CN108919377B - 一种岩土工程围岩裂隙探测系统 - Google Patents

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Abstract

一种岩土工程围岩裂隙探测系统，包括：钻机，用于在岩体中形成介质注入孔以及探测孔；第一介质注入管，用于通过介质注入孔向岩体注入感应介质；裂隙探测器，用于设置于岩体的探测孔中，确定探测孔中岩体裂隙的坐标；感应介质抽取装置，其能够将介质注入孔以及探测孔中的感应介质抽取出岩体；第二介质注入管，其能够将感应介质通过裂隙探测器确定的探测孔中的岩体裂隙注入岩体；通过所述裂隙探测器能够根据最早检测到感应介质的介质感应元件的坐标，确定第二介质注入管注入的岩体裂隙的坐标的下位坐标，从而确定围岩裂隙的分布以及走向。

Description

一种岩土工程围岩裂隙探测系统
技术领域
本发明涉及一种岩土工程勘探领域，尤其是涉及一种岩土工程围岩裂隙探测系统。
背景技术
在自然界和实际工程应用中，岩体内部存在着不同几何形状的裂隙，而大多数裂隙中存在着不同物理性质、几何尺寸的充填物质，一般情况下充填介质是由风化作用、构造作用和地下水作用形成的角砾、沙土等结构疏松、形态结构不规则、孔隙率大、容易产生变形的低强度介质。
工程建设中所用岩体一般均为含裂隙的复杂岩体，其裂隙中常含有大量不同性质的充填物质，工程中洞室开挖后，其周边通常会产生许多充填裂隙，充填裂隙的存在，不仅使围岩的各向异性十分显著，同时造成了围岩的不连续性，使围岩的强度降低，变形破坏更加复杂，直接影响洞室围岩的稳定。
充填裂隙在流体渗流及围压等各种复杂载荷的作用下，对其造成了力学，化学，变形及断裂等各个方面的破坏，造成工程的不稳定和地质灾害不胜枚举，尤其是在矿井、水利、桥梁、山体隧道等工程的安全和稳定方面，充填裂隙的形变更是对其产生不可忽视的影响。因此施工和运营过程中围岩的裂隙发育程度进行探测，分析工程灾害治理措施效果，从而对于工程的稳定性、安全性做出评价，能够保证安全和质量，及时做出合理的决策，避免地质灾害的发生。
现有技术中，山东科技大学在CN201610035077.1的发明专利中提出一种岩体裂隙探测系统以及方法，通过在岩体中设置裂隙传感器，通过裂隙传感器检测注入的感应介质，从而确定岩体中的裂隙位置，实现了岩体裂隙的定位。然而该发明中仅能够确定探测孔中的裂隙的定位，对于相邻的探测孔之间的裂隙的走向无法确定，例如，参见图1，对于探测孔确定的裂隙坐标A，A’，B，B’，根据现有技术无法确定其中裂隙的形状走向是（A->B,A’->B’）还是（A->B’,B->A’）。
发明内容
本发明提供一种岩土工程围岩裂隙探测系统，不仅能够确定裂隙的位置，还能够确定不同位置之间裂隙的走向。
作为本发明的一个方面，提供一种岩土工程围岩裂隙探测系统，包括：钻机，用于在岩体中形成介质注入孔以及探测孔；第一介质注入管，其用于通过介质注入孔向岩体注入感应介质；裂隙探测器，其用于设置于岩体的探测孔中，能够通过对应感应介质的响应，确定探测孔中岩体裂隙的坐标；感应介质抽取装置，其能够将介质注入孔以及探测孔中的感应介质抽取出岩体；第二介质注入管，其能够将感应介质通过裂隙探测器确定的探测孔中的岩体裂隙注入岩体；通过所述裂隙探测器能够根据最早检测到感应介质的介质感应元件的坐标，确定第二介质注入管注入的岩体裂隙的坐标的下位坐标，从而确定围岩裂隙的分布以及走向。
优选的，所述裂隙传感器包括一个中空杆，沿着中空杆的轴向方向间隔布置有多个与中空杆连通的间隔器，且每两个间隔器之间布置一个固定在中空杆上的介质感应元件，每个介质感应元件均通过独立的通讯线与信息采集器相连，实现裂隙空间信息的定位。
优选的，所述第一介质注入管为中空管。
优选的，所述感应介质抽取装置包括泵。
优选的，第二介质注入管包括：第一中空管，所述第一中空管底部设置间隔器；第二中空管，所述第二中空管能够向所述间隔器形成的空间内注入感应介质。
优选的，第二中空管上端开口，底部封闭，其穿过间隔器组的上间隔器，其管体位于间隔器组上下端高度的侧壁设置有开口，用于输入感应介质。
优选的，所述感应介质为水。
附图说明
图1是本发明现有技术的裂隙坐标走向示意图。
图2是本发明实施例中第二介质注入管的结构示意图。
图3本发明实施例的岩土工程围岩裂隙方法的流程图。
具体实施方法
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的土工程围岩裂隙探测系统，包括钻机，第一介质注入管，第二介质注入管以及裂隙探测器。钻机用于在岩体上形成介质注入孔以及探测孔，其根据探测需要按照一定步长在岩体上设置介质注入孔以及探测孔后清孔。
