CN116793870A - 一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法 - Google Patents

一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116793870A
CN116793870A CN202310064042.0A CN202310064042A CN116793870A CN 116793870 A CN116793870 A CN 116793870A CN 202310064042 A CN202310064042 A CN 202310064042A CN 116793870 A CN116793870 A CN 116793870A
Authority
CN
China
Prior art keywords
radius
rock
probability
explosive
test blast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310064042.0A
Other languages
English (en)
Inventor
高启栋
江伟
杨庆
杨御博
王亚琼
杨招伟
冷振东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changan University
Original Assignee
Changan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changan University filed Critical Changan University
Priority to CN202310064042.0A priority Critical patent/CN116793870A/zh
Publication of CN116793870A publication Critical patent/CN116793870A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
    • G01N3/313—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight generated by explosives
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0658—Indicating or recording means; Sensing means using acoustic or ultrasonic detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/011—Velocity or travel time
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0421—Longitudinal waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，涉及岩体工程技术领域，本发明包括在岩体平整面垂直钻设三个测试炮孔；采用单孔和跨孔声波检测方法，获得岩体的纵波波速；测量并统计三个测试炮孔的半径；获取炸药密度与炸药爆速；分别统计岩体的纵波波速、三个测试炮孔的半径、炸药密度、炸药爆速的平均值和标准差，并根据各自平均值和标准差的分布类型，生成N个随机样本；将N个随机样本代入爆破裂隙区半径理论公式，计算得N个爆破裂隙区半径；统计N个爆破裂隙区半径大于设定爆破裂隙区半径的超越概率；改变设定爆破裂隙区半径，再次统计超越概率；绘制超越概率随设定爆破裂隙区半径的变化曲线，确定岩石爆破裂隙区半径。

Description

一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法
技术领域
本发明涉及岩体工程技术领域，具体为一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法。
