【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩土工程，具体涉及一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法。
技术介绍
1、随着我国社会经济发展与基建建设水平的日渐提高，各项目对施工工艺、安全标准以及项目进度的要求越来越高，钻探作为传统勘察与检测的手段，在作业效率、精确程度、管理模式以及成果利用等方面亟待革新。存在勘察现场人工与机械的信息化管理尚未实现，以至于工作效率低下的问题。
2、传统钻探手段对于当前进尺位置的测量多以量数钻杆来实现，这种方法既效率低下，同时出错概率也较大，以致难以准确判断地层的变层位置。此外当多台钻机同时施工时，现场技术人员通常难以顾全全部钻机，导致勘察的外业工作质量下降。存在钻探过程中实时孔深难以准确测量问题。
3、对于岩土体剪切波速测试，当前行业内通常采用孔内布设检波器配合孔口位置人孔制造震源来进行测试，该方法需要不停变换检波器深度并进行人工敲击，效率较低。存在岩土工程勘察中剪切波速测试程序复杂且效率较低的问题。
4、目前行业内厚填土地基的勘察与检测手段较匮乏，并且精度参差不齐，脱离钻探的情况下通常难以准确判断厚填土的空间分布与均匀性。
技术实现思路
1、针对岩土工程勘察中剪切波速测试程序复杂且效率较低、钻探过程中实时孔深难以准确测量的问题，本专利技术提供了一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
3、一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，所述方法
4、步骤1：钻探微震检波器布设；安装布设钻探微震检波器、采集器、钻机及操控仪；
5、步骤1.1：检波器围绕钻孔布设，且检波器数量不少于5个；
6、步骤1.2：检波器布设方式有水平方向布设和垂直方向布设；其中：
7、水平方向布设：检波器围绕钻孔不等距不对称布设，每个检波器距钻孔距离不小于钻探目标孔深的2倍，最大不超过3倍，水平方向上相邻检波器最小距离不小于钻探目标孔深的1.5倍；
8、垂直方向布设：垂直方向上相邻检波器之间的高程差不小于相邻检波器水平距离较大值的1/100；
9、步骤1.3：检波器埋设方式：距离地表各检波器底面埋设深度不小于0.5m，底部安设于稳定地层界面上，确保检波器整体垂直于水平面，上部接电缆出地面，采用均匀性较好的素土回填至与周边地面齐平后，将电缆与采集器相连；
10、所述底部坑底为土体时用尾针，底部坑底为岩体时用钢板；
11、步骤1.4：钻机就位后及检波器安设过程中，采用测量设备测量各检波器空间坐标及钻孔平面坐标。
12、步骤2：开始监测；安装布设完成后，启动钻机并开始进尺，同时开启安装布设好的设备进行实时监测；
13、步骤3：采集传输钻探源微震信号；检波器采集原始信号并通过有线方式传输至采集器，采集器将原始信号持续汇总至操控仪；其中，所述采集器使用的网络为4g或wifi网络；采集器可设置采样频率，采样频率取值为50hz～250hz；
14、步骤4：按抽取间隔抽取原始信号；对操控仪进行操作，设定对原始信号的抽取间隔，按抽取间隔抽取当前时长与抽取间隔相同的原始信号；其中，所述抽取间隔为1min、2min、3min；
15、步骤5：钻探源微震信号处理；
16、步骤5.1：截取信号：按采样段长将抽取信号截取为多组信号，整个检波器序列的同时段信号为一组；所述采样段长为512、1024、2048、4096；
17、步骤5.2：初次滤波：对各组截取信号进行初次滤波，滤波方式采用fir带通滤波，现场设置带通滤波低通门限为2～20hz，高通门限为50～100hz，门限参数根据钻探过程主要涉及岩土体类型进行选择，岩体为主取高值，土体为主取低值；
18、步骤5.3：自相关判别：利用自相关矩阵法对各组初次滤波信号中的各检波器分段信号进行自相关系数求解，大于阈值判定为有效信号，阈值取值为0.65～0.95，设定阈值根据背景噪声干扰程度及要求反演精度选择，干扰较大与要求精度较高时取高值。
19、步骤5.4：二次滤波：采用快速傅里叶变换将各组有效信号从时间域信号转化为频率域，找到幅值最大值的对应频率为信号主频；同组有效信号主频采用各检波器分段信号主频的平均值，将该组滤波信号进行主频±1hz的二次滤波，滤波方式采用fir带通滤波。
20、步骤5.5：拾取到时：在各组时间域二次滤波信号中，拾取各检波分段信号最大幅值对应时刻为到时；
21、步骤6：进尺深度及视剪切波速反演；
22、步骤6.1：基础数据导入：将上述步骤得到的各组到时与其对应检波器空间坐标数据进行整合，将整合数据连同钻孔平面坐标导入最优化计算程序中；
23、步骤6.2：目标参数反演：基础数据导入后，以组为单位使用双差定位法反演进尺深度与视剪切波速，利用最优化算法将目标函数值迭代至最小值，目标函数采用走时残差函数，最优化算法采用粒子群算法；
