CN211478164U - 一种柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水利水电工程技术领域，尤其是涉及一种柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构。本实用新型通过在柱状节理玄武岩柱体的两端部上的柱间节理面分布块中分别设置轴向声波探头以测量纵波速度，可以研究柱间节理面分布特征对玄武岩声波传播速度的影响；此外，通过在柱状节理玄武岩柱体的侧表面上从上至下依次设有多个径向声波探头，并通过同一个径向声波发射探头到其对面不同径向声波接收探头的声波传播速度，并根据发射与接收的几何尺寸可以确定声波传播方向与水平方向之间的夹角，从而分析定量分析柱状节理玄武岩的声波各向异性特征。

Description

一种柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构

技术领域

本实用新型属于水利水电工程技术领域，尤其是涉及一种柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构。

背景技术

作为玄武岩在冷凝过程中的特有构造，柱状节理一般将玄武岩切割成为具有四棱柱、五棱柱等规则或不规则的柱体，且在我国多个岩土工程建设过程中都有揭露，例如白鹤滩水电站，在坝基边坡、导流洞、地下厂房以及尾水洞等结构中都涉及柱状节理工程岩体，由于玄武岩中柱状节理的存在，使其在强度、变形等方面都出现强烈的各向异性特征。同时，由于工程柱状节理岩体中还存在大量隐微裂隙、卸荷裂隙等，导致岩体结构特征在空间组成及发育规模上极为复杂，在工程开挖过程中揭露出特殊的破坏模式和各向异性力学响应规律，给工程岩体稳定性分析和控制带来巨大挑战。

伴随着多项大型柱状节理岩体工程的实施，柱状节理岩体的各向异性特性越来越受到重视，目前主要采用现场试验、室内试验及数值模拟手段。然而对于现场原位试验方法，不但所得到的试验数据较为离散，而且无法对于柱状节理玄武岩的内部破裂机制、柱间节理面及柱内隐微裂隙等对于岩体破坏的影响进行观察并分析；对于室内力学试验，受限于难以精细描述柱状节理岩体的构造复杂程度，目前仍以完整玄武岩为主，无法全面反应柱体内部结构特征对其力学特性的影响。另外，无论是对于物理模型重构试验还是数值计算方法，目前的方法和结构都对柱状节理岩体结构进行一定的概化，导致无法真实反映并描述柱状节理玄武岩的各向异性特征。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述存在的技术问题，提供一种柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构。

为此，本实用新型的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构，其特征在于：所述柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构包括柱状节理玄武岩柱体，所述柱状节理玄武岩柱体的上下两端部以及表面切割平整，所述柱状节理玄武岩柱体的上下两端部分别设有柱间节理面分布块，所述柱状节理玄武岩柱体的上端部上的柱间节理面分布块中的一块内设有轴向声波发射探头或者轴向声波接收探头，且在柱状节理玄武岩柱体的下端部上的相应柱间节理面分布块内设有轴向声波接收探头或者轴向声波发射探头；所述柱状节理玄武岩柱体的侧表面上从上至下依次设有多个径向声波发射探头，且在该柱状节理玄武岩柱体的侧表面的对面相应地设有多个径向声波接收探头。

在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为上述方案的优选技术方案：同一侧布置的多个径向声波发射探头和/或径向声波接收探头之间的间距为5~10 cm。

本实用新型提供一种柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构，通过在柱状节理玄武岩柱体的两端部上的柱间节理面分布块中分别设置轴向声波探头以测量纵波速度，可以研究柱间节理面分布特征对玄武岩声波传播速度的影响；此外，通过在柱状节理玄武岩柱体的侧表面上从上至下依次设有多个径向声波探头，并通过同一个径向声波发射探头到其对面不同径向声波接收探头的声波传播速度，并根据发射与接收的几何尺寸可以确定声波传播方向与水平方向之间的夹角，从而分析定量分析柱状节理玄武岩的声波各向异性特征。