背景技术
近年来，钻孔爆破已经被广泛应用于砂石矿山、水利水电、交通以及市政工程的修建过程中。钻孔爆破通常伴随着大量能量的释放，部分爆炸能量用于炮孔周围粉碎区的形成，还有部分能量向外传播形成裂隙区。裂隙区的存在不仅会影响爆生气体对周围岩体的破坏，减小岩体的破坏范围，而且裂隙区内的裂隙会影响周围岩体的力学特性，降低周围岩体的承载力。因此，准确高效预测岩体爆破裂隙区半径，对于提高炸药能量的利用率、降低施工成本具有重要意义。
现有确定岩石爆破裂隙区半径一般采用室内试验、理论及经验公式计算或者数值模拟方法获得。采用室内试验的方式，需要钻取并制备的岩心试样，耗费大量的时间和成本，且并不能充分反映原位工程岩体所处的地应力环境。理论及经验公式计算与数值模拟方法均采用确定的参数计算得到爆破裂隙区半径，其结果存在一定的误差。因为岩石爆破是一个短暂且复杂的过程，炸药的参数和爆炸产生的荷载具有不确定性；此外，实际工程中的岩体在空间分布上往往是非均匀的且具有各向异性，故岩石的参数也不能作为确定性变量来考虑。
综上，炸药爆轰过程与岩体本身物理力学性质均十分复杂，因此，极有必要开发一种不仅能考虑爆破参数与岩土参数的不确定性，且能够准确高效确定岩石爆破裂隙区半径的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明目实施例提供了一种基于概率计算分析方法，采用单孔和跨孔组合声波检测方法以及现场试验，获取岩体的纵波波速、炮孔半径、炸药密度和爆速来快速确定岩石爆破裂隙区半径的方法，旨在解决现有岩石爆破裂隙区半径确定方法中成本高、操作复杂以及计算结果不准确的问题。
本发明提供了一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，包括以下步骤：
在岩体平整面垂直钻设呈等边三角形分布的三个测试炮孔；
在三个测试炮孔内，采用单孔和跨孔声波检测方法，获得岩体的纵波波速；
测量并统计三个测试炮孔的半径；
获取炸药密度与炸药爆速；
分别统计岩体的纵波波速、三个测试炮孔的半径、炸药密度、炸药爆速的平均值和标准差，并根据各自平均值和标准差的分布类型，生成N个随机样本；
将N个随机样本代入爆破裂隙区半径理论公式，计算得N个爆破裂隙区半径；
统计N个爆破裂隙区半径大于设定爆破裂隙区半径的超越概率；
改变设定爆破裂隙区半径，并再次统计N个爆破裂隙区半径大于设定爆破裂隙区半径的超越概率；
绘制超越概率随设定爆破裂隙区半径的变化曲线，确定岩石爆破裂隙区半径。
进一步的，三个测试炮孔包括：测试炮孔Ⅰ、测试炮孔Ⅱ和测试炮孔Ⅲ；
岩体平整面上，三个测试炮孔形成的等边三角形边长为1～2m。
进一步的，所述获得岩体的纵波波速，具体包括：
基于单孔声波检测方法，向测试炮孔Ⅰ中注水直至孔口有水漫出；
将超声波检测分析仪的一发双收一体型换能器布置于测试炮孔Ⅰ内，一发双收换能器由超声波信号发射换能器、超声波信号接收换能器Ⅰ和超声波信号接收换能器Ⅱ组成，其中超声波信号发射换能器布置于测试炮孔Ⅰ底部，超声波信号接收换能器Ⅰ和超声波信号接收换能器Ⅱ自上而下布置于发射换能器上方位置处，超声波信号接收换能器Ⅰ和超声波信号接收换能器Ⅱ间距为20cm，超声波信号发射换能器与超声波信号接收换能器Ⅱ垂直距离为30cm；
操作超声波检测分析仪进行测试；
对超声波检测分析仪采集的数据进行保存，并对每一对测定读数3次，最大读数相对误差不大于3％，记录此时波速C1；
重复上述过程，获得测试炮孔Ⅱ的岩体纵波波速C2与测试炮孔Ⅲ的岩体纵波波速C3。
进一步的，所述获得岩体的纵波波速，还包括：
基于跨孔声波检测方法，向测试炮孔Ⅰ、测试炮孔Ⅱ和测试炮孔Ⅲ中注水直至孔口有水漫出；
将超声波信号发射换能器布置于测试炮孔Ⅰ底部，在测试炮孔Ⅱ底部布置超声波信号接收换能器Ⅲ，在测试炮孔Ⅲ底部布置超声波信号接收换能器Ⅳ；
操作超声波检测分析仪进行检测；
对超声波检测分析仪采集的数据进行保存，并对每一对测定读数3次，最大读数相对误差不大于3％，记录此时波速C1-2与C1-3；
改变超声波发射换能器和超声波接收换能器的位置，重复上述过程，测得波速C2-1、C2-3、C3-1和C3-2。
