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专利名称：开挖损伤区的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种开挖损伤区的测量方法，主要适用于地下工程开挖中由于应力调整而产生的损伤区的测量，特别适用于高应力作用下的硬岩环境中。
背景技术：
地下工程开挖以后围岩会受到损伤，特别是现在随着社会和经济的发展，深部地下岩石工程不断增多，埋深越来越大，地应力和岩体强度之间的矛盾越来越尖锐，导致围岩的损伤区范围和损伤程度也不断加大，特别是损伤区会随着时间不断向外扩展，损伤区的存在对围岩的稳定性和地下工程运行期间的安全性都有极大的影响，而支护设计工作必须依赖于损伤区范围的准确测量。
目前对于现场普遍采用的损伤区测量方法为波速测试，主要是利用应力调整引起的裂纹张开进而导致波速的降低，通过低波速带来判断损伤区的范围，但此测量方法对于损伤程度无法直接判断，且较为粗糙，测量的一般为出现明显张开裂纹的破坏区，真正意义上由微破裂导致的损伤区并不能测量出来，对于工程的支护设计有一定的影响。发明内容
本发明要解决的技术问题是:针对上述存在的问题提供一种操作简单方便、成本低的开挖损伤区的测量方法，以便准确的判断出损伤范围和损伤程度，为围岩稳定性评价和支护优化设计提供可靠的依据。
本发明所采用的技术方案是:开挖损伤区的测量方法，其特征在于步骤如下: a、在已开挖隧洞内钻设宽度IOcm的钻孔，并保证该钻孔避开节理裂隙发育的位置，且穿过损伤区进入原岩区内； b、在钻孔内安装若干个渗透系数测量用探头，并保证损伤区和原岩区内均布置有探头; C、分别对各探头所在位置进行压水测量，获得各探头所在位置的渗透系数；d、将被测位置的渗透系数与该位置到隧洞洞壁的距离整理成变化曲线，得到损伤区的范围，再将损伤区内各测量位置的渗透系数与原岩区渗透系数对比评价损伤程度。
所述损伤区和原岩区内各布置有4-5个探头。
所述探头包括位于中部的测试段，以及位于该测试段两端的两个封隔器I，各封隔器I远离测试段一端依次布置液压千斤顶、保护装置和封隔器II。
本发明的有益效果是:本发明在已开挖隧洞内钻设穿过损伤区进入原岩区的钻孔，并在该钻孔内布置一组测量渗透系数用探头，并通过压水测量得到各测量位置的渗透系数，并利用渗透系数的变化来判断损伤区的范围和损伤程度，现场操作简单，能够准确地表达出损伤区的特征(包括损伤范围和损伤程度)，易于判读，花费低廉，为围岩稳定性评价和现场支护优化设计提供了可靠的依据。


图1是本发明中钻孔位置示意图。
图2是本发明中探头的结构示意图。
具体实施方式
围岩开挖损伤是不可恢复的损伤，主要包括开挖方法(如爆破)释放的能量冲击围岩形成的损伤、围岩应力重分布及其他因素如温度和湿度变化等导致裂纹扩展形成的损伤，因此处于损伤区内的围岩的水力学特性会出现永久性变化，而这些变化是可以被直接定量测量的。本实施例主要通过测量围岩在不同区域内的渗透系数的变化来判断损伤程度和损伤范围，其具体步骤如下: a、钻孔位置的选取 由于损伤区特征与应力的分布密切相关，因此测试钻孔的位置时尽量选取典型部位，具有代表性，并尽量避开节理裂隙发育的位置。
b、钻孔 如图1所示，利用钻机在已开挖隧洞I内、步骤a所选取的位置钻设直径大约为IOcm的钻孔2，如果有条件进行孔内摄像，应尽量使该钻孔避开节理裂隙发育的位置，同时保证钻孔2能够穿过损伤区3，进入原岩区4内； C、探头安装 在钻孔2内安装若干个渗透系数测量用探头(探头的安装需要分段进行，即在钻孔内每隔一段距离安装一个探头，以测量孔内不同位置的渗透系数)，并保证损伤区3和原岩区4内均布置有探头，方便比较渗透系数的变化，在同一位置处的测量次数要适宜，次数控制在2 3次(首次利用水压张开裂缝后，水压降低，在地应力的作用下，裂纹将重新闭合，之后再进行张开，张开次数控制在2 3次)，过多工作量太大，过少无法表现出损伤区3的过渡，在不同区域内有4飞个测试点为宜，即损伤区3和原岩区4内各布置有4-5个探头。如图2所示，本例中，所述探头包括位于中部的测试段5，以及位于该测试段两端的两个封隔器I6，各封隔器I 6远离测试段5 —端依次布置液压千斤顶7、保护装置8和封隔器II 9。
