CN111622737B - 一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体rqd的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，按照以下步骤实施：步骤1.对先导孔进行钻孔取芯及声波测试，获取先导孔岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况及先导孔声波分布情况，根据先导孔RQD分布情况和先导孔声波分布情况获得临界波速Vp 、；步骤2.对待测孔进行声波测试，获得待测孔声波分布情况，结合步骤1的临界波速Vp 、，计算待测孔RQD；步骤3.根据待测孔RQD识别钻孔地层岩性参数分布和不良地质构造分布。本发明可根据先导孔声波分布情况和先导孔RQD分布情况确定临界波速Vp 、，进而快速计算出沿钻孔深度的待测孔RQD，并确定出不良地质构造沿程分布情况，从而对灌浆参数控制提出建议。

Description

一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法
技术领域
本发明属于岩土工程、水利工程、地下空间工程技术领域，涉及一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法。
背景技术
在岩土工程、水利工程、地下空间工程中，钻孔灌浆被广泛运用在地基加固以及防渗处理上。如何精准的控制灌浆参数是快速、有效的灌浆的关键。然而实际灌浆过程中，由于钻孔地层岩体参数较为模糊且不良地质构造(如溶洞、断层带等)位置不清楚，直接导致灌浆参数选取不合理，进而致使重复灌浆或者灌浆失败的情况大有发生。因此，如何快速准确的确定钻孔地层岩体参数是确定灌浆参数的关键所在，也是控制工程进度和投资的关键因素。
在诸多工程建设中，灌浆压力一般是由地层深度决定，但是对存在断层以及破碎带的地层，规范中要求的灌浆结束标准很难满足，因此断层以及破碎带地层的确定成为工程的关键。大多数工程师通过钻孔岩芯的破碎程度(岩体RQD)来确定地层岩体情况，然而大多数灌浆工程，特别是防渗帷幕工程，只有通过先导孔取出钻孔岩芯来统计岩体破碎程度，其他钻孔无法通过岩芯判断出地层岩体破碎程度。随着科技进步，越来越多的工程根据不同岩体具有声波差异的特性，利用钻孔声波来测试钻孔地层破碎程度；但钻孔声波在岩体质量评价方面利用率并不如岩体RQD直观，利用岩体RQD分布进行灌浆参数选择更容易控制灌浆。因此有必要存在一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，预测钻孔地层岩体参数以及不良地质构造的空间分布，进而选取更加合理的关键参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，解决了现有技术中不能快速识别钻孔地层岩性参数分布和不良地质构造分布的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，按照以下步骤实施：
步骤1.对先导孔进行钻孔取芯及声波测试，获取先导孔岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况及先导孔声波分布情况，根据先导孔RQD分布情况和先导孔声波分布情况获得临界波速Vp`；
步骤2.对待测孔进行声波测试，获得待测孔声波分布情况，结合步骤1的临界波速Vp`，计算待测孔RQD；
步骤3.根据待测孔RQD识别钻孔地层岩性参数分布和不良地质构造分布。
本发明的特点还在于：
步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1.确定声波测试接收仪器间距，依钻孔深度及精度要求，以先导孔每1米孔深的区域为一个先导孔测试单元，将先导孔测试单元划分为多个先导孔测试段；
步骤1.2.钻孔取芯，对先导孔测试段检测获得岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况；
步骤1.3.采用钻孔声波测试装置声波对先导孔测试段进行测试，获得岩体沿孔深方向的先导孔声波分布情况：
步骤1.4.根据岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况及先导孔声波分布情况获得临界波速Vp`。
步骤2具体按照以下步骤实施：