进一步的，测试炮孔Ⅰ、测试炮孔Ⅱ和测试炮孔Ⅲ的半径为超声波发射换能器和超声波接收换能器最大半径的1.5～2.0倍；
测试炮孔Ⅰ、测试炮孔Ⅱ和测试炮孔Ⅲ的孔深在土层中取2～5m，在岩层中取8～15m。
进一步的，所述测量并统计三个测试炮孔的半径，具体包括：
利用钢尺测量各测试炮孔孔口的直径，记录并统计测试炮孔半径的数值。
进一步的，所述获取炸药密度与炸药爆速，具体包括：
通过炸药厂商提供的信息和物理性能试验，获取炸药的密度；
采用爆索法、电测法、高速摄影法和炸药厂商提供的信息，获取炸药的爆速。
进一步的，所述生成N个随机样本，具体包括：
统计已有数据的特征，包括但不限于平均值和标准差，选取概率分布类型，包括但不限于正态分布和韦伯分布，随机生成N个变量样本。
进一步的，所述计算得N个爆破裂隙区半径，具体包括：
岩体爆破裂隙区半径rc由爆炸压力荷载峰值Pb、测试炮孔半径r0、裂隙区尖锐裂纹应力集中系数k和岩体抗拉强度T确定，计算公式如下式：
式中，裂隙区尖锐裂纹应力集中系数k为常数，一般取1.12；
爆炸压力荷载峰值Pb由炸药密度与爆速确定，如下式：
式中，ρ为炸药密度；DCJ为炸药的爆速；λ为不耦合系数，当为耦合装药时，λ取1；γ一般取3；
岩体抗拉强度T由岩体纵波波速确定，如下式：
式中，T为抗拉强度；Cp为纵波波速；a，b为常数，a与岩石性质有关，取值范围为2×10-7～1×10-6，b取2；
根据上述公式，确定常用爆破裂隙区半径表达式：
将N个岩体的纵波波速、测试炮孔半径、炸药密度和爆速的变量样本代入上式，获得N个爆破裂隙区半径。
进一步的，所述统计N个爆破裂隙区半径大于设定爆破裂隙区半径的超越概率，具体包括：
统计大于设定爆破裂隙区半径r的样本数n，则大于设定爆破裂隙区半径r的超越概率为：
增加样本总数N的值，直到超越概率P不再随着N的增加而变化，此时超越概率P即为大于某一确定岩石爆破裂隙区半径r的超越概率。
与现有技术相比，本发明提供的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其有益效果是：
本发明涉及一种岩石爆破裂隙区半径预测方法，更具体的是一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，通过现场试验、测量与统计的方法，快速计算岩石爆破裂隙区半径；采用随机抽样统计来估算结果的计算方法，通过概率分析法对数据进行处理，计算大于某一确定岩石爆破裂隙区半径值的取值范围，更贴近工程现场实际，增加计算结果的准确性；本发明的方法适用于工程建设中岩石爆破裂隙区半径的合理、高效测量，比传统方法操作更加便捷，且考虑岩土参数和爆破参数的不确定性，测量结果更加真实可靠。
附图说明
图1为本发明实施例提供的测试炮孔分布平面图；
图2为本发明实施例提供的测试炮孔分布剖面图；
图3为本发明实施例提供的岩石爆破分区示意图；
图4为本发明提供的岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的超越概率P随爆破裂隙区半径r的变化规律。
图中：1-测试孔Ⅰ；2-测试孔Ⅱ；3-测试孔Ⅲ；4-岩体平整面；5-超声波信号接收换能器Ⅰ；6-超声波信号接收换能器Ⅱ；7-超声波信号发射换能器；8-超声波信号接收换能器Ⅲ；9-超声波信号接收换能器Ⅳ；10-电缆。
具体实施方式
下面结合附图1至图5，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：如图1-5所示，本发明提供的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，具体包括如下步骤：
步骤1：在岩体的平整面垂直钻设呈等边三角形分布的三个测试炮孔，其中，所述三个测试炮孔包括：测试炮孔Ⅰ、测试炮孔Ⅱ、测试炮孔Ⅲ；
步骤2：采用单孔和跨孔声波检测方法，获得岩体的纵波波速；
步骤3：通过现场测量，统计测试炮孔的半径；
步骤4：依据厂商提供的炸药爆轰参数和火工器材现场试验，获得炸药的密度与爆速；
步骤5：统计已有数据的特征(平均值和标准差)，选取概率分布类型，如正态分布、韦伯分布，但不限于此，并随机生成N个变量样本；
