CN109030227A - 一种围岩完整性测试方法 - Google Patents

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刘宁
张春生
褚卫江
周勇
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Zhejiang Zhongke Itasca Rock Engineering Research Development Co Ltd
PowerChina Huadong Engineering Corp Ltd
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Abstract

本发明提供了一种围岩完整性测试方法，它在拟测试区域选择合适的测试洞，在测试洞附近布置辅助洞，在辅助洞内布置监测孔，监测孔孔内布置监测仪器；在测试洞内布置两块充气膨胀橡胶密封垫，开始测试时，使其充气膨胀，保证充气膨胀橡胶密封垫与围岩之间被密封而在测试洞中形成密闭的测试段，其密封强度高于测试段的充气压力；通过充气设备对测试段的空间充气，充气压力高于围岩的启裂强度。本发明克服了室内测试方法对岩石尺度的限制，避免了取芯过程中对围岩的二次扰动；同时，相比于传统的压水测试、现场岩体力学测试，本测试方法对现场围岩扰动较小，不需要复杂、笨重的仪器，并且能够更加直观地反映出围岩完整性的变化。

Description

一种围岩完整性测试方法
技术领域
本发明涉及一种围岩完整性测试方法，尤其涉及具有高密闭性要求的地下洞室工程，例如水工隧洞、输水输气隧洞、核废料储置库、石油储存库等的围岩完整性测试。
背景技术
随着我国经济建设的蓬勃发展，复杂地下工程建设也不断增多，特别是近年来出现了大量的水工隧洞、输水输气隧洞、核废料储置库、石油储存库等需要建设，这些工程的一个显著特点是对围岩完整性要求比较高。但是这些工程通常位于地质复杂区域，地应力水平比较高，地下洞室开挖后，围岩受到应力调整的影响，会产生破裂损伤，围岩的内部组织结构、基本力学行为和工程响应都发生根本性变化，导致围岩的完整性和承载能力出现下降，围岩中的初始裂纹或者节理面张开，提高了围岩的渗透能力，形成了很好的导水、导气、渗漏通道，为地下水的流动提供了可能，外水内渗、内水或化学物质外渗问题对工程和环境的安全产生重要的影响。
由于应力调整产生的破裂损伤一般很难凭肉眼观察到，特别是对于脆性特性比较明显的围岩，损伤区域内的裂纹非常微小，只能凭借一些测试技术来识别，例如波速变化、地下水渗透性变化、透气性变化、声发射测试等。但目前常用的测试方法多集中在室内方法上，评价小尺度岩石的损伤程度，现场围岩的条件远比室内条件复杂，所获得的结论很难直接套用于现场。
由于水工隧洞、输水输气隧洞、核废料储置库、石油储存库等地下工程对岩石的完整性要求比较高，但是这些工程通常位于地质条件复杂区域，加上开挖扰动的影响，围岩的完整性受到很大影响，是否能够满足工程安全运行的需要，备受关注。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种围岩完整性测试方法，可以用于在现场对围岩直接进行完整性测试。为此，本发明采用以下技术方案：
一种围岩完整性测试方法，其特征在于，它在拟测试区域选择合适的测试洞，测试洞的洞径5~10m，在测试洞附近布置辅助洞，辅助洞的轴线相交于测试洞轴线方向；
在辅助洞内布置监测孔，监测孔与测试洞轴线方向平行，监测孔与测试洞之间的距离介于1~1.5倍测试洞洞径，监测孔孔深为1.5~2倍辅助洞洞径，监测孔孔内布置监测仪器；
在测试洞内，在监测孔中监测仪器的监测范围内布置两块充气膨胀橡胶密封垫，开始测试时，使其充气膨胀，保证充气膨胀橡胶密封垫与围岩之间被密封而在测试洞中形成密闭的测试段，其密封强度高于测试段的充气压力；
通过充气设备对测试段的空间充气，充气压力高于围岩的启裂强度；
在充气设备上布置压力表和流量表，稳定压力一段时间，观察流量变化。
在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案或将这些进一步的技术方案组合使用：
辅助洞洞径尺寸为2~3.5m。
所述监测仪器包括多点位移计、应力计、声发射传感器。
对充气膨胀橡胶密封垫的充气压力高于测试段空间的充气压力。
两块充气密封垫之间的间隔大约为3~5m。
与充气膨胀橡胶密封垫接触处的围岩设置卡槽，并充填灌浆，以保证整个空间的密闭性。
测试段的充气压力为2~5MPa。
充气膨胀橡胶密封垫设置有对测试段空间进行充气的充气连接管路。
本发明提供了一种围岩完整性测试方法，克服了室内测试方法对岩石尺度的限制，避免了取芯过程中对围岩的二次扰动；同时，相比于传统的压水测试、现场岩体力学测试，本测试方法对现场围岩扰动较小，不需要复杂、笨重的仪器，并且能够更加直观地反映出围岩完整性的变化。
