岩体爆破破坏深度的弹性波法检测方法

岩体爆破破坏深度的弹性波法检测方法

1爆破后岩体内部波速检测弹性波法检测岩石破坏的深度，是爆炸试验和岩石构造基面检验的主要方法之一。主要有跨空法、声波测井法及地震剖面法,其基本原理一致:以弹性波纵波波速观测值判断爆破破坏深度或基础岩体质量。《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(SL47-94)规定,依据声波发射及接收仪器的测量误差及一般岩体破坏规律,同部位岩体的爆破后波速与爆破前波速的变化率η>10%时判断为爆破破坏或基础岩体质量差。若只在爆后观测,可用观测部位附近原始状态岩体的波速作为爆破前波速,也可从观测资料的变化趋势和特点进行判断。在实际检测工作中,或声波测孔需钻深度较大,或爆后找孔及清孔困难,很难在同部位进行爆前爆后对比检测,一般将爆后预计破坏深度以外的同孔深部岩体声波波速作为爆前原始状态的波速,但由于岩体深部应力变化对波速的影响,岩体不同深度不同数量原有层面、节理、裂隙对波速的影响等,使得弹性波的传播特性及波速曲线十分复杂,比如孔口段波速较高、孔内深部波速较低等,这样就使判断破坏深度有一定的难度,容易产生较大误差及错误。爆破对岩体的破坏,一是由于爆破作用产生新的裂隙,分布范围较小,从残留钻孔附近表层可以观察得到;二是由于爆破作用引起岩体原有节理裂隙张开、错动或延伸。爆破对岩体的破坏主要表现为对原有结构面的影响。弹性波通过这些岩体新增及原有结构面间隙时,会产生波的反射及绕裂隙缺陷衍射,透射能量变小,致使传播速度及振幅降低。因此,弹性波法检测中必须分析岩体不同深度结构面的分布、产状特性,结合声波曲线具体分析,才能得出正确判断。三峡工程高边坡及地下洞室爆破开挖施工中进行了大量的声波测试,通过实际爆破参数统计及爆破效果分析,结合现场地质情况及岩体结构面特性,总结出较为合理及精确的结构面岩体爆破破坏深度分析方法。2破坏结构的性质和声波速度对声波的影响2.1结构面的表现特征岩体在形成过程中,长期经受建造和改造两大地质作用,生成各种不同类型的结构面,它决定了岩体的工程地质特性及其在外力作用下的变形破坏机理。结构面按成因可分为原生结构面、构造结构面和次生结构面,其中原生结构面因原岩成因可分为沉积结构面(层理及夹层)、岩浆结构面(侵入体及冷凝节理面)、变质结构面(片理及夹层);构造结构面可分为节理(X型节理、张性节理)、断层及层间错动面;次生结构面可分为卸荷裂隙、风化裂隙及夹层等。结构面的表述特征有结构面产状、连续性、密度、结构面形态、张开度、充填胶结特征等。结构面是岩体的显著特征之一,岩体因一定的结构面而分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构及散体结构,在弹性波检测工作中,现场必须记录这些特征的爆前爆后变化,它与爆破破坏特性及破坏深度判断相关。2.2爆炸对结构面的破坏特征以及干扰声波速度的影响2.2.1主岩结构面出现新生裂纹爆破对岩体的破坏之一表现为新生裂纹。在药包破坏圈内,爆破应力波或其在结构面上的反射叠加强度大于岩石动抗压或抗拉强度时,原岩中产生新生裂纹,但在建基面附近的爆破中,一般严格控制单响药量或采用不耦合装药,新生裂纹较少,多发生在炮孔壁及炮孔周围斜交的结构面薄弱处。爆破新生裂纹对声波波速的影响主要表现在声波测孔孔口段漏水、地质锤锤击发出空声或哑声、孔口段波速及波幅降低。2.2.2结构面破坏引起的波速持续下降结构面为岩体受力弱面,爆破对结构面的破坏主要表现为使原有裂纹延伸及扩展等,其破坏作用有应力波或其在结构面上的反射波叠加使之延伸、张开或压缩,也有在岩体中激起的弹性波振动使结构面张开或压缩、爆生气体对相连裂隙的尖劈作用。