步骤6：将各参数的N个随机样本代入常用爆破裂隙区半径理论公式，计算得N个爆破裂隙区半径；
步骤7：统计N个爆破裂隙区半径大于某一确定裂隙区半径的超越概率；改变某一确定裂隙区半径，绘制超越概率随某一确定裂隙区半径的变化曲线，确定岩石爆破裂隙区半径。
本发明的主要原理如下：
(1)岩体爆破裂隙区半径rc由爆炸压力荷载峰值Pb、测试炮孔半径r0、裂隙区尖锐裂纹应力集中系数k和岩体抗拉强度T确定，常用计算公式如下式：
式中，裂隙区尖锐裂纹应力集中系数k为常数，一般取1.12。
爆炸压力荷载峰值Pb由炸药密度与爆速确定，如下式：
式中，ρ为炸药密度；DCJ为炸药的爆速；λ为不耦合系数，当为耦合装药时，λ取1；γ一般取3。
岩体抗拉强度T由岩体纵波波速确定，如下式：
式中，T为抗拉强度；Cp为纵波波速；a，b为常数，a与岩石性质有关，取值范围为2×10-7～1×10-6，b取2。
根据上述公式，确定常用爆破裂隙区半径表达式：
(2)假设r为设定爆破裂隙区半径，由于炸药爆轰过程与岩体本身物理力学性质均十分复杂，这里将岩体纵波波速Cp、测试炮孔半径r0、炸药密度ρ和爆速DCJ视为服从正态分布的随机变量。令α＝r-rc，当α＜0时，表明由各随机变量求得的岩石爆破裂隙区半径rc要大于确定岩石爆破裂隙区半径r。假设随机变量的样本总数为N，其中有n个样本的计算结果小于0，即α＜0，则P(α＜0)＝n/N，为保证概率P有足够的精确度，增加样本总数N的数量，直到概率P不再随N的增加而敏感，此时，P即为确定岩石爆破裂隙区半径r的概率。同理，改变r的值，即可得到超过不同爆破裂隙区半径的概率。
对上述步骤1～7的具体说明如下：
(1)在岩体的平整面垂直钻设三个测试，分别标注为测试炮孔Ⅰ、测试炮孔Ⅱ、测试炮孔Ⅲ，三个测试炮孔中心连线构成等边三角形，其边长一般为1～2m，测试炮孔半径一般要大于声波检测探头最大半径的1.5～2.0倍，孔深在土层中宜取2～5m，在岩层中宜取8～15m。
(2)采用单孔和跨孔声波检测方法，获得岩体的纵波波速；所述单孔声波检测方法，向测试炮孔Ⅰ中注水直至孔口有水漫出，将超声波检测分析仪的一发双收一体型换能器布置于同一测试炮孔Ⅰ内，一发双收换能器由一个发射换能器和两个接收换能器组成，其中，发射换能器布置于测试炮孔Ⅰ底部，两个接收换能器布置于发射换能器上方位置处，一般两接收换能器间距(L1)为20cm，发射换能器与较近的接收换能器垂直距离(L2)为30cm，操作超声波检测分析仪进行测试；所述跨孔声波检测方法，向测试炮孔Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ中注水直至孔口有水漫出，将发射换能器布置于测试炮孔Ⅰ底部，在测试炮孔Ⅱ与Ⅲ底部各布置一个接收换能器，操作超声波测试仪进行检测；对超声波检测分析仪采集的数据进行保存，并对每一对测定读数3次，最大读数相对误差不大于3％；同理，改变发射和接收换能器的位置，并记录波速。
(3)利用钢尺测量各测试炮孔孔口的直径，记录并统计测试炮孔半径的数值。
(4)依据厂商提供的炸药爆轰参数和火工器材现场试验，获取炸药的密度；采用爆索法、电测法、高速摄影法和炸药厂商提供的信息，获取炸药的爆速。
(5)统计已有数据的特征，计算各参数的平均值μi和标准差σi，假设各随机变量服从正态分布，这里按照正态分布随机生成变量样本，并不限于正态分布，也可为其他分布函数，并随机生成N个变量样本。
(6)将N个变量代入到式(4)中，即可得到N个爆破裂隙区半径，再将计算得到的爆破裂隙区半径值代入式(5)中，统计α＜0的样本数量n，则可得超过设定爆破裂隙区半径的概率P＝n/N，增加样本总数N的数量，直到概率P不再随N的增加而变化，此时P即为超过确定岩体爆破裂隙区半径r的概率，记为超越概率。
(7)改变r值，得到超过不同爆破裂隙区半径的超越概率P，以不同爆破裂隙区半径为横轴，超越概率P为纵轴，绘制超越概率随爆破裂隙区半径值变化曲线，参见图5，根据变化曲线即可得到小于某一概率的岩石爆破裂隙区半径值。
实施例2：下面结合具体，对实施例1提供的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法进行验证，具体包括如下步骤：
