[发明专利]一种围岩松动圈测试方法

说明书

本发明公开了一种围岩松动圈测试方法，采用现场测试与室内试验的方法，分析隧道施工扰动对围岩的影响，定量确定围岩松动圈的大小及损伤程度。采用声波仪现场测量围岩波速，通过室内循环加卸载试验表征不同损伤程度围岩的波速演化规律。现场波速测试方案采用单孔测试法，测量不同深度处岩体的声波传递速度。采用岩石刚度的折减来描述岩石损伤，进而明确不同损伤程度下岩石的波速和围岩参数的演化规律。将现场测试得到的岩体波速与室内试验确定的波速随损伤演化曲线相比照，为围岩支护设计提供参考依据。本发明实用性好，不仅能够给出围岩开挖松动圈范围，并且能够对松动圈岩体质量进行定量评价。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道开挖时的围岩松动圈测试方法。

背景技术

近年来，随着高速铁路、公路和地下轨道交通工程的发展，隧道工程呈现出逐年增加的趋势。隧道开挖施工期间，围岩原始状态受到扰动，导致原本致密的围岩产生松动，由松动区域组成的区域即为围岩松动域，围岩松动域的外轮廓即为围岩松动圈。与松动圈外的岩体相比，松动圈内部岩体的自稳能力产生了大幅度降低，需要施做支护结构来避免松动圈内部的岩体产生失稳。

隧道施工期间，一般以围岩松动圈的大小评价隧道围岩损伤的程度，并根据松动圈的大小进行隧道初期支护结构的设计。从安全性和经济性的角度考虑，支护结构强度应和松动圈的大小相匹配。若支护结构强度小，而松动圈大，则施工存在较大的风险；若支护结构强度大，而松动圈小，则会引起材料浪费。因此，准确测量围岩的松动圈具有重要的理论和工程实践指导意义。

目前松动圈测试方法很多，大体可分为两大类：一类是直接观察比较法，另一类是物理方法。直接观察比较法常用的包括：钻孔潜望镜法、钻孔电视法、钻孔取芯法、多点位移计法等。物理方法常用的包括形变电阻率法、声波法和地质雷达等测试方法。

其中，声波法利用各类岩石中声波速度不同，且同种岩石随破裂程度增加声波降低原理来判定松动圈范围。声波的波速随介质裂隙发育、密度降低、声阻抗增加而降低，随应力增大、密度增大而增加。因此测得的声波波速高则说明围岩完整性好，波速低说明围岩存在裂缝，围岩有破坏发生。该方法测试技术成熟可靠，原理简单，仪器重复可以重复使用，因而近年来成为使用最广泛的松动圈测试方法。

但是，该方法只能给出松动圈松动范围的测量，无法给出松动圈内松动开挖损伤岩体质量的定量评价。例如，对于完整性较好的硬岩(Ⅰ、Ⅱ)，尽管围岩开挖后由于松动效应导致损伤，其依然具有较高的承载能力。而对于完整性较差的Ⅴ围岩，松动圈内岩体的损伤程度根本无法光凭一个波速测试结果给出合理的评价。

另外，由于围岩赋存环境的差异，更是导致同一类围岩松动圈松动范围差异很大，仅仅采用现场波速测试方法需要在隧道纵断面进行多测测量，以确定整个隧道的整体松动圈，工作量巨大，并且周期长。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够准确计算出围岩松动圈及损伤程度，指导隧道施工的一种围岩松动圈测试方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种围岩松动圈测试方法，包括以下具体步骤：

1)在隧道的横断面和纵断面上开设若干个测试孔，每个测试孔均贯穿围岩层至原岩层；

2)在每个测试孔的孔底布设一个超声波探测装置的探头，并将探头上的气囊内灌入气体对测试孔进行封孔，然后将耦合剂注满测试孔孔底与气囊之间的空间；

3)在每个测试孔的孔底布设一个超声波探测装置的换能器；

4)对每个测试孔采用从孔底至孔口的方式进行波速测试，得围岩波速曲线；

5)在隧道上选取一岩石做为试样，采用岩石声波、声发射同步测量装置对岩石进行循环施加轴压-卸载施压的方式进行室内试验，得围岩波速-损伤演化曲线和应力-应变曲线；