[发明专利]一种爆破区围岩损伤程度的判定方法

说明书

本发明涉及一种爆破后围岩损伤程度的判定方法，其特征在于包括如下步骤：1)布置钻孔，抽取岩样，测ρ、μ和c，计算弹性模量E；2)预埋应变传感器，采集围岩应力和应变数据；3)布置爆破测振仪，采集数据并利用Matlab软件对其进行去噪处理，得到质点峰值振动速度V，然后通过公式(2)对实测数据进行多元非线性回归拟合运算,计算K、α、β、γ的值；4)利用公式(3)计算质点振动速度V′；5)利用公式(4)计算有效弹性模量E′；6)利用公式(5)计算得到弹性模量损伤系数D，从而测算出围岩损伤程度。本发明的优点是：基于弹性模量损伤系数表征围岩损伤情况，更加贴近工程实际，操作简单，易于实施。

技术领域

本发明属于对隧道工程、地下工程、采矿工程技术领域，具体涉及一种爆破区围岩损伤程度的判定方法。

背景技术

爆破在隧道工程、地下工程、采矿工程中发挥着不可或缺的作用，然而，强烈的大规模爆破作业必然地会对围岩造成损伤，从而易诱发冒顶、片帮、塌方等灾害。因此，开展爆破作用下围岩损伤研究是亟需解决的重要问题。目前，围岩损伤的常见测试方法有声发射法、超声波检测法、电测法、激光散斑法、地震波法等。然而这些方法不仅工作量大、周期长，测量精度不高，只能被动地对爆破后围岩损伤程度进行监测，对围岩损伤的量化程度也较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种爆破区围岩损伤程度的判定方法，通过在爆区监测范围内钻一定深度的钻孔并预埋多个应变传感器，采集爆破作业过程中的应力-应变数据，同时在地表对应位置，放置爆破测振仪，采集爆破振动数据，然后将爆破振动数据与围岩应变数据结合，计算围岩弹性模量损伤系数，提供了对围岩损伤进行量化的一种新方法，更加准确地对围岩损伤程度进行判定。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明的一种爆破区围岩损伤程度的判定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、在爆区监测范围内布置钻孔，在钻孔内按照一定间隔分层抽取岩样，测得其密度ρ、泊松比μ和纵波波速c，然后利用公式(1)计算得到爆破前岩体未损伤时的弹性模量E；

步骤2、在钻孔内抽取岩样的位置预埋带温度补偿的应变传感器，通过注浆填塞使应变传感器与钻孔孔壁耦合，采集爆破作业过程中的围岩应力-应变数据，得到实测的围岩峰值应力σ和峰值应变ε；

步骤3、在钻孔对应的地表位置，布置爆破测振仪，并使爆破测振仪的三分量速度传感器与地面刚性连接，采集爆破振动信号数据并利用Matlab软件对其进行去噪处理，得到实测的质点峰值振动速度V，然后通过高程影响的萨道夫斯基修正公式：

对实测数据进行多元非线性回归拟合运算,计算得到K、α、β、γ的值。

公式(2)中，W为萨道夫斯基公式K是与岩石性质、爆破参数和爆破方法有关的场地系数，Q为最大单段药量，R为测点与爆源直线距离，α为爆破振动速度的衰减系数，与岩体性质相关，H为测点与爆源的高程差，A为测点与爆源水平距离，β为高程影响系数，γ为坡度影响系数；

步骤4、设三分量速度传感器与应变传感器垂直距离为L，则根据以下公式，代入步骤三中求得的K、α、β、γ值，计算得到应变传感器位置围岩的质点振动速度V′：

其中为应变传感器与爆源直线距离；

步骤5、根据以下公式计算爆破后岩体发生损伤时的有效弹性模量E′：

其中Z′为爆破后岩体的波阻抗，在公式(4)中分别代入步骤2中测得的应变ε和步骤4中求得的质点振动速度V′，经过计算得到爆破后岩体发生损伤时的有效弹性模量E′；

步骤6、设爆破前后围岩没有发生质的变化，即ρ′＝ρ，根据损伤变量的经典定义，得到弹性模量损伤系数D的计算公式(5)：