d、压水测量 分别对各探头所在位置进行压水测量，获得各探头所在位置的渗透系数；具体步骤为:通过将中部测试段5的水压加到岩体的抗拉强度(如0.8-lMPa)，并持续加压一段时间，直到压力降低到门槛值(施加的压力达到岩体的抗拉强度会使岩体裂缝张开，导致岩体的本身强度降低，封闭的测试段能够保持的水压也将随之降低，直至到达门槛值，之后不再降低，门槛值可取0.4MPa)，通过统计加压时间和流量变化，即可以得到该位置的渗透系数。
e、损伤区分析 将被测位置的渗透系数与该位置到隧洞I洞壁的距离整理成变化曲线，得到损伤区3的范围，再将损伤区3内各测量位置的渗透系数与原岩区4渗透系数对比评价损伤程度。
具体评价原理如下:损伤区3的渗透系数大于原岩区4的渗透系数，且由于损伤区3内各位置损伤程度不同，因此该区域内渗透系数变化也可能比较大，原岩区4内的渗透系数变化比较小，再根据步骤e得到的曲线的变化情况，即可得知损伤区3的范围。另外，由于损伤越大，渗透系数越大，同时原岩区4渗透系数基本恒定，即使有变化也是较小的变化，因此，根据损伤区3内各测量位置的渗透系数与原岩区4渗透系数对比，即可得知各测量位置的损伤程度。
权利要求
1.一种开挖损伤区的测量方法，其特征在于步骤如下: a、在已开挖隧洞(I)内钻设宽度IOcm的钻孔(2)，并保证该钻孔避开节理裂隙发育的位置，且穿过损伤区(3)进入原岩区(4)内； b、在钻孔(2)内安装若干个渗透系数测量用探头，并保证损伤区(3)和原岩区(4)内均布置有探头； C、分别对各探头所在位置进行压水测量，获得各探头所在位置的渗透系数； d、将被测位置的渗透系数与该位置到隧洞(I)洞壁的距离整理成变化曲线，得到损伤区(3)的范围，再将损伤区(3)内各测量位置的渗透系数与原岩区(4)渗透系数对比评价损伤程度。
2.根据权利要求1所述的开挖损伤区的测量方法，其特征在于:所述损伤区(3)和原岩区(4)内各布置有4-5个探头。
3.根据权利要求1或2所述的开挖损伤区的测量方法，其特征在于:所述探头包括位于中部的测试段(5)，以及位于该测试段两端的两个封隔器I (6)，各封隔器I (6)远离测试段(5)—端依次布置液压千斤顶(7)、保护装置(8)和封隔器II (9)。
全文摘要
本发明涉及一种开挖损伤区的测量方法。本发明的目的是提供一种开挖损伤区的测量方法，以便准确的判断出损伤范围和损伤程度。本发明的技术方案是a、在已开挖隧洞内钻设宽度10cm的钻孔，并保证该钻孔避开节理裂隙发育的位置，且穿过损伤区进入原岩区内；b、在钻孔内安装若干个渗透系数测量用探头，并保证损伤区和原岩区内均布置有探头；c、分别对各探头所在位置进行压水测量，获得各探头所在位置的渗透系数；d、将被测位置的渗透系数与该位置到隧洞洞壁的距离整理成变化曲线，得到损伤区的范围，再将损伤区内各测量位置的渗透系数与原岩区渗透系数对比评价损伤程度。本发明适用于高应力作用下的硬岩环境中。
文档编号G01N15/08GK103196809SQ20131010399
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者张宁, 张春生 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院