原生层理结构影响下煤岩组合体超声波及CT扫描分析

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层理结构影响下煤岩组合体不同层位的波速及波速比变化特征;结合CT扫描及三维重构技术,应用煤岩灰度分布频数数据,提出了不同层位CT灰度均值的计算方法,获得了不同原生层理倾角下煤岩组合体不同层位灰度及煤岩含量的变化规律,建立了煤岩CT灰度均值与波速、力学参数的关系;构建了考虑层理倾角与煤岩含量效应的煤岩组合体纵波波速计算模型,并应用测试数据进行了对比验证。结果表明:①含原生层理的煤岩组合体波速及波速比与层理倾角线性相关,随层理倾角增加,组合体的纵波波速近似线性减小,而波速比的分布范围增大;②不同层理倾角下组合体的CT灰度均值与波速线性相关,随CT灰度均值增高,煤岩组合体波速线性增加;③煤岩组合体的密度随CT灰度均值增加线性增高,其动态弹性模量及剪切模量则与CT灰度均值均呈三阶多项式关系,并随CT灰度均值增高趋于增大;④层理倾角与煤岩含量相比,组合体波速对煤岩含量的敏感性更高,煤岩含量相近则波速受层理倾角响变化最大。

基于岩体波速的Hoek-Brown准则预测岩体力学参数方法及工程应用

根据建立的由岩体波速估算地质强度指标GSI和岩体扰动参数D的计算公式,引入Hoek-Brown准则,给出岩体波速预测岩体力学参数方法(简称岩体波速法)。以中缅油气管道(国内段)澜沧江跨域工程边坡岩体力学参数研究为例,并以室内岩石物理力学参数和场区声波测试数据为基础,采用岩体波速法和E.Hoek建议法预测场区的岩体力学参数。结果表明:岩体波速法和E.Hoek建议法所得的结果平均相对误差均较小,两者基本等效,数值模拟结果更进一步验证了工程应用效果的合理性。该方法在试验资料不足的情况下,能为岩体力学参数的快速评价提供一条新途径。

超声波速度测定中影响因素的实验研究

超声波测波速时,会受到样品长度、换能器频率、信号放大倍数以及耦合剂和耦合力等因素影响.为了定量地了解这些因素对测量结果的影响,本文用550 KHz、50 KHz二种频率换能器测量了近百块不同长度、空气干燥样品的波速.发现波速随长度的增加由一维"杆"中的波速逐渐增大并稳定在三维"无限大"中的波速,在此过程中长度对550 KHz波速变化的影响要小于50 KHz;一定长度后,频散趋于稳定且与样品Q值有关;波速随信号放大倍数、耦合剂的使用及耦合强度增大而增大.实验数据与波动理论、波速频散公式相符合.利用结果对Q<30的样品用频散法进行了Q测量,与频谱振幅比法结果有1%～11%相差;对地震仪和声波仪频率下测得的岩体完整性系数频散修正后二者平均相差由8%降到1.4%.

单轴荷载下裂隙岩体超声波传播速度研究

从断裂力学的理论出发,分析了弹性波在裂隙岩体介质中的传播特征;以裂隙岩体的裂隙密度参数在单轴加卸载过程中的不同表达式为基础,建立了裂隙岩体在单轴循环加载过程中各个阶段裂纹重分布后超声波波速的理论公式;同时采用声波实验和单轴循环加载实验相结合的方法,以山东某矿勘探区岩体为试验对象,对取自该矿区的岩样进行了实验。实验结果与理论模型计算结果基本一致,说明对于具有一定分布规律的裂隙岩体介质,弹性波在其中传播的速度可以通过裂隙岩体的裂隙密度参数求解得到。

基于小波理论的岩体质量声波多参数分级方法

文章在传统的超声波速分级基础上,通过对超声信号的小波变换及频谱分析,提取不同频段的超声波动力学参数,综合考虑超声波运动学和动力学特征,采用系统聚类和逐步回归法确定分级因素、归一化后的多元线性回归法确定分级模式,建立了基于小波理论的岩体质量声波多参数分级方法。经过对比分析,证明新方法可提高声波岩体质量评价方法的可靠性和准确性。

超声波测井在划分坝址区岩体风化程度中的应用

声波测井是一种简单而实用的测试岩体风化程度的方法,在坝基及其他建筑物的地基勘察中得到了广泛的应用。介绍了声波测试的工作原理及方法,并应用实例进行了分析。

基于Hoek-Brown准则的位移反演分析GSI与岩体波速关系

地质强度指标GSI的选取有地域性,GSI的准确性会直接影响Hoek-Brown强度准则的应用效果。基于Hoek-Brown准则对青岛地铁3号线永平路站—青岛火车北站区间内的地质强度指标GSI、扰动系数D和泊松比进行反演研究,并利用均匀设计表对反演参数进行范围划分和试验点选取,有效降低了试验次数,同时保证了较好的试验效果。借助FLAC3D软件计算出10个断面的GSI值,并研究了GSI与岩体波速Vp的关系,通过线性拟合得到GSI-Vp关系式,并用于预测青岛地铁3号线重永区间的GSI值。结果表明:GSI-Vp关系式所预测的GSI值用于重永区间数值模拟计算,所得位移值与该区间监测值的相对误差较小,具有较好的一致性,进而验证了关系式的合理性。研究成果为工程上准确获得GSI提供了新方法。

