[发明专利]一种基于CT扫描的深部岩石取样方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程和深埋地下工程技术领域，具体的说是一种基于CT扫描的深部岩石取样方法。

背景技术

对高应力地区隧洞开挖过程中岩爆等动力地质灾害的预测和评估，以及开挖损伤区的估计及支护设计而言，合理准确地获得围岩岩体的强度估计无疑是十分必要的，对隧洞的施工期安全、围岩稳定及长期安全运行均具有重大意义。

然而，在高应力地区，钻孔取样时随着钻头的钻进，岩芯内某点处的竖直向应力被逐步解除，而水平应力则是在钻头越过该点后才被解除，因此，在钻孔过程中岩芯中将产生较大的主应力差值，此差值将造成岩样的取样损伤。研究表明，在高地应条件下进行常规岩石钻孔取样时，岩样外侧受到取样卸荷损伤的部分超过岩样横截面积的50％以上，常规取样得到的岩样的平均强度会降低5％～15％。同时，高应力常规取样还存在取样损伤的岩样弹性模量和声波速度均有不同程度的降低，岩样的单轴抗压强度也受到较大影响。因此，如何在高应力地区获得损伤小的岩样，是很多工程建设者需要面临的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于CT扫描的深部岩石取样方法，使得所取岩芯的损伤情况得到改善，可被广泛应用于各种深埋地下工程。

一种基于CT扫描的深部岩石取样方法，包括如下步骤：

1、在浅埋深条件下或大块岩石中取得与目标取样地点岩性和地质条件相同的大直径岩样3-5组，每组5个岩样，利用CT扫描方法获得无损岩样的CT特征曲线；

2、在工程现场选定需要取样的位置，通过高应力常规取样得到初始岩样；对初始岩样进行CT扫描，每个岩样从顶部到底部等距分设5～10个扫描横断面，每个扫描横断面划分为多个同心圆统计圈，获得初始岩样各横断面不同直径同心圆的CT特征曲线；

3、对比、分析步骤1和2的曲线图，确定岩样的损伤程度和范围；

4、采用套钻方法获得无损伤岩芯。

所述大直径岩样的直径为150mm-300mm。

所述CT特征曲线包括平均CT数分布曲线、CT数方差分布曲线和CT数尖峰值分布曲线。

所述同心圆统计圈为8个。

本发明一种基于CT扫描的深部岩石取样方法的优点是：先用常规取样方法获得大直径的岩芯，再套取其中心无损伤区域作为小直径岩样，可大大减轻取样卸载损伤的影响，获得无损岩样。CT检测的优势是可以进行多层断面观测，加载荷载大，可以立体成像。所取得的无损岩样平均强度、弹性模量等各方面性能得到提高。本发明方法对于解决高应力取样问题十分有效，可被广泛应用于水利水电工程、交通、矿山等领域深埋地下工程。

附图说明

图1为原始岩样横断面CT扫描示意图；

图2为同心圆统计圈分布示意图；

图3a为无损岩样与高应力取样的各统计圈上的平均CT数分布对比曲线图；

图3b为无损岩样与高应力取样的各统计圈上的CT数方差分布曲线图；

图3c为无损岩样与高应力取样的各统计圈上的CT数尖峰值分布曲线图；

图4为对初始岩样套钻取得岩芯的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步说明。

首先在浅埋深条件下或大块岩石中取得与目标取样地点岩性和地质条件相同的大直径岩样(直径为150mm-300mm，高度为300mm-600mm)3-5组(每组5个岩样)，利用CT扫描方法获得无损岩样的CT特征曲线，绘制于附图3a、b、c。

再在现场选定需要取样的位置，通过高应力常规取样得到一系列同直径同性质的初始岩样。对取得的大直径岩样进行CT扫描，每个岩样从顶部到底部均匀间隔选取5～10个扫描横断面，如图1所示，获得原始岩样不同横断面上的CT数分布。根据本次室内试验的特点，制定了图2所示的统计方案。统计的主要指标有各同心圆上的平均CT数、CT数方差和CT数的尖峰值的个数，每个断面取8个同心圆统计圈(统计圈的个数越多得到的结果越精确，同时考虑到试验的复杂程度，本文以8个为佳)。将高应力常规取样中各扫描断面同心圆上的统计数据绘制于附图3a、b、c。