附图说明
图1为本发明测试结构的布置图。
具体实施方式
参照附图。本发明提供的围岩完整性测试方法，可以对具有高密闭性要求的地下洞室工程，例如水工隧洞、输水输气隧洞、核废料储置库、石油储存库等的围岩进行现场的完整性测试。以下结合附图和优选的实施例作进一步详细说明。
（1）确定测试区域
在拟测试区域选择合适的测试洞1，测试洞1尺寸不易过大，一般为5~10m洞径，在测试洞1附近布置辅助洞2，辅助洞2最好其轴线垂直于测试洞轴线方向，洞径尺寸大约为2.5-3.5m，长度约10m。
（2）布置监测仪器
在辅助洞2内布置监测孔3，监测孔3与测试洞1轴线方向平行，监测孔3与测试洞1之间的距离介于1~1.5倍测试洞洞径；根据现场条件，布置2~3个监测孔1，监测孔1孔深大约为1.5~2倍辅助洞洞径，孔内布置多点位移计、应力计、声发射等监测仪器，多点位移计用于监测围岩变形、应力计用于监测围岩应力调整、声发射用于监测围岩破裂特征。
（3）布置充气密封装置
在测试洞内，在监测孔中监测仪器的监测范围内，最佳地在对应检测孔的长度范围内，布置两块可充气膨胀橡胶密封垫4，充气膨胀橡胶密封垫4是一个贯通的大气囊。开始测试时，使其充气膨胀，保证充气膨胀橡胶密封垫与围岩之间被密封而在测试洞中形成封闭的测试段5，其密封强度高于测试段5的充气压力，一般，可充气膨胀橡胶密封垫4的充气压力高于测试段5的充气压力，保证测试段5的充气气体渗入到围岩中。
较佳地，两块充气橡胶密封垫4之间的间隔大约为3~5m，开始测试时，使其充气膨胀，保证测试段5被密封充，必要时，可在围岩与充气膨胀橡胶密封垫5接触处设置卡槽6，并充填灌浆，以保证整个空间的密闭性。
充气膨胀橡胶密封5还可设置有对测试段5进行充气的充气连接管路8，或该管路直接在充气膨胀橡胶密封5与围岩之间穿入测试段5。
（4）充气测试
在封闭区域外设置测试段5充气，气体以氮气为宜，在充气设备7上布置压力表71和流量表72，稳定压力30分钟~1小时，充气压力应高于围岩的启裂强度。一般现场岩体的峰值强度远小于岩石峰值强度，大约为岩石峰值强度的1/3~1/5，启裂强度为峰值强度的20%~30%，因此，充气压力为2~5MPa为宜，此压力基本能够超过常见现场岩体的启裂强度。在气体压力作用下围岩密闭裂纹将张开，导致气体外泄，流量表72读数将发生明显变化。
监测孔中布置的监测设备也将由于围岩完整性的降低，也将获得相应的测试成果，如果位移变形在0.1~0.3倍测试洞洞径之间，属于完整性良好；如果位移变形在0.15~0.5倍测试洞洞径之间，属于完整性较好；如果位移变形在0.2~0.8倍测试洞洞径之间，属于完整性较差。
应力调整和声发射信号测试主要起辅助监测作用，判断围岩应力调整幅度和围岩破裂位置。
以上所述仅为发明的具体实施案例，本发明的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种围岩完整性测试方法，其特征在于，它在拟测试区域选择合适的测试洞，测试洞的洞径5~10m，在测试洞附近布置辅助洞，辅助洞的轴线相交于测试洞轴线方向；
在辅助洞内布置监测孔，监测孔与测试洞轴线方向平行，监测孔与测试洞之间的距离介于1~1.5倍测试洞洞径，监测孔孔深为1.5~2倍辅助洞洞径，监测孔孔内布置监测仪器；
在测试洞内，在监测孔中监测仪器的监测范围内布置两块可充气膨胀橡胶密封垫，开始测试时，使其充气膨胀，保证充气膨胀橡胶密封垫与围岩之间被密封而在测试洞中形成密闭的测试段，其密封强度高于测试段的充气压力；
通过充气设备对测试段的空间充气，充气压力高于围岩的启裂强度；
在充气设备上布置压力表和流量表，稳定压力一段时间，观察流量变化。
2.如权利要求1所述的一种围岩完整性测试方法，其特征在于，辅助洞洞径尺寸为2~3.5m。
3.如权利要求1所述的一种围岩完整性测试方法，其特征在于，所述监测仪器包括多点位移计、应力计、声发射传感器。
4.如权利要求1所述的一种围岩完整性测试方法，其特征在于，对充气膨胀橡胶密封垫的充气压力高于测试段空间的充气压力。
5.如权利要求1或4所述的一种围岩完整性测试方法，其特征在于，两块充气密封垫之间的间隔为3~5m。
6.如权利要求1所述的一种围岩完整性测试方法，其特征在于，与充气膨胀橡胶密封垫接触处的围岩设置卡槽，并充填灌浆，以保证整个空间的密闭性。
7.如权利要求1所述的一种围岩完整性测试方法，其特征在于，充测试段的充气压力为2~5MPa。
8.如权利要求1所述的一种围岩完整性测试方法，其特征在于，充气膨胀橡胶密封垫设置有对被测试段的空间进行充气的充气连接管路。
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