对强风化岩石而言,岩体结构面性状弱化,爆破破坏表现为岩体颗粒膨松,孔隙率增加,密度降低。原有结构面破坏对声波波速的影响主要表现在声波测孔孔内漏水、地质锤锤击发出空声或哑声、孔内波速降低。在实际测试中因部分孔段裂纹贯通而漏水,可直接引起弹性波波速及振幅降低,无法进行全孔测试。爆破对泥质夹层的压实作用,表现为弹性波波速及振幅增高。2.2.3爆破对围岩的影响爆破开挖高边坡形成与临空面近于平行的卸荷裂隙;洞室开挖在围岩拱肩部形成应力集中带,在顶部及两侧形成应力松驰带等,这些都影响结构面的张开或闭合。爆后因围岩应力重新分布形成的应力集中区,表现为弹性波波速及振幅增高。总之,在围岩的一定深度,认为爆破对岩体结构无影响,在考虑测孔底部一定荷载压力增加而引起的较小声波增加外,表现为弹性波波速及振幅与原始状态相同。结合地质情况,将孔内各段声波曲线进行对比,据此判定围岩爆破破坏深度。3在岩体声波速度的影响下的结构分析中3.1岩石高边坡立地条件分析,可建立以岩石高边坡爆破测试前应仔细了解爆区地质、地形特点,对岩石高边坡应了解其高差、坡度及施工方法、形成时间、已有破坏现象等,分析地质、地形特征与爆破破坏的相关度。3.2、通过测量现场爆炸参数了解爆炸破坏特征爆破参数直接与爆破破坏相关,包括孔深、孔排距、单孔药量、装药结构、起爆方式等,爆后及时了解抛距、块度、后裂范围等破坏现象。3.3基面或边坡不同高程的松驰经济带声波测孔应根据典型破坏现象确定,布置在炮孔底部建基面或边坡不同高程的松驰带上,避免应力集中区。如测试爆破对岩石结构面的影响时,应相应布置在结构面两侧的不同深度,测孔孔深应超过预计爆破破坏深度。3.4波图根据建基面岩体结构面产状及延伸规律,作出声波测孔地质剖面图,绘制孔深～波速图,两者之间有一定的对应关系。3.5相同层面的结构面波速降低值结构面发育岩体孔深～波速一般呈现复杂的曲线、折线,但结合地质、地形特征可以给出合理的解释及判断,其一般规律有:(1)若相同层面产状及数量的结构面在预计破坏深度以外的测孔深部与孔口段的声波波速降低值一致时,认为孔口段无破坏;若降低值大于10%则认为已破坏;(2)相同孔深、数目倍增的相同产状结构面对声波波速的影响降低值应为倍增关系;(3)随地应力增加,认为相同破坏程度的测孔深部比孔口段声波波速稍有增加。根据以上规律,对各孔深段作具体分析,可以得出较为合理的爆破影响深度。4简单的例子4.1孔测量配置在三峡工程永久船闸高边坡175m高程布置一组水平测孔,测试破坏深度,测孔深3m,孔距约2m,横剖面如图1。4.2声波测孔剖面图三峡工程永久船闸岩石为花岗岩,发育多组“X”型节理,其延伸性较好,长达几米至几十米,结构面闭合,部分矿物质胶结,根据结构面出露产状及延伸性,将其绘制在声波测孔剖面图上。该边坡采用深孔梯段爆破开挖,光面及预裂爆破形成边坡壁面,梯段高度约8m,炮孔壁少见爆破裂纹,上部边坡压重较高,地质锤敲击声清脆,孔内不漏水。4.3爆破破坏深度计算A～B孔孔底段(一组相交节理面)波速相近于B～C孔中部段及C～D孔孔口段波速时,认为C～D孔孔口段无破坏。A～B孔孔口段(单一节理面)波速相近于B～C孔口段及C～D孔孔底段波速时,认为A～B孔孔口段及B～C孔口段无破坏;综合以上数据及分析,得出该处爆破破坏深度在0.2m以下(孔内测点距)。如果不结合地质情况分析,各孔孔深～波速曲线十分复杂,A～B孔孔底段波速较低,且呈下降趋势,易于判断为孔底已破坏。岩石声波测试的其他方法也可针对孔内不同深度结构面处波速进行对比分析,得出其爆破破坏深度。5爆破破坏深度爆破对边坡及围岩岩体的破坏主要是对岩体结构面的破坏,当根据岩体结构面产状或岩体原有块度的统计规律可以确定结构面在声波