理刚度的全波形信息测试方法，结构面对岩体力学特性具有控制作用，准确获取岩体节理的法向刚度和切向刚度对岩体工程的设计、施工、稳定性评价和岩体加固具有重要意义。

本发明的技术方案：一种岩体节理刚度的全波形信息测试方法，包含测试步骤和数据分析步骤：

A、测试步骤

第一步：测试试验区域岩块的物理力学参数

弹性模量、泊松比和密度；在试验区域选择有代表性的岩块，加工成标准岩样，用岩石试验机测试岩石的力学参数，采用常规方法测试岩块的密度。

第二步：测试节理法向和切向刚度