(1)在岩体的平整面标记处测试炮孔Ⅰ、测试炮孔Ⅱ、测试炮孔Ⅲ的中心点位置，测试炮孔平面距离设置为2m，三个测试炮孔中心点连线构成等边三角形。根据标记位置钻设测试炮孔Ⅰ、测试炮孔Ⅱ、测试炮孔Ⅲ，钻孔深度设置为8m。
(2)所述单孔声波检测方法，向测试炮孔Ⅰ中注水直至孔口有水漫出，将超声波检测分析仪的一发双收一体型换能器布置于同一测试炮孔Ⅰ内，一发双收换能器由一个发射换能器和两个接收换能器组成，其中，发射换能器布置于测试炮孔Ⅰ底部，两个接收换能器布置于发射换能器上方位置处，一般两接收换能器间距(L1)为20cm，发射换能器与较近的接收换能器垂直距离(L2)为30cm，操作超声波检测分析仪进行测试，当仪器显示器出现稳定且清晰的数据后，对数据进行采集和保存，每对测定读数三次，其最大读数相对误差不超过3％，计算并记录此时的纵波波速C1；同理，可测得C2和C3。参见图1和图2。
考虑现场地质条件复杂，为提高测量的准确度，再采用跨孔声波检测方法，向测试炮孔Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ中注水直至孔口有水漫出，将发射换能器布置于测试炮孔Ⅰ底部，在测试炮孔Ⅱ与Ⅲ底部各布置一个接收换能器，操作超声波测试仪进行检测；对超声波检测分析仪采集的数据进行保存，并对每一对测定读数3次，最大读数相对误差不大于3％，记录此时波速C1-2与C1-3；同理，改变发射和接收换能器的位置，可测得C2-1、C2-3、C3-1和C3-2，所测数据见表1。
(3)利用钢尺测量各测试炮孔孔口的直径，统计测试炮孔半径的数值见表1。
(4)依据厂商提供的炸药爆轰参数和火工器材现场试验，获取炸药的密度；采用爆索法、电测法、高速摄影法和炸药厂商提供的信息，获取炸药的爆速；获得的数据见表1。
(5)统计现场测试和相关试验确定的岩体的纵波波速、测试炮孔半径、炸药密度和爆速值，并计算各变量的平均值μ与标准差σ，如表1。
表1各变量的平均值与标准差
根据变量的特征，假设各变量服从正态分布，依据表1中各随机变量的平均值μ与标准差σ，按照正态分布生成20个随机样本，根据式(4)计算rc，由现场爆破参数和岩石性质，采用耦合装药λ取1，a取2.59×10-7，随机生成的样本值见表2。
表2随机生成的样本值
Cp(m/s) r0(m) ρ(kg/m3) DCJ(m/s) rc
3885.00 0.0416 1089.32 4898.73 1.347
3932.20 0.0467 823.46 5407.57 1.434
4716.04 0.0530 950.66 5181.38 1.397
3436.39 0.0444 1001.52 4752.02 1.512
3807.84 0.0468 780.53 5167.91 1.381
4026.36 0.0484 1060.32 5000.68 1.523
3879.33 0.0495 981.81 4839.57 1.506
4554.03 0.0532 1192.10 4673.54 1.467
3682.22 0.0506 1034.54 4837.89 1.664
3680.15 0.0538 1029.24 5166.26 1.885
3435.35 0.0487 1104.56 4525.64 1.659
4477.14 0.0473 919.32 5126.75 1.278
4059.35 0.0429 1067.50 5135.98 1.380
3948.77 0.0484 935.81 5147.00 1.502
4505.10 0.0353 1008.79 5240.72 1.015
3873.23 0.0494 965.09 5112.77 1.576
3261.12 0.0357 921.51 4111.72 1.063
3864.74 0.0305 891.56 4348.47 0.797
3907.88 0.0460 950.40 5317.84 1.502
3835.29 0.0446 950.09 5347.22 1.491