附图说明

图1为柱状节理玄武岩的柱间节理面分布块分布图；

图2为轴向声波测试下的结构图；

图3为径向声波测试下的结构图；

图中：100-柱状节理玄武岩柱体；101-柱间节理面分布块；111-轴向声波发射探头；112-轴向声波接收探头；121-径向声波发射探头；122-径向声波接收探头。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述。

一种柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构，包括柱状节理玄武岩柱体100，柱状节理玄武岩柱体100的上下两端部以及表面切割平整，柱状节理玄武岩柱体100的上下两端部分别设有柱间节理面分布块101，柱状节理玄武岩柱体100的上端部上的柱间节理面分布块101中的一块内设有轴向声波发射探头111，且在柱状节理玄武岩柱体100的下端部上的相应柱间节理面分布块101内设有轴向声波接收探头112；柱状节理玄武岩柱体100的侧表面上从上至下依次设有多个径向声波发射探头121，也即图中A1-A3，且在该柱状节理玄武岩柱体100的侧表面的对面相应地设有多个径向声波接收探头122，也即图中B1-B3。

同一侧布置的多个径向声波发射探头121（也即图中A1-A3）和/或径向声波接收探头122（也即图中B1-B3）之间的间距为5~10 cm。

具体地，通过以下方法进行试验：

（1）试样准备

为了便于声波探头安装，最好采用大尺寸柱状节理玄武岩柱体试样，直径20 cm，高30 cm。

由于柱状节理玄武岩柱体试样所包含的柱状节理柱体个数不同，建议测试岩样要不少于5个。

为方便探头安装，需利用岩石切割机将岩芯端部和表面切割平整。

根据试样端部柱间节理面的分布情况对玄武岩柱体进行编号，例如图1中的1-9，即上文提及到的柱间节理面分布块101。

（2）轴向声波测试

在每个玄武岩柱体上下两端安装声波探头，进行声波测试。通过测量发射和接收传感器之间的距离以及传播时间，测出该柱体轴向的声波波速，见图2。

完成所有柱体轴向声波测试，取平均值作为该岩样的轴向声波波速VP。

（3）径向声波测试

在试样表面安装3个声波发射探头A1~A3（可根据情况适当增加），并在对面安装3个声波接收探头B1~B3，探头之间的间距约为5~10 cm，见图3。

由于穿过的柱体数不同声波速度也存在差异，因此，分别测量同一发射探头位置到不同接收探头的距离及声波传播时间，计算对应的声波传播速度，确定不同方向的各向异性程度。

以图3中的发射探头A1为例，其与接收探头B1、B2、B3之间的距离分别是L1、L2和L3。A1进行声波发射， B1、B2、B3接收到声波信号的时间分别是t1、t2、t3，则声波速度分别为V1=L1/t1，V2=L2/t2，V3=L3/t3，则A1-B1方向的各向异性程度系数=V1/VP，A1-B2方向的各向异性程度系数=V2/VP，A1-B3方向的各向异性程度系数=V3/VP。

分别计算A1、A2、A3与B1、B2、B3之间的各向异性程度系数，即可以获得不同方向的各向异性程度。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，仅为本实用新型的优选实施例，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构，其特征在于：所述柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构包括柱状节理玄武岩柱体，所述柱状节理玄武岩柱体的上下两端部以及表面切割平整，所述柱状节理玄武岩柱体的上下两端部分别设有柱间节理面分布块，所述柱状节理玄武岩柱体的上端部上的柱间节理面分布块中的一块内设有轴向声波发射探头或者轴向声波接收探头，且在柱状节理玄武岩柱体的下端部上的相应柱间节理面分布块内设有轴向声波接收探头或者轴向声波发射探头；所述柱状节理玄武岩柱体的侧表面上从上至下依次设有多个径向声波发射探头，且在该柱状节理玄武岩柱体的侧表面的对面相应地设有多个径向声波接收探头。

2. 根据权利要求1所述的柱状节理玄武岩各向异性定量测试结构，其特征在于：同一侧布置的多个径向声波发射探头和/或径向声波接收探头之间的间距为5~10 cm。

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