本发明专利技术涉及岩体软弱夹层弹性模量测试技术，基于不同频率的子波在软弱夹层传播过程中的波形变化规律，提出了软弱夹层弹性模量的测试方法。本发明专利技术包含6个步骤，分别为：(1)测试软弱夹层两侧岩体的物理力学参数；(2)测试和计算软弱夹层两侧岩体的黏性系数；(3)测试软弱夹层的弹性模量和黏性系数；(4)建立应力波在软弱夹层的传播模型；(5)根据透射侧记录的波形计计算入射侧的波形；(6)计算软弱夹层的弹性模量和黏性系数。本发明专利技术具有操作简单，测试结果综合反映了软弱夹层对应力波振幅谱和相位谱的影响特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩体软弱夹层弹性模量测试技术，基于不同频率的子波在软弱夹层传播过程中的波形变化规律，提出了软弱夹层弹性模量的测试方法。
技术介绍
在影响边坡、隧道、地下硐室等岩土工程的稳定性的诸因素中，不良的工程地质条件和岩体结构条件是主要内因，岩体结构面特别是软弱夹层对岩体变形及岩体工程失稳破坏起控制作用，准确获取软弱夹层的力学参数对估算岩体工程的变形量以及治理岩体工程等具有重要意义。岩体力学参数的原位测试方法分为动力测试法和静力测试法。静力法的基本原理:在选定的岩体表面、槽壁或钻孔壁面上施加法向荷载，并测定其岩体的变形值，然后绘制出压力-变形关系曲线，计算出岩体的变形参数。常用的静力法主要有:承压板法、钻孔变形法、狭缝法、水压洞室法、单(双)轴压缩试验法等。动力法的基本原理:用人工方法对岩体激发产生应力波，用传感器和振动信号采集仪记录指定测点的振动信号，根据波动理论求岩体的变形参数，目前主要依据应力波传播波速计算岩体的变形参数。相对于动力法，静力法测试结果具有离散性小，通常认为更可靠，但是受到加载条件的限制，难以实施大体积岩样测试，而从岩体工程角度出发，非常希望获得大体积岩体的力学参数，为此，提出了静力估算法，如层状岩体变形参数估算公式、用RMR值估算岩体变形模量、用Q值估算纵波速度和岩体平均变形模量等。归纳起来，工程上主要有两种静力估算法:一是在现场地质调查的基础上，建立适当的岩体地质力学模型，利用室内小试件试验资料和地质力学模型结合起来进行估算，其估算结果的有效性依赖于地质力学模型，因难以建立复杂岩体的有效的力学模型，限制了该方法的推广运用，导致目前该方法主要运用于层状岩体；二是在岩体质量评价和大量试验资料的基础上，建立岩体分类指标与变形参数之间的经验关系，用于变形参数估算，该方法的优点是综合考虑了影响岩体力学性质的因素，但目前仍属于半经验公式。实际工程中，由现场大尺寸岩体力学试验得到的岩体强度参数可以较好地反映岩体工程力学特性，但限于试验中岩体尺寸、时间以及试验经费等方面原因，实际工程中所进行的现场以及室内力学试验数量都非常有限，因此仅靠这些有限的试验数据很难得到能够真实反映岩体工程特性的设计参数。相对于静力测试方法，动力测试方法具有快捷便利、测试成本低、能够实施大体积测试和测试细小岩体结构面的力学参数等优点，是静力测试法不可缺少的补充，发展动力测试方法具有重要意义，但是动力测试方法不成熟，特别是根据测点的振动波形计算岩体力学参数不成熟，对应力波的振幅和相位信息挖掘的不充分。岩体中存在大量不同尺度的结构面，直接影响岩体的变形特性和变形参数，其中软弱夹层是非常重要的一类岩体结构面，对岩体变形和破坏具有重要影响。