(6)假设裂隙区半径r＝1.50m，统计α＜0的样本数量，记为n，依据表2可知，n＝9，根据P＝n/N，则P＝9/20＝0.45。由于样本总量较小，所以此时的P并不为一个恒定值，增加样本总数，并计算P值，直到P值趋近于稳定，这里计算了样本总数为20、100、500、1000、5000、10000时的P值，具体见表3。表3中随着样本总数N的增加，概率P最终稳定在0.257左右，因|0.2571-0.2574|＜0.001，故大于裂隙区半径1.5m的概率为0.2571。改变r的值，可以得到超过不同裂隙区半径r值的概率，以r为横坐标，超过r值的概率P为纵坐标，绘制概率P随裂隙区半径r的变化曲线，如附图5所示，附图5中随着r值的增加，概率P逐渐减小，当r为0.8时，超越概率为1，r为1.9时。超越概率为0.00997，r为2时，超越概率为0，通过概率分析方法计算得到的裂隙区半径为0.8～2.0m之间。若取超越概率Pi≥0.99，对应的裂隙区半径范围为0.8～0.9m；取Pi≥0.75，则对应裂隙区半径范围为0.8～1.2m；同理，可根据给定值的超越概率，获得相应的裂隙区半径范围。
表3不同样本量对应超过r的概率
样本总数N 大于rc的样本数量n Pi
20 9 0.45
100 41 0.41
500 182 0.364
1000 282 0.282
5000 1287 0.2574
10000 2571 0.2571
综合来看，本发明提供的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，相较于现有技术，具有以下的有益效果：
本发明涉及一种岩石爆破裂隙区半径预测方法，更具体的是一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，通过现场试验、测量与统计的方法，快速计算岩石爆破裂隙区半径；采用随机抽样统计来估算结果的计算方法，通过概率分析法对数据进行处理，计算大于某一确定岩石爆破裂隙区半径值的取值范围，更贴近工程现场实际，增加计算结果的准确性；本发明的方法适用于工程建设中岩石爆破裂隙区半径的合理、高效测量，比传统方法操作更加便捷，且考虑岩土参数和爆破参数的不确定性，测量结果更加真实可靠。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
在岩体平整面(4)垂直钻设呈等边三角形分布的三个测试炮孔；
在三个测试炮孔内，采用单孔和跨孔声波检测方法，获得岩体的纵波波速；
测量并统计三个测试炮孔的半径；
获取炸药密度与炸药爆速；
分别统计岩体的纵波波速、三个测试炮孔的半径、炸药密度、炸药爆速的平均值和标准差，并根据各自平均值和标准差的分布类型，生成N个随机样本；
将N个随机样本代入爆破裂隙区半径理论公式，计算得N个爆破裂隙区半径；
统计N个爆破裂隙区半径大于设定爆破裂隙区半径的超越概率；
改变设定爆破裂隙区半径，并再次统计N个爆破裂隙区半径大于设定爆破裂隙区半径的超越概率；
绘制超越概率随设定爆破裂隙区半径的变化曲线，确定岩石爆破裂隙区半径。
2.如权利要求1所述的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于：
三个测试炮孔包括：测试炮孔Ⅰ(1)、测试炮孔Ⅱ(2)和测试炮孔Ⅲ(3)；
岩体平整面(4)上，三个测试炮孔形成的等边三角形边长为1～2m。
3.如权利要求1所述的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于，所述获得岩体的纵波波速，具体包括：
基于单孔声波检测方法，向测试炮孔Ⅰ(1)中注水直至孔口有水漫出；
将超声波检测分析仪的一发双收一体型换能器布置于测试炮孔Ⅰ(1)内，一发双收换能器由超声波信号发射换能器(7)、超声波信号接收换能器Ⅰ(5)和超声波信号接收换能器Ⅱ(6)组成，其中超声波信号发射换能器(7)布置于测试炮孔Ⅰ(1)底部，超声波信号接收换能器Ⅰ(5)和超声波信号接收换能器Ⅱ(6)自上而下布置于发射换能器上方位置处，超声波信号接收换能器Ⅰ(5)和超声波信号接收换能器Ⅱ(6)间距为20cm，超声波信号发射换能器(7)与超声波信号接收换能器Ⅱ(6)垂直距离为30cm；