煤矿岩体分级定量指标的相关关系研究

文章对淮北临涣煤矿收集的矿井巷道岩石样本进行点荷载、超声声速和抗压强度试验,通过对试验结果的相关分析,说明岩石标准抗压强度与超声声速、点荷载的相关性,得到抗压强度、超声声速和点荷载之间的函数关系式;由测量数据计算岩体完整性系数、岩体体积节理数和岩石质量指标修正的岩芯采取率,并分析其相关关系。

基于岩体波速的强度参数预测与边坡稳定性评价

为有效利用岩体波速信息快速确定边坡稳定性问题,首先根据国标BQ法(岩体分级标准)提供的岩土体物理力学参数表,建立了由岩体波速估算强度参数的数学关系式,并根据工程实验数据验证了强度参数预测公式的适用性;然后通过数值模拟实验,构建了基于岩体波速的新型岩质边坡稳定性图表;研究发现坡角和坡高等坡形参数对坡体稳定性的影响几乎与岩体质量无关,进而提出坡形影响因子来量化坡形对边坡稳定性的影响程度。分析了标准坡形条件下(坡高25 m,坡角45°),波速与边坡安全系数的关系,发现安全系数随岩体波速的增大而增大,近似呈“S”形变化趋势,通过回归分析建立了标准坡形条件下波速与安全系数的关系式,最终结合坡形影响因子提出一种基于岩体波速预测边坡稳定性的方法,并且通过算例验证了该方法的可行性。

基于钻孔测试的岩体抗剪强度参数取值方法及其工程应用

针对岩体抗剪强度参数取值问题,提出一种利用钻孔测试成果获取岩体抗剪强度参数新方法和新途径。该方法首先建立岩体地质强度指标GSI值与岩体基本质量指标BQ值、岩块饱和单轴抗压强度、岩块天然纵波波速的数学关系式,而后采用钻孔电视对钻孔岩体进行分段。在此基础上,利用钻孔声波和室内岩芯试验等测试成果计算得出相应岩段的BQ值及GSI值。最后,运用Hoek-Brown强度准则,得到每段岩体的抗剪强度参数。经工程应用并对比现场岩体剪切试验结果,本方法在确定岩体抗剪强度参数上具有较好的可靠性。

Hoek-Brown准则改进及应用

Hoek-Brown屈服准则优点突出,但使用时所需的扰动因子D和地质强度指标GSI值两大参数难以准确获取。对此,总结分析学者们对传统Hoek-Brown准则的改进,提出能较便捷、精准地解决该问题的方法:利用扰动岩体波速VP和岩石纵波波速比值的平方计算扰动因子D,通过岩体纵波波速V_P与岩体RMR值的关系来计算岩体的GSI值。进而,将D和GSI的表达式代入Hoek-Brown准则中,得到新的改进公式。为验证改进公式的合理性,以黄河玛尔挡水电站大坝坝基岩体工程为例,分别对该改进方法计算得到的岩体物理力学参数与Hoek-Brown法计算结果进行对比。结果显示,该改进方法计算结果与Hoek-Brown法计算结果趋势走向一致、数值相差较小。据此,该方法可满足工程应用,尤其是可用于快捷、准确计算出Hoek-Brown准则中的两大参数,进而计算岩体的力学参数。

基于超声波检测的岩体裂隙及注浆影响的试验研究

基于超声波检测速度快、对试样尺寸和形状要求低并且可以反映岩石强度的特点,通过室内试验模拟岩体裂隙及注浆过程,应用超声波检测技术测定岩体在不同裂隙宽度下声波传播速度,并对比分析了岩体注浆前后、干式状态及湿式状态的波速变化规律。结果表明:不同岩性的岩石波速差异较大,同一岩性的岩石,其波速也不尽相同,灰岩中波速相对最高,其次是砂岩,泥岩中波速相对最低;各类岩性的岩石纵波波速均随着裂隙宽度的增大而减小;在同一裂隙宽度下,随着含水量增加,波速增大;注浆后与未注浆时相比,波速也明显增大。通过本试验不仅认识了岩体裂隙及注浆的波速变化规律,同时试验也证实了利用超声波测试岩石内部声波速度是评价裂隙岩体注浆加固效果的一种有效手段。