采用动力法测试软弱夹层的变形参数，关键问题是掌握应力波在软弱夹层的传播规律，并提出合适的计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术的技术方案:一种，包括以下步骤:第一步，测试软弱夹层两侧岩体的物理力学参数:采用钻弹性模量仪测试软弱夹层两侧岩体的弹性模量，采用现有常规方法测试软弱夹层及其两侧岩体的密度、泊松比；第二步，测试和计算软弱夹层两侧岩体的黏性系数:对于软弱夹层两侧岩性变化较大时，需在软弱夹层两侧分别选择表面平整的区域为测试区域；如果软弱夹层两侧岩性变化较小时，即认为两侧岩体力学参数相同，只需在其中一侧选择测试区域；在测试区域内布置I条直线测线，测线长度为1.5-4.5m，在测线上选定施加冲击载荷的振源点，在测线上选定2— 4个测点；测点编号的原则是:以振源点为中心，由近及远从I开始依次编号，第I个测点(与振源点最近的测点)与振源点的距离为0.3-1.0m ;用石膏粉将加速度传感器粘结在测点上，在振源点施加一个冲击载荷，采用振动信号采集仪记录传感器的振动波形；计算软弱夹层两侧岩体黏性系数的过程是:(I)对第m(m>l)个传感器记录的P波波形进行傅里叶变换得到其振幅谱，采用关系式I计算振幅谱曲线与频率坐标轴所围成的面积Spm ； (2)对第I个传感器记录的P波波形进行傅里叶变换得到其振幅谱，给定岩体黏性系数的初始值，初始值为0.05—0.2MPa.s,结合第一步测试得到的弹性模量、密度和泊松比，对振幅谱按照关系式2计算得到第m个测点的计算振幅谱，采用关系式I计算得到第m个测点的计算振幅谱与频率坐标轴所围成的面积Swm ； (3)不断增加岩体的黏性系数，计算Swm与Srii的差值的绝对值，绘制绝对值与黏性系数的关系曲线，在曲线上找出绝对值的最小值，最小值对应的黏性系数就是岩体的黏性系数；关系式I本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于子波波形变化规律的岩体软弱夹层弹性模量测试方法，包括以下步骤：第一步，测试软弱夹层两侧岩体的物理力学参数：采用钻弹性模量仪测试软弱夹层两侧岩体的弹性模量，采用现有常规方法测试软弱夹层及其两侧岩体的密度、泊松比；第二步，测试和计算软弱夹层两侧岩体的黏性系数：对于软弱夹层两侧岩性变化较大时，需在软弱夹层两侧分别选择表面平整的区域为测试区域；如果软弱夹层两侧岩性变化较小时，即认为两侧岩体力学参数相同，只需在其中一侧选择测试区域；在测试区域内布置1条直线测线，测线长度为1.5—4.5m，在测线上选定施加冲击载荷的振源点，在测线上选定2—4个测点；测点编号的原则是：以振源点为中心，由近及远从1开始依次编号，第1个与振源点最近的测点与振源点的距离为0.3—1.0m；用石膏粉将加速度传感器粘结在测点上，在振源点施加一个冲击载荷，采用振动信号采集仪记录传感器的振动波形；计算软弱夹层两侧岩体黏性系数的过程是：(1)对第m个传感器记录的P波波形进行傅里叶变换得到其振幅谱，m>1，采用关系式1计算振幅谱曲线与频率坐标轴所围成的面积SPm；(2)对第1个传感器记录的P波波形进行傅里叶变换得到其振幅谱，给定岩体黏性系数的初始值，初始值为0.05—0.2MPa.s，结合第一步测试得到的弹性模量、密度和泊松比，对振幅谱按照关系式2计算得到第m个测点的计算振幅谱，采用关系式1计算得到第m个测点的计算振幅谱与频率坐标轴所围成的面积SPjm；(3)不断增加岩体的黏性系数，计算SPjm与SPm的差值的绝对值，绘制绝对值与黏性系数的关系曲线，在曲线上找出绝对值的最小值，最小值对应的黏性系数就是岩体的黏性系数；关系式1SP=Σn=0n=∞AP(fn)Δf]]>关系式1中SP为P波振幅谱曲线与频率坐标轴所围成的面积，n为频率采样个数，AP(fn)为频率是fn时的振幅，Δf为采样频率步长；关系式2APjm(fn)=AP1(fn)exp(-ρE(2πfn)2(1+v)(1-2v)2(1-v)[E2+(2πfn)2η2][(1+(2πfn)2η2E2)1/2-1]Vl)]]>关系式2中APjm(fn)为频率是fn时第m个测点的计算P波振幅，AP1(fn)为频率是fn时第1个测点的P波振幅，fn为频率，ρ为密度，E为弹性模量，η为粘性系数，ν为泊松比，Δl为第1个与第m个测点间的距离；第三步，测试软弱夹层的弹性模量和黏性系数：沿待测试软弱夹层走向，选择能够反映软弱夹层力学特性的试验区段，试验区段要求表面相对平整；布置1条穿过软弱夹层的测线，测线长度为1.0‑3.0m，测线与软弱夹层走向的夹角为80°—90°；沿测线在软弱夹层两侧分别选择1—3个测点，测点编号的原则是：以振源点为中心，由近及远依次编号，第一个测点与冲击载荷振源点的距离为0.3—0.6m；用石膏粉将二分量加速度传感器粘结在测点上，一个分量沿软弱夹层走向布置，另一个分量垂直软弱夹层走向布置；施加冲击载荷的一侧称为入射侧，另一侧称为透射侧，振源点与软弱夹层的距离为0.5—1.0m，在入射侧施加冲击载荷产生应力波，采用振动信号采集仪记录测点的振动信号；第四步，建立应力波在软弱夹层的传播模型：应力波在穿过软弱夹层的传播过程具有三个方面的特点，(1)在有软弱夹层附近区域的岩体通常相对较发育，应力波在该类岩体的传播过程中，岩体对应力波振幅和相位具有明显的影响，应采用黏弹性力学模型描述软弱夹层及其两侧岩体；(2)应力波穿过软弱夹层时，其厚度对应力波相位的影响也是不可忽略的；(3)因软弱夹层具有一定的厚度，应力波在软弱夹层内的多重透射和反射现象对应力波传播具有重要影响；针对上述应力波穿过软弱夹层的三个特点，将软弱夹层及其两侧岩体考虑为黏弹性体，建立应力波在软弱夹层的传播模型；P波入射至软弱夹层时，分别采用关系式3计算应力波的透射系数和关系式4计算应力波的反射系数；SV波入射软弱夹层时，分别采用关系式5计算应力波的透射系数和关系式6计算应力波的反射系数；关系式3TPP=2PIIPI[(λII+2μII)PII+ω2M(λI+2μ1)P1+(λII+2μII)PII-KK]exp(PIIh)exp(-jωhCPJ)]]>关系式4RPP=(λI+2μI)PI[(λII+2μII)PII-K]+[(λII+2μII)PII+ω2M]K[(λII+2μII)PII+ω2M]K+[K-(λII+2μII)PII](λI+2μI)...
【技术特征摘要】
1.一种基于子波波形变化规律的岩体软弱夹层弹性模量测试方法，包括以下步骤: 第一步，测试软弱夹层两侧岩体的物理力学参数: 采用钻弹性模量仪测试软弱夹层两侧岩体的弹性模量，采用现有常规方法测试软弱夹层及其两侧岩体的密度、泊松比； 第二步，测试和计算软弱夹层两侧岩体的黏性系数: 对于软弱夹层两侧岩性变化较大时，需在软弱夹层两侧分别选择表面平整的区域为测试区域；如果软弱夹层两侧岩性变化较小时，即认为两侧岩体力学参数相同，只需在其中一侧选择测试区域；在测试区域内布置I条直线测线，测线长度为1.5-4.5m，在测线上选定施加冲击载荷的振源点，在测线上选定2—4个测点；测点编号的原则是:以振源点为中心，由近及远从I开始依次编号，第1个与振源点最近的测点与振源点的距离为0.3-1.0m ;用石膏粉将加速度传感器粘结在测...
【专利技术属性】
技术研发人员：王观石，龙平，胡世丽，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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