操作超声波检测分析仪进行测试；
对超声波检测分析仪采集的数据进行保存，并对每一对测定读数3次，最大读数相对误差不大于3％，记录此时波速C1；
重复上述过程，获得测试炮孔Ⅱ(2)的岩体纵波波速C2与测试炮孔Ⅲ(3)的岩体纵波波速C3。
4.如权利要求3所述的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于，所述获得岩体的纵波波速，还包括：
基于跨孔声波检测方法，向测试炮孔Ⅰ(1)、测试炮孔Ⅱ(2)和测试炮孔Ⅲ(3)中注水直至孔口有水漫出；
将超声波信号发射换能器(7)布置于测试炮孔Ⅰ(1)底部，在测试炮孔Ⅱ(2)底部布置超声波信号接收换能器Ⅲ(8)，在测试炮孔Ⅲ(3)底部布置超声波信号接收换能器Ⅳ(9)；
操作超声波检测分析仪进行检测；
对超声波检测分析仪采集的数据进行保存，并对每一对测定读数3次，最大读数相对误差不大于3％，记录此时波速C1-2与C1-3；
改变超声波发射换能器和超声波接收换能器的位置，重复上述过程，测得波速C2-1、C2-3、C3-1和C3-2。
5.如权利要求4所述的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于：
测试炮孔Ⅰ(1)、测试炮孔Ⅱ(2)和测试炮孔Ⅲ(3)的半径为超声波发射换能器和超声波接收换能器最大半径的1.5～2.0倍；
测试炮孔Ⅰ(1)、测试炮孔Ⅱ(2)和测试炮孔Ⅲ(3)的孔深在土层中取2～5m，在岩层中取8～15m。
6.如权利要求1所述的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于，所述测量并统计三个测试炮孔的半径，具体包括：
利用钢尺测量各测试炮孔孔口的直径，记录并统计测试炮孔半径的数值。
7.如权利要求1所述的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于，所述获取炸药密度与炸药爆速，具体包括：
通过炸药厂商提供的信息和物理性能试验，获取炸药的密度；
采用爆索法、电测法、高速摄影法和炸药厂商提供的信息，获取炸药的爆速。
8.如权利要求1所述的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于，所述生成N个随机样本，具体包括：
统计已有数据的特征，包括但不限于平均值和标准差，选取概率分布类型，包括但不限于正态分布和韦伯分布，随机生成N个变量样本。
9.如权利要求1所述的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于，所述计算得N个爆破裂隙区半径，具体包括：
岩体爆破裂隙区半径rc由爆炸压力荷载峰值Pb、测试炮孔半径r0、裂隙区尖锐裂纹应力集中系数k和岩体抗拉强度T确定，计算公式如下式：
式中，裂隙区尖锐裂纹应力集中系数k为常数，取1.12；
爆炸压力荷载峰值Pb由炸药密度与爆速确定，如下式：
式中，ρ为炸药密度；DCJ为炸药的爆速；λ为不耦合系数，当为耦合装药时，λ取1；γ取3；
岩体抗拉强度T由岩体纵波波速确定，如下式：
式中，T为抗拉强度；Cp为纵波波速；a，b为常数，a与岩石性质有关，取值范围为2×10-7～1×10-6，b取2；
根据上述公式，确定常用爆破裂隙区半径表达式：
将N个岩体的纵波波速、测试炮孔半径、炸药密度和爆速的变量样本代入上式，获得N个爆破裂隙区半径。
10.如权利要求1所述的一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法，其特征在于，所述统计N个爆破裂隙区半径大于设定爆破裂隙区半径的超越概率，具体包括：
统计大于设定爆破裂隙区半径r的样本数n，则大于设定爆破裂隙区半径r的超越概率为：
增加样本总数N的值，直到超越概率P不再随着N的增加而变化，此时超越概率P即为大于某一确定岩石爆破裂隙区半径r的超越概率。
