[发明专利]一种现场原位岩体各向异性波速场测量方法

说明书

本发明公布了一种原位岩体各向异性波速场的测量方法，包括以下步骤：现在工程岩体的临空壁面钻孔，包括三个信号接收孔和一个信号发射孔，在三个信号接收孔内放入弹性波接收探头，在信号发射孔内放入弹性波发射探头，获得三个弹性波接收探头的坐标，移动弹性波发射探头的位置，弹性波发射探头在不同位置时，发射弹性波，弹性波接收探头接收弹性波，根据探头的坐标和发射弹性波与接收弹性波间的时间差，建立模型，获得弹性波发射探头在不同位置与弹性波接收探头围成的区域内的岩体各向异性波速场。本发明克服现有岩体弹性波波速测量方法只能测量沿钻孔轴线方向的波速的不足，实现对工程岩体波速的三维测量，建立工程岩体的各向异性波速场。

技术领域

本发明涉及一种工程原位岩体各向异性波速场测量方法，更具体涉及利用弹性波测量获得工程原位岩体的各向异性波速场的测量方法，属于岩体工程技术领域。

背景技术

随着国家经济的腾飞，土木建筑行业的快速发展，工程建设的高度、深度、难度不断刷新纪录，为了保证工程安全顺利的建设，势必要求获取高质量的工程地质勘察结果，不准确的工程地质勘察结果将对工程建设造成巨大损失，因此工程地质勘查是工程建设的基础性环节。目前，岩体弹性波波速探测法是一种常用的工程地质勘查方法，通过声波发射探头发射超声波，经岩体传播至声波接收探头，通过两个测量探头距离和弹性波传输的时差计算出传输方向上岩体弹性波波速。该方法是一种无损方法，能够很好的计算出岩体弹性波波速，而且岩体弹性波波速与岩体物理力学性质、岩体结构有密切关联特性，因而能通过岩体弹性波波速能够对岩体进行岩体质量分级，为工程地质勘察提供依据。

目前，进行的许多岩体弹性波波速的测量方法都是通过钻取测试孔，依次推动声波探头发射超声波，获取沿钻孔深度变化的弹性波波速：

(1)《岩石力学与工程学报》，2018年第37卷第11期，题名“基于岩体完整性评价的超声-地震波速度跨尺度装换方法研究”，作者张程远等，该研究利用钻孔岩心实测超声波波速数据开获取地下介质地震波速，并利用钻孔岩心图像确定岩体体积节理数和岩体完整性系数，将岩快的地震波速转换为岩体地震波速，但是该研究仍然只能获取沿钻孔轴线方向的波速。

(2)《人民长江》，第2018年第49卷增刊(2)，题名“基于岩体波速正态分布拟合的岩体质量分级”，作者刘海涛，该研究采用最小二乘法拟合正态分布概率密度函数，能够很好地模拟岩样的声波测试结果，进而利用正态分布概率密度函数中的期望值和标准差来进行波速分段，确定岩体质量分级标准，该研究获取的波速数据仍然是沿钻孔轴线方向的波速。

(3)中国专利公开号CN 108872391公开日2018.11.23，发明名称为“用于评价岩体稳定状态的物探分析方法”，该发明利用弹性波波速对岩体松弛程度进行划分，判断岩体是否存在新增的微裂隙，获取待测岩体的稳定状态，但该发明使用的弹性波波速仍然是钻孔轴线方向的波速，仍然是一维的弹性波波速。

上述技术应用现状分析表明，目前关于使用岩体弹性波进行岩体质量分级、确定岩体完整性系数等研究都取得了一定进展，且为工程地质勘察提供了一些参考意义。然而，受复杂层理、节理、裂隙等地质成因和后期构造影响，工程原位岩体是具有各向异性的，因而工程原位岩体的波速应具有各向异性的特点，即在不同方向具有不同的波速，仅仅通过获取的沿孔径深度方向波速来进行岩体质量分级、确定岩体完整性系数是不严谨的。综合看来，开展岩体各向异性弹性波波速场的三维测量方法和计算方法是亟需的。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种原位岩体各向异性波速场的测量方法，旨在克服现有岩体弹性波波速测量方法只能测量沿钻孔轴线方向的波速的不足，实现对工程岩体波速的三维测量，建立工程岩体的各向异性波速场。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种原位岩体各向异性波速场测量方法，包括以下步骤：