步骤2.1.以待测孔每1米孔深的区域为一个待测孔测试单元，依钻孔深度及精度要求，将待测孔测试单元划分为多个待测孔测试段，并采用钻孔声波测试装置对待测孔测试段进行声波测试；
步骤2.2.将每个待测孔测试段的声波测试结果与其长度相对应；
步骤2.3.结合步骤1的临界波速Vp`计算待测孔RQD，其中基于钻孔声波分布的RQD定义为待测孔测试单元声波大于临界波速Vp`的长度所占比例，公式如下：
Figure BDA0002499598770000031
式中
Figure BDA0002499598770000032
为钻孔每米的RQD值；i为j米范围内钻孔声波大于临界波速Vp`的测试分段个数；k为j米范围内测试分段个数；H为待测孔测试段的深度。
步骤1.1中多个先导孔测试段等距设置。
步骤1.4中，根据大量的先导孔钻孔取芯所得先导孔RQD分布情况和对应先导孔声波分布情况，分析获得钻孔声波大于或等于某一数值Vp`时判定为地质不良地质构造，定义Vp`为临界波速。
步骤2.1中待测孔测试段等距设置。
步骤1和步骤2中通过单孔钻孔声波测试装置获取声波分布情况。
本发明可根据先导孔声波分布情况和先导孔RQD分布情况确定临界波速Vp`，进而快速计算出沿钻孔深度的待测孔RQD，并确定出不良地质构造沿程分布情况，从而对灌浆参数控制提出建议。本发明优势在于克服传统计算钻孔RQD只能通过钻孔取芯的缺点，而改为采用能简单快速获取的钻孔声波来确定钻孔RQD分布。
附图说明
图1是本发明一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法的流程示意图；
图2是本发明一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法的测试原理示意图；
图3是本发明一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法的实施例的待测孔声波测试结果与临界波速Vp`关系示意图；
图4是本发明一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法的实施例的待测孔RQD计算结果随深度变化图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，按照以下步骤实施：
步骤1.对先导孔进行钻孔取芯及声波测试，获取先导孔岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况及先导孔声波分布情况，根据先导孔RQD分布情况和先导孔声波分布情况获得临界波速Vp`；
其中步骤1具体如下：
步骤1.1.确定声波测试接收仪器间距，依钻孔深度及精度要求，以先导孔每1米孔深的区域为一个先导孔测试单元，将先导孔测试单元划分为多个先导孔测试段。
为便于后续声波测试结果与钻孔取芯所得RQD结果能够良好对应，将先导孔测试单元划分多个先导孔测试段。通常情况下声波测试接收仪器间距为20cm，先导孔测试单元划分为5个先导孔探测段以基本满足计算要求；为使计算更加精确，可进一步缩短声波测试接收仪器间距，将先导孔测试单元划分为更多的先导孔探测段。
步骤1.2.钻孔取芯，对先导孔测试段检测获得岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况。
进行钻孔取芯，根据钻孔取芯情况，获得RQD计算结果，并将RQD计算结果沿孔深排序形成先导孔RQD分布情况，以便于后续与声波测试结果对应。
步骤1.3.采用钻孔声波测试装置声波对先导孔测试段进行测试，获得岩体沿孔深方向的先导孔声波分布情况：
将钻孔声波测试装置放入钻孔内，根据之前先导孔测试段划分情况，调整每次钻孔探测间距。然后依次进行声波测试，直至超出声波测试范围，最后得到该孔声波随深度变化分布情况。
步骤1.4.根据岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况及先导孔声波分布情况获得临界波速Vp`。
根据大量的先导孔钻孔取芯所得RQD沿孔深分布情况和对应的钻孔声波测试结果，分析获得钻孔声波大于或等于某一数值(Vp`)时判定为地质不良地质构造，定义Vp`为临界波速。通常情况下临界波速Vp`所对应的RQD数值在2～3之间，临界波速Vp`的具体取值还需根据现场钻孔取芯情况来分析确定。
步骤2.对待测孔进行声波测试，获得待测孔声波分布情况，结合步骤1的临界波速Vp`，计算待测孔RQD；
其中步骤2具体如下：
步骤2.1.以待测孔每1米孔深的区域为一个待测孔测试单元，依钻孔深度及精度要求，将待测孔测试单元划分为多个待测孔测试段，并采用钻孔声波测试装置对待测孔测试段进行声波测试。
通常情况下声波测试接收仪器间距为20cm，待测孔测试单元划分为5个待测孔测试段以基本满足计算要求；为使计算更加精确，可进一步缩短声波测试接收仪器间距，将待测孔测试单元划分更多的待测孔探测段；待测孔探测段可以等距设置，这样方便测试，提高测试效率。
在地质情况较为复杂或有特殊要求时，可将部分或全部待测孔测试单元划分几个非等距的待测孔测试段。如可将待测孔测试单元划分8个待测孔探测段，其中2个待测孔探测段为20cm，另外6个待测孔探测段为10cm。根据探测段划分情况，调整每次钻孔探测间距，进行声波测试。
步骤2.2.将每个待测孔测试段的声波测试结果与其长度相对应，建立待测孔测试单元长度与声波测试结构的数组n(Hn，Vpn)，以便于后续待测孔测试单元RQD的计算；
步骤2.3.结合步骤1的临界波速计算待测孔RQD，其中基于钻孔声波分布的RQD定义为每1米钻孔内声波大于临界波速Vp`的长度所占比例，公式如下：
Figure BDA0002499598770000071
式中
Figure BDA0002499598770000072
为钻孔每米的RQD值；i为j米范围内钻孔声波小于临界波速Vp`的测试分段个数；k为j米范围内测试分段个数；H为待测孔测试段的深度。
步骤3.根据钻孔岩体沿深度方向的待测孔RQD，判断地层岩体不良地质构造分布，为选取合理灌浆参数提供支撑。
实施例，按照以下步骤实施：
步骤1.对先导孔进行钻孔取芯及声波测试，获取先导孔岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况及先导孔声波分布情况，根据先导孔RQD分布情况和先导孔声波分布情况获得临界波速Vp`；
步骤1.1.确定声波测试接收仪器间距，依钻孔深度及精度要求，以先导孔每1米孔深的区域为一个先导孔测试单元，先导孔测试单元内划分5个先导孔测试段；
本实施例将先导孔测试单元内划分5个先导孔测试段，即两个接收换器间距为20cm，因此每一次声波探测距离为20cm。
如图2所示，接收器1与接收器2之间的距离△L即为先导孔测试段长度，每个先导孔测试段进行声波测试时，首先发射器会进行声波发射，之后声波信号将以岩体为媒介依次传至接收器1及接收器2，根据接收器1及接收器2的距离△L及接收到声波信号的时间差会计算出先导孔测试段内的声波通过此段岩体的波速，最终波速的计算结果将以数据的形式在储存器中进行储存。
步骤1.2.进行钻孔取芯，根据钻孔取芯情况，获得RQD计算结果，并将RQD计算结果沿孔深排序，获得先导孔RQD分布情况，以便于后续与声波检测结果对应。
步骤1.3.利用单孔钻孔声波测试装置对每个先导孔探测段依次进行声波测试，获得沿孔深方向的先导孔声波分布情况。
步骤1.4.根据岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况及先导孔声波分布情况获得临界波速Vp`。
根据大量的先导孔钻孔取芯所得RQD沿孔深分布情况和对应的钻孔声波测试结果，分析统计相同探测部位波速Vp与RQD的关系见表1。可知，波速小于1.2km/s时对应RQD<10％，波速在1.2km/s与2.3km/s之间时对应RQD为10％-20％，波速在2.3km/s与3.0km/s之间时对应RQD为20％-30％，波速大于6km/s时对应RQD>80％。同时结合现场取芯情况及其他手段的地质勘探情况，确定临界波速Vp`为3km/s。
表1相同探测部位波速Vp与RQD的关系
Figure BDA0002499598770000081
步骤2.对待测孔进行声波测试，获得待测孔声波分布情况，结合步骤1的临界波速Vp`，计算待测孔RQD；
其中步骤2具体如下：
步骤2.1.以待测孔每1米孔深的区域为一个待测孔测试单元，依钻孔深度及精度要求，将待测孔测试单元划分为多个待测孔测试段，并采用单孔钻孔声波测试装置对每个探测段进行声波测试，获得待测孔声波分布情况；
将待测孔测试单元划分5个等距的待测孔测试段，两个接收器间距为20cm，每一次声波探测距离为20cm。将单孔钻孔声波测试装置放入80m深的钻孔内。其中该孔地下水位距离孔顶为16m，且0-19m为非灌浆段，因此K32孔探测范围为孔深20m-80m(钻孔声波探测范围受地下水位限制，因为需要声波接受器和发射器需要水耦合)。然后依次进行每一次声波探测，直至超出声波探测范围，最后得到该孔声波随深度变化分布情况，并与临界波速进行对比。