24、步骤7：深度-波速域散点成图与监测；
25、步骤7.1：根据上述步骤各组到时反演所得的进尺深度与视剪切波速结果，以深度为纵轴，波速为横轴，绘制为散点图；
26、步骤7.2：利用拟合算法在图上进行散点中心点拟合，获取中心点对应的进尺深度与视剪切波速为该抽取信号的最终反演结果；拟合算法采用k-means聚类算法。
27、步骤7.3：将最终反演结果绘制于深度-波速域实时监测图上，获得当前抽取间隔内钻探源微震反演进尺深度与对应深度地层的视剪切波速；
28、步骤7.4：监测过程中，根据监测目的、钻进过程及现场条件等实际情况判断是否需要继续监测，当需要继续监测，则流程回到步骤4，否则流程进入步骤8；
29、步骤7.5：每抽取间隔获得1次进尺深度-视剪切波速反演成果，随着钻机的持续钻进，逐步形成自浅至深的地层视剪切波速分层信息及实时钻机进尺深度，实现进尺深度与视剪切波速的实时监测；
30、步骤8：结束监测。当当前钻孔进尺结束，停止监测并关闭设备，或根据需要自行结束监测。
31、与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
32、(1)可节省传统剪切波速测试所花费的成本；
33、(2)可现场精准判别钻探地层变层位置，为后期工作节省工作量；
34、(3)可实时监测钻探进尺深度，准确统计实际工作量，提高现场技术人员工作效率；
35、(4)目前行业内对于厚填土地基的勘察与检测手段较匮乏，本专利技术可利用钻探源对深度范围内的厚填土地基进行勘察与检测。
36、本专利技术可配合钻探手段广泛应用于各类岩土工程勘察，可准确且实时判定钻探进尺深度，同时能够提供变层位置与岩土体视剪切波速，定性并初步定量判别勘察范围内岩土体物理力学性质，并且可利用钻探源对深度范围内的厚填土地基进行勘察与检测。既节约了剪本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤1：钻探微震检波器布设；安装布设钻探微震检波器、采集器、钻机及操控仪；具体操作为：
3.根据权利要求2所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤3：采集传输钻探源微震信号；检波器采集原始信号并通过有线方式传输至采集器，采集器将原始信号持续汇总至操控仪；其中，所述采集器使用的网络为4G或WIFI网络；采集器可设置采样频率，采样频率取值为50Hz～250Hz。
4.根据权利要求3所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤4：按抽取间隔抽取原始信号；对操控仪进行操作，设定对原始信号的抽取间隔，按抽取间隔抽取当前时长与抽取间隔相同的原始信号；其中，所述抽取间隔为1min、2min、3min。
5.根据权利要求4所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤5：钻探
6.根据权利要求5所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤6：进尺深度及视剪切波速反演的具体操作为：
7.根据权利要求6所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤7：深度-波速域散点成图与监测的具体操作为：
8.根据权利要求7所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤8：结束监测的具体操作为：当当前钻孔进尺结束，停止监测并关闭设备，或根据需要自行结束监测。
...【技术特征摘要】
1.一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤1：钻探微震检波器布设；安装布设钻探微震检波器、采集器、钻机及操控仪；具体操作为：
3.根据权利要求2所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤3：采集传输钻探源微震信号；检波器采集原始信号并通过有线方式传输至采集器，采集器将原始信号持续汇总至操控仪；其中，所述采集器使用的网络为4g或wifi网络；采集器可设置采样频率，采样频率取值为50hz～250hz。
4.根据权利要求3所述的一种基于钻探震源及微震监测技术的岩土工程勘察方法，其特征在于，所述步骤4：按抽取间隔抽取原始信号；对操控仪进行操作，设定对原...
【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，陈友明，张飞，武波，赵亮，李晶晶，杨泽进，
申请(专利权)人：煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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