第一介质注入管用于通过介质注入孔向岩体注入感应介质，第一介质输入管可以为中空管，在介质注入孔的孔口设置封孔塞，通过中空管的管体向岩体注入感应介质，感应介质可以是水。
第二介质注入管能够将感应介质通过裂隙探测器确定的探测孔中的岩体裂隙注入岩体，参见图2，其包括一组间隔器组11，第一中空管12以及第二中空管13；其中间隔器组11设置于第一中空管底端，其上下间隔器的距离与裂隙传感器中的间隔器的距离相等；第一中空管12连接间隔器组11中的每个间隔器，能够向间隔器组11的每个间隔器内输入高压介质。第二中空管13上端开口，底部封闭，其穿过间隔器组11的上间隔器，其管体位于间隔器组上下端高度的侧壁设置有开口131，用于输入感应介质。将第二介质注入管10设置于探测孔中，使裂隙坐标位于间隔器组11中间，通过第一中空管12向间隔器组11注入高压介质，间隔器组11侧向膨胀，并且与探测孔的孔壁紧密接触，使裂隙坐标位于间隔器组11形成的封闭空间内，从而使通过第二介质注入管10注入的感应介质通过裂隙进行流动。
裂隙探测器可以设置于介质注入孔或者探测孔，可以使用现有技术例如CN201610035077.1的裂隙传感器，包括中空杆、间隔器以及介质感应元件。中空杆上间隔布置有若干间隔器，通过中空杆连接每个间隔器，当向间隔器输入高压介质时，间隔器侧向膨胀，并且与探测孔的孔壁紧密接触，从而相邻间隔器以及孔壁之间形成封闭空间；当通过中空杆将间隔器内的高压介质去除后，接触间隔器的封闭。高压介质可以是气体或者液体。在每两个间隔器之间的设置有介质感应元件，介质感应元件固定在中空杆上每个介质感应元件均通过独立的通讯线与信息采集器相连，在介质感应元件探测到感应介质时，表示其对应的位置存在裂隙。
感应介质抽取装置，其能够将介质注入孔或者探测孔中的感应介质抽取出岩体，可以使用例如泵作为感应介质抽取装置。
本发明实施例的岩土工程围岩裂隙探测方法，参见图3，包括如下步骤：（1）在岩体中设置若干介质注入孔以及探测孔；（2）将探测孔中设置裂隙传感器；（3）通过第一介质注入管从介质注入孔向岩体中注入感应介质，通过裂隙传感器检测感应介质，确定具有感应信号的裂隙传感器的坐标，从而确定探测孔中裂隙所在的位置；（4）取出裂隙传感器，抽取探测孔以及介质注入孔中的感应介质；（5）以探测孔中裂隙所在的位置作为组，对于该组的每个坐标从高到低依次进行如下操作：a)通过第二介质注入管封堵该坐标的上下坐标；b）在该探测孔的相邻的探测孔中设置裂隙传感器；c）通过第二介质输入管向该坐标注入感应介质；d)确定与该探测孔相邻的探测孔中，深度大于该坐标的裂隙坐标中最早感应到感应信号的裂隙传感器的坐标；e）确定该最早感应到感应信号的裂隙传感器的坐标为该坐标的下位坐标；f）取出第二介质注入管以及裂隙传感器，抽取探测孔中的感应介质；（6）对于所有的探测孔进行步骤（5）的操作，从而确定每个裂隙坐标的下位坐标；（7）根据裂隙坐标以及下位坐标，确定不同的裂隙曲线组；（8）使用平滑曲线连接各个裂隙曲线组，确定围岩裂隙的分布以及走向。
通过本发明的上述实施例，能够确定岩体中的裂隙的分布以及走向，从而能够更好的分析施工和运营过程中围岩的裂隙发育程度，对于工程的稳定性、安全性做出评价，保证工程的安全和质量。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种岩土工程围岩裂隙探测系统，包括：钻机，用于在岩体中形成介质注入孔以及探测孔；第一介质注入管，其用于通过介质注入孔向岩体注入感应介质；裂隙探测器，其用于设置于岩体的探测孔中，能够通过对应感应介质的响应，确定探测孔中岩体裂隙的坐标；感应介质抽取装置，其能够将介质注入孔以及探测孔中的感应介质抽取出岩体；其特征在于：所述裂隙探测器包括一个中空杆，沿着中空杆的轴向方向间隔布置有多个与中空杆连通的间隔器，且每两个间隔器之间布置一个固定在中空杆上的介质感应元件，每个介质感应元件均通过独立的通讯线与信息采集器相连，实现裂隙空间信息的定位；还包括第二介质注入管，其能够将感应介质通过裂隙探测器确定的探测孔中的岩体裂隙注入岩体；所述第二介质注入管包括：第一中空管，所述第一中空管底部设置间隔器；第二中空管，所述第二中空管能够向所述间隔器形成的空间内注入感应介质；通过所述裂隙探测器能够根据最早检测到感应介质的介质感应元件的坐标，确定第二介质注入管注入的岩体裂隙的坐标的下位坐标，从而确定围岩裂隙的分布以及走向。
2.根据权利要求1所述的岩土工程围岩裂隙探测系统，其特征在于：所述第一介质注入管为中空管。
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