如图3所示，图中X轴为波速，Y轴为钻孔深度，各点为不同探测段声波测试结果沿钻孔深度的分布情况，虚线为临界波速Vp`＝3km/s。
步骤2.2.将每个待测孔探测段长度(探测间距为Hi，其值等于20cm)和对应的声波Vp进行排序，按钻孔深度形成n对数组：1(H1，Vp1)，2(H2，Vp2)，3(H3，Vp3)，…，n(Hn，Vpn)。如20m-21m范围内分为5组：1(0.2,Vp1),2(0.2，Vp2)，3(0.2，Vp3),4(0.2，Vp4)，5(0.2，Vp5)；
步骤2.3.结合步骤1的临界波速计算待测孔RQD；由步骤1.4可知临界波速Vp`＝3km/s，且因为待测孔测试单元划分为5个待测孔测试段，所以K＝5；利用公式1计算待测孔RQD，具体计算结果可见图4。
步骤3.根据钻孔岩体沿深度方向的待测孔RQD，对不良地质构造(潜在破碎带等)分布情况进行判断，并提出灌浆参数控制建议。如图4可知，在孔深26～29m、40～44m、76～80m范围内RQD较低，大概率存在破碎带或其他不良地质构造，在灌浆过程中可适当降低灌浆压力或减小浆液水灰比，并持续关注浆液注入率等指标变化。
本发明根据先导孔声波分布情况和先导孔RQD分布情况确定临界波速Vp`，进而快速计算出沿钻孔深度的待测孔RQD，并确定出不良地质构造沿程分布情况，从而对灌浆参数控制提出建议。本发明优势在于克服传统计算钻孔RQD只能通过钻孔取芯的缺点，而改为采用能简单快速获取的钻孔声波来确定钻孔RQD分布。

Claims (5)

1.一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1.对先导孔进行钻孔取芯及声波测试，获取先导孔岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况及先导孔声波分布情况，根据先导孔RQD分布情况和先导孔声波分布情况获得临界波速Vp`；
步骤2.对待测孔进行声波测试，获得待测孔声波分布情况，结合步骤1的临界波速Vp`，计算待测孔RQD；
步骤3.根据待测孔RQD识别钻孔地层岩性参数分布和不良地质构造分布。
2.根据权利要求1的所述的一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1.确定声波测试接收仪器间距，依钻孔深度及精度要求，以先导孔每1米孔深的区域为一个先导孔测试单元，将先导孔测试单元划分为多个先导孔测试段；
步骤1.2.钻孔取芯，对先导孔测试段检测获得岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况；
步骤1.3.采用钻孔声波测试装置声波对先导孔测试段进行测试，获得岩体沿孔深方向的先导孔声波分布情况：
步骤1.4.根据岩体沿孔深方向的先导孔RQD分布情况及先导孔声波分布情况获得临界波速Vp`。
3.根据权利要求2的所述的一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，其特征在于，所述步骤1.1中多个先导孔测试段等距设置。
4.根据权利要求2的所述的一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，其特征在于，所述步骤1.4中，根据大量的先导孔钻孔取芯所得RQD沿孔深分布情况和对应的钻孔声波测试结果，分析获得钻孔声波大于或等于某一数值时判定为地质不良地质构造，定义Vp`为临界波速。
5.根据权利要求1的所述的一种基于钻孔声波分布快速确定地层岩体RQD的方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
步骤2.1.以待测孔每1米孔深的区域为一个待测孔测试单元，依钻孔深度及精度要求，将待测孔测试单元划分为多个待测孔测试段，并采用钻孔声波测试装置对待测孔测试段进行声波测试；
步骤2.2.将每个待测孔测试段的声波测试结果与其长度相对应；
步骤2.3.结合步骤1的临界波速Vp`计算待测孔RQD，其中基于钻孔声波分布的RQD定义为每个待测孔测试单元声波大于临界波速Vp`的长度所占比例，公式如下：
Figure FDA0002499598760000021
式中
Figure FDA0002499598760000022
为钻孔每米的RQD值；i为j米范围内钻孔声波大于临界波速Vp`的测试分段个数；k为j米范围内测试分段个数；H为待测孔测试段的深度。
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