現(xiàn)場(chǎng)地壓觀測(cè)與分析

1、u9.1 9.1 概述概述 掌握掌握巖體工程觀測(cè)的特點(diǎn)巖體工程觀測(cè)的特點(diǎn)u9.2 9.2 圍巖位移與變形觀測(cè)圍巖位移與變形觀測(cè) 知道知道表面位移觀測(cè)方法、內(nèi)部位移觀測(cè)表面位移觀測(cè)方法、內(nèi)部位移觀測(cè)方法，方法，了解了解各類方法如何應(yīng)用各類方法如何應(yīng)用u9.3 9.3 支架荷載測(cè)量支架荷載測(cè)量 知道知道錨桿測(cè)力計(jì)及拉拔試驗(yàn)，錨桿測(cè)力計(jì)及拉拔試驗(yàn)，掌握掌握巖柱與支架壓巖柱與支架壓力觀測(cè)點(diǎn)的布置方法，力觀測(cè)點(diǎn)的布置方法，了解了解3種測(cè)量方法的原理及適用范圍種測(cè)量方法的原理及適用范圍u9.4 9.4 圍巖應(yīng)力測(cè)量圍巖應(yīng)力測(cè)量 了解了解光彈應(yīng)力計(jì)、光彈應(yīng)變片的測(cè)量原理光彈應(yīng)力計(jì)、光彈應(yīng)變片的測(cè)量原理 u9

2、.5 9.5 巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù) 掌握掌握巖體聲發(fā)射技術(shù)的概念，巖體聲發(fā)射技術(shù)的概念，了解了解巖體聲發(fā)射技術(shù)技術(shù)的布點(diǎn)、監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)方法巖體聲發(fā)射技術(shù)技術(shù)的布點(diǎn)、監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)方法u9.6 9.6 光電技術(shù)在地下工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用光電技術(shù)在地下工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 了解光纖傳感器的原理u巖體工程觀測(cè)的特點(diǎn)巖體工程觀測(cè)的特點(diǎn)（1）時(shí)效性。）時(shí)效性。由于巖體工程的服務(wù)年限一般都較長(zhǎng)，巖體由于巖體工程的服務(wù)年限一般都較長(zhǎng)，巖體具有流變特性，因此，測(cè)試設(shè)備應(yīng)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定；具有流變特性，因此，測(cè)試設(shè)備應(yīng)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定；（2）環(huán)境復(fù)雜。）環(huán)境復(fù)雜。地下工程環(huán)境惡劣，要求設(shè)備有防潮、防地下工程環(huán)

3、境惡劣，要求設(shè)備有防潮、防電磁干擾、煤礦還需防爆等性能；電磁干擾、煤礦還需防爆等性能；（3）監(jiān)測(cè)信息的時(shí)空要求。）監(jiān)測(cè)信息的時(shí)空要求?，F(xiàn)代大型巖體工程監(jiān)測(cè)的網(wǎng)現(xiàn)代大型巖體工程監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)化已日益顯示其必要性與可能性，在監(jiān)測(cè)的信息量和反饋絡(luò)化已日益顯示其必要性與可能性，在監(jiān)測(cè)的信息量和反饋速度上的要求日漸提高；速度上的要求日漸提高；（4）空間制約）空間制約。地下空間有限，要求監(jiān)測(cè)設(shè)備微型化并盡地下空間有限，要求監(jiān)測(cè)設(shè)備微型化并盡可能地隱蔽，減少對(duì)施工的干擾，并避免施工對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的可能地隱蔽，減少對(duì)施工的干擾，并避免施工對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的損壞損壞 。u現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及監(jiān)控工作主要包括的內(nèi)容現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及監(jiān)控工作主要

4、包括的內(nèi)容 研制測(cè)試儀表及傳感器，正確選擇觀測(cè)方案，科學(xué)分析研制測(cè)試儀表及傳感器，正確選擇觀測(cè)方案，科學(xué)分析和使用觀測(cè)數(shù)據(jù)。和使用觀測(cè)數(shù)據(jù)。 u測(cè)試儀器及傳感器是隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而逐測(cè)試儀器及傳感器是隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而逐漸更新的；另一方面，正確選擇觀測(cè)方案十分重要漸更新的；另一方面，正確選擇觀測(cè)方案十分重要u凡能表征地壓活動(dòng)的物理量與自然現(xiàn)象均可作為凡能表征地壓活動(dòng)的物理量與自然現(xiàn)象均可作為監(jiān)測(cè)的對(duì)象監(jiān)測(cè)的對(duì)象u當(dāng)前，計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)、光纖傳感、遙感等高當(dāng)前，計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)、光纖傳感、遙感等高新技術(shù)也在巖體工程監(jiān)測(cè)中得到日益廣泛應(yīng)用新技術(shù)也在巖體工程監(jiān)測(cè)中得到日益廣泛應(yīng)用 u表面位移

5、觀測(cè)表面位移觀測(cè)1）裂縫觀測(cè)）裂縫觀測(cè)。2）巷道收斂觀測(cè)。）巷道收斂觀測(cè)。3）閉合測(cè)量閉合測(cè)量 。4）頂板狀況統(tǒng)計(jì)觀測(cè)）頂板狀況統(tǒng)計(jì)觀測(cè) 如煤礦測(cè)量頂板破碎度如煤礦測(cè)量頂板破碎度FA/FC木 尺 擋塊標(biāo)記線木方滑動(dòng)槽u圍巖內(nèi)部位移測(cè)量圍巖內(nèi)部位移測(cè)量 1）鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)的測(cè)量原理鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)的測(cè)量原理 在鉆孔巖壁的不同深度位置在鉆孔巖壁的不同深度位置固定若干個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)分別用連接件連接到孔口，這樣在固定若干個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)分別用連接件連接到孔口，這樣在孔口就可以測(cè)量到連接件隨測(cè)點(diǎn)移動(dòng)所發(fā)生的移動(dòng)量；在孔口孔口就可以測(cè)量到連接件隨測(cè)點(diǎn)移動(dòng)所發(fā)生的移動(dòng)量；在孔口的巖壁上設(shè)立一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)板，

6、用足夠精度的測(cè)量?jī)x器測(cè)量的巖壁上設(shè)立一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)板，用足夠精度的測(cè)量?jī)x器測(cè)量基準(zhǔn)板到連接件外端的距離，孔壁某點(diǎn)連接件的兩次測(cè)量差值基準(zhǔn)板到連接件外端的距離，孔壁某點(diǎn)連接件的兩次測(cè)量差值就是該時(shí)間段內(nèi)該測(cè)點(diǎn)到孔口的深度范圍巖體的相對(duì)位移值。就是該時(shí)間段內(nèi)該測(cè)點(diǎn)到孔口的深度范圍巖體的相對(duì)位移值。 2）頂板離層儀、鉆孔伸長(zhǎng)計(jì)頂板離層儀、鉆孔伸長(zhǎng)計(jì) u圍巖內(nèi)部位移測(cè)量圍巖內(nèi)部位移測(cè)量 3）圍巖松動(dòng)圈的聲波測(cè)試圍巖松動(dòng)圈的聲波測(cè)試 sin/sin=v1/ v2 ， 當(dāng)當(dāng)增大到某一臨界角增大到某一臨界角i時(shí)，時(shí)，達(dá)到達(dá)到900，sin=1，這時(shí)折射波，這時(shí)折射波2在巖體內(nèi)沿孔壁周圍滑行，形成滑行波在巖體

7、內(nèi)沿孔壁周圍滑行，形成滑行波3。 v1/ v2=sini 巖體種類巖體種類原巖體聲速原巖體聲速 m/s破碎巖體破碎巖體 m/s堅(jiān)硬巖體堅(jiān)硬巖體4 0005 0002 0003 000中硬巖體中硬巖體3 0004 0001 0002 000軟巖體軟巖體20003 0001 000u圍巖內(nèi)部位移測(cè)量圍巖內(nèi)部位移測(cè)量 4）鉆孔電視測(cè)量鉆孔電視測(cè)量5）覆巖）覆巖“三帶三帶”的鉆孔深部基點(diǎn)觀測(cè)的鉆孔深部基點(diǎn)觀測(cè) u圍巖內(nèi)部位移測(cè)量圍巖內(nèi)部位移測(cè)量 6）鉆孔電視測(cè)量鉆孔電視測(cè)量5）覆巖）覆巖“三帶三帶”的鉆孔深部基點(diǎn)觀測(cè)的鉆孔深部基點(diǎn)觀測(cè) u圍巖內(nèi)部位移測(cè)量圍巖內(nèi)部位移測(cè)量 6）鉆孔傾斜儀鉆孔傾斜儀 12

8、3435316136u錨桿測(cè)力計(jì)與拉拔試驗(yàn)錨桿測(cè)力計(jì)與拉拔試驗(yàn) 1）錨桿測(cè)力計(jì)錨桿測(cè)力計(jì)2）拉拔試驗(yàn)）拉拔試驗(yàn) 210-1-2-3-4-5 210-1-2-3-4-5u巖柱與支架壓力監(jiān)測(cè)巖柱與支架壓力監(jiān)測(cè) 1）測(cè)力計(jì)布置測(cè)力計(jì)布置2）測(cè)力計(jì)種類）測(cè)力計(jì)種類鋼弦壓力盒鋼弦壓力盒 、機(jī)械式支柱測(cè)力計(jì)、液壓式礦壓觀測(cè)儀器機(jī)械式支柱測(cè)力計(jì)、液壓式礦壓觀測(cè)儀器3）礦壓遙測(cè)儀）礦壓遙測(cè)儀 u巖體絕對(duì)應(yīng)力的測(cè)量方法已經(jīng)在第四章中講過(guò)，通巖體絕對(duì)應(yīng)力的測(cè)量方法已經(jīng)在第四章中講過(guò)，通過(guò)應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法、應(yīng)變恢復(fù)法、應(yīng)變解除過(guò)應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法、應(yīng)變恢復(fù)法、應(yīng)變解除法、水壓致裂法、聲發(fā)射法等能測(cè)到巖體的

9、絕對(duì)應(yīng)力法、水壓致裂法、聲發(fā)射法等能測(cè)到巖體的絕對(duì)應(yīng)力u絕對(duì)應(yīng)力測(cè)量成本高絕對(duì)應(yīng)力測(cè)量成本高u相對(duì)應(yīng)力測(cè)量方法相對(duì)應(yīng)力測(cè)量方法 借助光學(xué)方法，研究清楚透明材料的應(yīng)力分布規(guī)律，然后借助光學(xué)方法，研究清楚透明材料的應(yīng)力分布規(guī)律，然后把結(jié)論應(yīng)用到某些不透明材料中去，如金屬、巖石，評(píng)價(jià)不透把結(jié)論應(yīng)用到某些不透明材料中去，如金屬、巖石，評(píng)價(jià)不透明材料的應(yīng)力分布狀態(tài)，這種方法稱為明材料的應(yīng)力分布狀態(tài)，這種方法稱為光測(cè)彈性法光測(cè)彈性法 巖體開(kāi)挖引起應(yīng)力重新分布，將導(dǎo)致巖體內(nèi)部出巖體開(kāi)挖引起應(yīng)力重新分布，將導(dǎo)致巖體內(nèi)部出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，使巖體內(nèi)部局部因應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度而現(xiàn)局部應(yīng)力集中，使巖體內(nèi)部局部因應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度

10、而出現(xiàn)微破裂、或原有裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展，同時(shí)，巖體出現(xiàn)微破裂、或原有裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展，同時(shí)，巖體內(nèi)積累的變形能隨破裂或裂紋擴(kuò)展而釋放，以應(yīng)力波內(nèi)積累的變形能隨破裂或裂紋擴(kuò)展而釋放，以應(yīng)力波的形式向外傳播。這種向外傳播的應(yīng)力波被稱作的形式向外傳播。這種向外傳播的應(yīng)力波被稱作巖體巖體聲發(fā)射信號(hào)聲發(fā)射信號(hào)，也稱為，也稱為巖音巖音或或地音地音。 利用專門儀器接收該聲發(fā)射（利用專門儀器接收該聲發(fā)射（AE）信號(hào)，并轉(zhuǎn)）信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成事件、能率、頻率等特征值或進(jìn)行波形分析而評(píng)換成事件、能率、頻率等特征值或進(jìn)行波形分析而評(píng)價(jià)巖體穩(wěn)定性的技術(shù)，叫價(jià)巖體穩(wěn)定性的技術(shù)，叫巖體聲發(fā)射技術(shù)巖體聲發(fā)射技術(shù)。 8642050

11、 100 200 540 u特征特征初始區(qū)初始區(qū)()、劇烈區(qū)、劇烈區(qū)()、下降區(qū)下降區(qū)()和沉寂區(qū)和沉寂區(qū)() 巖石在低應(yīng)力階段幾乎沒(méi)有聲發(fā)射活動(dòng)，一般在達(dá)巖石在低應(yīng)力階段幾乎沒(méi)有聲發(fā)射活動(dòng)，一般在達(dá)到其強(qiáng)度的到其強(qiáng)度的6080%以上、臨近破壞時(shí)，聲發(fā)射活動(dòng)以上、臨近破壞時(shí)，聲發(fā)射活動(dòng)才顯著增加，在破壞時(shí)達(dá)到峰值才顯著增加，在破壞時(shí)達(dá)到峰值 U=exp-fd/(vQ) U為AE波形的振幅變化率，%；為AE頻率，Hz；d為AE波形傳播的距離，m；v為AE波傳播的速度，m/s；Q為材料品質(zhì)因子。 u現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及布孔方法現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及布孔方法 監(jiān)測(cè)孔一般布置在完整巖體上，孔間距監(jiān)測(cè)孔一般布置在完整巖體上，

12、孔間距1520m，鉆孔傾角不超過(guò)，鉆孔傾角不超過(guò)150，孔徑，孔徑3642mm，孔深，孔深1.82.0m。鉆孔后一般用壓風(fēng)清洗鉆孔碎削。為避免噪聲干擾，。鉆孔后一般用壓風(fēng)清洗鉆孔碎削。為避免噪聲干擾，一般在探頭裝入孔底后，用面紗堵塞孔口一般在探頭裝入孔底后，用面紗堵塞孔口 。 便攜式儀器采用隨機(jī)抽樣監(jiān)測(cè)方式，一般便攜式儀器采用隨機(jī)抽樣監(jiān)測(cè)方式，一般每天監(jiān)測(cè)每天監(jiān)測(cè)1次，每孔監(jiān)測(cè)次，每孔監(jiān)測(cè)5-10分鐘；活動(dòng)度很低，分鐘；活動(dòng)度很低，每每2-3天監(jiān)測(cè)天監(jiān)測(cè)1次；聲發(fā)射值較大時(shí)，每班監(jiān)測(cè)次；聲發(fā)射值較大時(shí)，每班監(jiān)測(cè)1次。次。頂板頂板類型類型聲發(fā)射參數(shù)臨界值聲發(fā)射參數(shù)臨界值巖性特征巖性特征說(shuō)明說(shuō)明大

13、事件大事件總事件總事件能率能率1- 大理巖及新鮮斑巖，裂隙大理巖及新鮮斑巖，裂隙較少，強(qiáng)度高較少，強(qiáng)度高 每每23天監(jiān)測(cè)天監(jiān)測(cè)一次一次2411750 大塊狀矽卡巖及其含礦體，大塊狀矽卡巖及其含礦體，風(fēng)化蝕變不嚴(yán)重，強(qiáng)度風(fēng)化蝕變不嚴(yán)重，強(qiáng)度較高，整體性好較高，整體性好 每每12天監(jiān)測(cè)天監(jiān)測(cè)一次，變化較一次，變化較大時(shí)加密。大時(shí)加密。3416350 小塊狀矽卡巖及其含礦體，小塊狀矽卡巖及其含礦體，風(fēng)化蝕變嚴(yán)重，強(qiáng)度中風(fēng)化蝕變嚴(yán)重，強(qiáng)度中等，滴水嚴(yán)重，整體性等，滴水嚴(yán)重，整體性差差 每天監(jiān)測(cè)一次每天監(jiān)測(cè)一次4129150 小塊狀斑巖及其含礦，風(fēng)小塊狀斑巖及其含礦，風(fēng)化蝕變嚴(yán)重，強(qiáng)度中等，化蝕變嚴(yán)重，

14、強(qiáng)度中等，滴水嚴(yán)重，整體性差滴水嚴(yán)重，整體性差 每天監(jiān)測(cè)一次每天監(jiān)測(cè)一次5 數(shù)值很小或無(wú)，微巖數(shù)值很小或無(wú)，微巖音一般均音一般均10多次，有多次，有連音，高達(dá)連音，高達(dá)3次次/分。分。 強(qiáng)風(fēng)化大理巖、斑巖，強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)化大理巖、斑巖，強(qiáng)度低，成碎塊狀或松散度低，成碎塊狀或松散狀，受地下水的作用發(fā)狀，受地下水的作用發(fā)生軟化。生軟化。 每每8小時(shí)或每小時(shí)或每天監(jiān)測(cè)一次天監(jiān)測(cè)一次雞籠山金礦巖體冒落預(yù)報(bào)的雞籠山金礦巖體冒落預(yù)報(bào)的AE臨界值臨界值 u光纖對(duì)光信號(hào)作低衰減傳輸主要是利用光的全反射光纖對(duì)光信號(hào)作低衰減傳輸主要是利用光的全反射原理原理。因?yàn)?。因?yàn)閚1sin1= n2sin2 ，若傳輸入射光介質(zhì)的，若傳輸入射光介質(zhì)的折射率折射率n1大于第二種介質(zhì)（包層）的折射率大于第二種介質(zhì)（包層）的折射率n2，則當(dāng)，則當(dāng)入射角滿足一定條件時(shí)，入射角