CN202310064042.0A 2023-02-06 2023-02-06 一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法 Pending CN116793870A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310064042.0A CN116793870A (zh) 2023-02-06 2023-02-06 一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310064042.0A CN116793870A (zh) 2023-02-06 2023-02-06 一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116793870A true CN116793870A (zh) 2023-09-22

Family

ID=88037506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310064042.0A Pending CN116793870A (zh) 2023-02-06 2023-02-06 一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116793870A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101942987B (zh) 一种简易声速测井仪检验、标定及刻度方法
CN104656124A (zh) 一种基于物探方法的多参量综合岩爆预测方法
CN112345647B (zh) 一种围岩松动圈测试方法
CN110515117B (zh) 一种基于桩锤激震和决策树模型的地下溶洞探测方法
CN103969121A (zh) 一种弹性应变能指标检测系统及方法
CN107842394B (zh) 大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法
CN106223305A (zh) 一种自动考虑能量修正及动态响应的动力贯入仪
CN112557499B (zh) 一种基于超声波的节理对应力波透反射规律影响的实验方法
CN104374827A (zh) 横观各向同性岩体原位动弹性模量的各向异性系数的测量方法
CN107506556B (zh) 一种确定新鲜完整岩块声波纵波速度值的方法
CN105804731B (zh) 一种岩石地应力检测方法和系统
CN103837604B (zh) 一种岩石爆破损伤跨孔声波测试中跨距的修正方法
CN111551985A (zh) 一种基于桩锤激震和k近邻算法的地下溶洞探测方法
CN112100842B (zh) 一种识别地应力异常区及大范围测量地应力的新方法
CN113868976A (zh) 一种井下现今地应力大小确定方法
Trivino et al. Estimation of blast-induced damage through cross-hole seismometry in single-hole blasting experiments
CN116793870A (zh) 一种岩石爆破裂隙区半径概率计算分析方法
Zhang et al. A method to identify blasting-induced damage zones in rock masses based on the P-wave rise time
CN111784025A (zh) 基于简支梁模型的竖井边墙爆破振动速度预测系统和方法
CN116050138A (zh) 一种应用于露天爆破的台阶坡面运动参数获取方法
CN105758509A (zh) 一种露天矿山岩体声速的现场测量方法
CN112611805B (zh) 一种基于衰减系数的评价围岩松动圈范围的方法
CN112161661B (zh) 一种排砂管线岩屑流量测量装置及其标定方法
CN108614947B (zh) 一种岩体风化、卸荷的数值判别方法
CN113050169B (zh) 一种基于蒙特卡罗抽样的岩体各向异性系数概率分析方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination