巖體爆破破壞深度的彈性波法檢測(cè)方法

巖體爆破破壞深度的彈性波法檢測(cè)方法

1爆破后巖體內(nèi)部波速檢測(cè)彈性波法檢測(cè)巖石破壞的深度，是爆炸試驗(yàn)和巖石構(gòu)造基面檢驗(yàn)的主要方法之一。主要有跨空法、聲波測(cè)井法及地震剖面法,其基本原理一致:以彈性波縱波波速觀測(cè)值判斷爆破破壞深度或基礎(chǔ)巖體質(zhì)量?！端そㄖ飵r石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(SL47-94)規(guī)定,依據(jù)聲波發(fā)射及接收儀器的測(cè)量誤差及一般巖體破壞規(guī)律,同部位巖體的爆破后波速與爆破前波速的變化率η>10%時(shí)判斷為爆破破壞或基礎(chǔ)巖體質(zhì)量差。若只在爆后觀測(cè),可用觀測(cè)部位附近原始狀態(tài)巖體的波速作為爆破前波速,也可從觀測(cè)資料的變化趨勢(shì)和特點(diǎn)進(jìn)行判斷。在實(shí)際檢測(cè)工作中,或聲波測(cè)孔需鉆深度較大,或爆后找孔及清孔困難,很難在同部位進(jìn)行爆前爆后對(duì)比檢測(cè),一般將爆后預(yù)計(jì)破壞深度以外的同孔深部巖體聲波波速作為爆前原始狀態(tài)的波速,但由于巖體深部應(yīng)力變化對(duì)波速的影響,巖體不同深度不同數(shù)量原有層面、節(jié)理、裂隙對(duì)波速的影響等,使得彈性波的傳播特性及波速曲線十分復(fù)雜,比如孔口段波速較高、孔內(nèi)深部波速較低等,這樣就使判斷破壞深度有一定的難度,容易產(chǎn)生較大誤差及錯(cuò)誤。爆破對(duì)巖體的破壞,一是由于爆破作用產(chǎn)生新的裂隙,分布范圍較小,從殘留鉆孔附近表層可以觀察得到;二是由于爆破作用引起巖體原有節(jié)理裂隙張開、錯(cuò)動(dòng)或延伸。爆破對(duì)巖體的破壞主要表現(xiàn)為對(duì)原有結(jié)構(gòu)面的影響。彈性波通過這些巖體新增及原有結(jié)構(gòu)面間隙時(shí),會(huì)產(chǎn)生波的反射及繞裂隙缺陷衍射,透射能量變小,致使傳播速度及振幅降低。因此,彈性波法檢測(cè)中必須分析巖體不同深度結(jié)構(gòu)面的分布、產(chǎn)狀特性,結(jié)合聲波曲線具體分析,才能得出正確判斷。三峽工程高邊坡及地下洞室爆破開挖施工中進(jìn)行了大量的聲波測(cè)試,通過實(shí)際爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)及爆破效果分析,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及巖體結(jié)構(gòu)面特性,總結(jié)出較為合理及精確的結(jié)構(gòu)面巖體爆破破壞深度分析方法。2破壞結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和聲波速度對(duì)聲波的影響2.1結(jié)構(gòu)面的表現(xiàn)特征巖體在形成過程中,長(zhǎng)期經(jīng)受建造和改造兩大地質(zhì)作用,生成各種不同類型的結(jié)構(gòu)面,它決定了巖體的工程地質(zhì)特性及其在外力作用下的變形破壞機(jī)理。結(jié)構(gòu)面按成因可分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面,其中原生結(jié)構(gòu)面因原巖成因可分為沉積結(jié)構(gòu)面(層理及夾層)、巖漿結(jié)構(gòu)面(侵入體及冷凝節(jié)理面)、變質(zhì)結(jié)構(gòu)面(片理及夾層);構(gòu)造結(jié)構(gòu)面可分為節(jié)理(X型節(jié)理、張性節(jié)理)、斷層及層間錯(cuò)動(dòng)面;次生結(jié)構(gòu)面可分為卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙及夾層等。結(jié)構(gòu)面的表述特征有結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、連續(xù)性、密度、結(jié)構(gòu)面形態(tài)、張開度、充填膠結(jié)特征等。結(jié)構(gòu)面是巖體的顯著特征之一,巖體因一定的結(jié)構(gòu)面而分為整體塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)及散體結(jié)構(gòu),在彈性波檢測(cè)工作中,現(xiàn)場(chǎng)必須記錄這些特征的爆前爆后變化,它與爆破破壞特性及破壞深度判斷相關(guān)。2.2爆炸對(duì)結(jié)構(gòu)面的破壞特征以及干擾聲波速度的影響2.2.1主巖結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)新生裂紋爆破對(duì)巖體的破壞之一表現(xiàn)為新生裂紋。在藥包破壞圈內(nèi),爆破應(yīng)力波或其在結(jié)構(gòu)面上的反射疊加強(qiáng)度大于巖石動(dòng)抗壓或抗拉強(qiáng)度時(shí),原巖中產(chǎn)生新生裂紋,但在建基面附近的爆破中,一般嚴(yán)格控制單響藥量或采用不耦合裝藥,新生裂紋較少,多發(fā)生在炮孔壁及炮孔周圍斜交的結(jié)構(gòu)面薄弱處。爆破新生裂紋對(duì)聲波波速的影響主要表現(xiàn)在聲波測(cè)孔孔口段漏水、地質(zhì)錘錘擊發(fā)出空聲或啞聲、孔口段波速及波幅降低。2.2.2結(jié)構(gòu)面破壞引起的波速持續(xù)下降結(jié)構(gòu)面為巖體受力弱面,爆破對(duì)結(jié)構(gòu)面的破壞主要表現(xiàn)為使原有裂紋延伸及擴(kuò)展等,其破壞作用有應(yīng)力波或其在結(jié)構(gòu)面上的反射波疊加使之延伸、張開或壓縮,也有在巖體中激起的彈性波振動(dòng)使結(jié)構(gòu)面張開或壓縮、爆生氣體對(duì)相連裂隙的尖劈作用。對(duì)強(qiáng)風(fēng)化巖石而言,巖體結(jié)構(gòu)面性狀弱化,爆破破壞表現(xiàn)為巖體顆粒膨松,孔隙率增加,密度降低。原有結(jié)構(gòu)面破壞對(duì)聲波波速的影響主要表現(xiàn)在聲波測(cè)孔孔內(nèi)漏水、地質(zhì)錘錘擊發(fā)出空聲或啞聲、孔內(nèi)波速降低。在實(shí)際測(cè)試中因部分孔段裂紋貫通而漏水,可直接引起彈性波波速及振幅降低,無法進(jìn)行全孔測(cè)試。爆破對(duì)泥質(zhì)夾層的壓實(shí)作用,表現(xiàn)為彈性波波速及振幅增高。2.2.3爆破對(duì)圍巖的影響爆破開挖高邊坡形成與臨空面近于平行的卸荷裂隙;洞室開挖在圍巖拱肩部形成應(yīng)力集中帶,在頂部及兩側(cè)形成應(yīng)力松馳帶等,這些都影響結(jié)構(gòu)面的張開或閉合。爆后因圍巖應(yīng)力重新分布形成的應(yīng)力集中區(qū),表現(xiàn)為彈性波波速及振幅增高?？傊?在圍巖的一定深度,認(rèn)為爆破對(duì)巖體結(jié)構(gòu)無影響,在考慮測(cè)孔底部一定荷載壓力增加而引起的較小聲波增加外,表現(xiàn)為彈性波波速及振幅與原始狀態(tài)相同。結(jié)合地質(zhì)情況,將孔內(nèi)各段聲波曲線進(jìn)行對(duì)比,據(jù)此判定圍巖爆破破壞深度。3在巖體聲波速度的影響下的結(jié)構(gòu)分析中3.1巖石高邊坡立地條件分析,可建立以巖石高邊坡爆破測(cè)試前應(yīng)仔細(xì)了解爆區(qū)地質(zhì)、地形特點(diǎn),對(duì)巖石高邊坡應(yīng)了解其高差、坡度及施工方法、形成時(shí)間、已有破壞現(xiàn)象等,分析地質(zhì)、地形特征與爆破破壞的相關(guān)度。3.2、通過測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)爆炸參數(shù)了解爆炸破壞特征爆破參數(shù)直接與爆破破壞相關(guān),包括孔深、孔排距、單孔藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方式等,爆后及時(shí)了解拋距、塊度、后裂范圍等破壞現(xiàn)象。3.3基面或邊坡不同高程的松馳經(jīng)濟(jì)帶聲波測(cè)孔應(yīng)根據(jù)典型破壞現(xiàn)象確定,布置在炮孔底部建基面或邊坡不同高程的松馳帶上,避免應(yīng)力集中區(qū)。如測(cè)試爆破對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面的影響時(shí),應(yīng)相應(yīng)布置在結(jié)構(gòu)面兩側(cè)的不同深度,測(cè)孔孔深應(yīng)超過預(yù)計(jì)爆破破壞深度。3.4波圖根據(jù)建基面巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及延伸規(guī)律,作出聲波測(cè)孔地質(zhì)剖面圖,繪制孔深～波速圖,兩者之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3.5相同層面的結(jié)構(gòu)面波速降低值結(jié)構(gòu)面發(fā)育巖體孔深～波速一般呈現(xiàn)復(fù)雜的曲線、折線,但結(jié)合地質(zhì)、地形特征可以給出合理的解釋及判斷,其一般規(guī)律有:(1)若相同層面產(chǎn)狀及數(shù)量的結(jié)構(gòu)面在預(yù)計(jì)破壞深度以外的測(cè)孔深部與孔口段的聲波波速降低值一致時(shí),認(rèn)為孔口段無破壞;若降低值大于10%則認(rèn)為已破壞;(2)相同孔深、數(shù)目倍增的相同產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)面對(duì)聲波波速的影響降低值應(yīng)為倍增關(guān)系;(3)隨地應(yīng)力增加,認(rèn)為相同破壞程度的測(cè)孔深部比孔口段聲波波速稍有增加。根據(jù)以上規(guī)律,對(duì)各孔深段作具體分析,可以得出較為合理的爆破影響深度。4簡(jiǎn)單的例子4.1孔測(cè)量配置在三峽工程永久船閘高邊坡175m高程布置一組水平測(cè)孔,測(cè)試破壞深度,測(cè)孔深3m,孔距約2m,橫剖面如圖1。4.2聲波測(cè)孔剖面圖三峽工程永久船閘巖石為花崗巖,發(fā)育多組“X”型節(jié)理,其延伸性較好,長(zhǎng)達(dá)幾米至幾十米,結(jié)構(gòu)面閉合,部分礦物質(zhì)膠結(jié),根據(jù)結(jié)構(gòu)面出露產(chǎn)狀及延伸性,將其繪制在聲波測(cè)孔剖面圖上。該邊坡采用深孔梯段爆破開挖,光面及預(yù)裂爆破形成邊坡壁面,梯段高度約8m,炮孔壁少見爆破裂紋,上部邊坡壓重較高,地質(zhì)錘敲擊聲清脆,孔內(nèi)不漏水。4.3爆破破壞深度計(jì)算A～B孔孔底段(一組相交節(jié)理面)波速相近于B～C孔中部段及C～D孔孔口段波速時(shí),認(rèn)為C～D孔孔口段無破壞。A～B孔孔口段(單一節(jié)理面)波速相近于B～C孔口段及C～D孔孔底段波速時(shí),認(rèn)為A～B孔孔口段及B～C孔口段無破壞;綜合以上數(shù)據(jù)及分析,得出該處爆破破壞深度在0.2m以下(孔內(nèi)測(cè)點(diǎn)距)。如果不結(jié)合地質(zhì)情況分析,各孔孔深～波速曲線十分復(fù)雜,A～B孔孔底段波速較低,且呈下降趨勢(shì),易于判斷為孔底已破壞。巖石聲波測(cè)試的其他方法也可針對(duì)孔內(nèi)不同深度結(jié)構(gòu)面處波速進(jìn)行對(duì)比分析,得出其爆破破壞深度。5爆破破壞深度爆破對(duì)邊坡及圍巖巖體的破壞主要是對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面的破壞,當(dāng)根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀或巖體原有塊度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律可以確定結(jié)構(gòu)面在聲波