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专利名称：隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法
技术领域：
本发明涉及隧道工程或地下隧道工程勘察领域，尤其涉及一种隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法。
背景技术：
在铁路、公路和水利工程建设中越来越多地采用了隧道等地下工程。隧道等地下工程勘察期间要对隧道围岩进行勘察。目前，对隧道围岩进行外业勘察时，主要采用地质测绘和钻探等手段，以确定隧道围岩的岩性、结构、完整状态及其稳定性等基本因素，应用时会受到具体勘探人员的经验状况及野外勘察工作条件的局限性的影响，缺乏围岩岩体的物理力学数据等定量指标，因而， 使得勘探的结果与实际情况产生了一定的误差，进而影响了隧道围岩岩体级别的准确划分。因此，有必要提供一种隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法克服上述缺陷，以获得围岩岩体的弹性波速度等定量指标，使划分的围岩级别更准确，进而提高隧道施工的安全性，节省隧道的建设投资。

发明内容
本发明的目的是提供一种隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法，能准确测量出勘察或待施工的隧道的围岩岩体中弹性波的速度，从而使隧道围岩级别划分更准确，进而提高隧道的勘探质量和隧道施工的安全性。为了实现上述目的，本发明提供了一种隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法，包括如下步骤(1)通过检波器获取布置在测线上的第一炮点和第二炮点的弹性波时距曲线以及位于第一炮点和第二炮点之间的第三炮点和第四炮点的弹性时距曲线；( 计算第一炮点的弹性波时距曲线和第三炮点的弹性波时距曲线的平行段之间的时间差得到第一差值，并计算第二炮点的弹性波时距曲线与第四炮点的弹性波时距曲线的平行段之间的时间
差得到第二差值；(3)根据公式Γ = { + Δ2) + {t2 + Δ1)计算互换时间，其中，T为互换时间，
tl为当第一炮点激发产生弹性波时，位于第四炮点的检波器接收到折射波的时间，Δ2为第二差值，t2为当第二炮点激发产生弹性波时，位于第三炮点的检波器接收到折射波的时间，Δ 1为第一差值；(4)根据第一炮点的弹性波时距曲线、第二炮点的弹性波时距曲线和互换时间计算差数时间，对差数时间进行线性拟合生成差数时距曲线，并根据差数时距曲线的斜率获得弹性波速度。较佳地，所述步骤(1)之前还包括(11)在勘察隧道的山体上设置测线，在测线上布置多个检波器，在多个检波器的两端布置第三炮点和第四炮点，在测线两端的延长线上布置第一炮点和第二炮点，并满足位于第三炮点的检波器接收第一炮点激发产生的初至弹性波为折射波且位于第四炮点的检波器接收第二炮点激发产生的初至弹性波为折射波。可理解地，这样设置的第一炮点和第三炮点之间的距离以及第二炮点和第四炮点之间的距离均满足大于盲区，即保证了由第一炮点和第二炮点构成的大相遇观测系统能全部接收围岩的折射波，从而保证得到全排列的岩层弹性波速度。较佳地，第三炮点和第四炮点之间的距离为115米，第三炮点和第四炮点之间检波器的数量为M个。较佳地，所述步骤(1)具体为当第一炮点、第二炮点、第三炮点和第四炮点分别激发产生弹性波时，多个检波器分别测量弹性波到达各自检波器的时间，分别生成第一炮点的弹性波时距曲线、第二炮点的弹性波时距曲线、第三炮点的弹性波时距曲线和第四炮点的弹性波时距曲线。较佳地，所述步骤(4)具体为J41)根据公式Q(X) = T1 (X)-T2(X)+T计算差数时间，其中，X为检波器对应的排列序号，Q(X)为差数时间，T1(X)为当第一炮点激发产生弹性波时，多个检波器分别接收到弹性波的时间，T2(X)为当第二炮点激发产生弹性波时，多个检波器分别接收到弹性波的时间，T为互换时间，并对差数时间进行线性拟合生成差数时距曲线；02)计算差数时距曲线的斜率，根据公式Vj = 2k计算弹性波速度，其中，Vj为弹性波速度，k为差数时距曲线的斜率。与现有技术相比，根据公式r = (/1 + A2) ^ (/2 + A1)计算互换时间时，只需观测当第
一炮点激发产生弹性波时，位于第四炮点的检波器接收到弹性波的时间tl、当第二炮点激发产生弹性波时，位于第三炮点的检波器接收到弹性波的时间t2 ；计算第一炮点的弹性波时距曲线和第三炮点的弹性波时距曲线的平行段之间的时间差得到第一差值△ 1、计算第二炮点的弹性波时距曲线与第四炮点的弹性波时距曲线的平行段之间的时间差得到第二差值Δ2。这样，在实际外业观测过程不需要移动检波器的位置，以获得计算互换时间的数据，因而，本发明的隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法可节省外业勘探的观测时间并简化外业勘探的工作。另外，通过本发明的隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法获得的互换时间的精度高，从而使得通过互换时间计算得到的弹性波的速度和基岩埋深更精确，进而使得根据弹性波的速度划分的围岩的级别更准确，为隧道工程的勘察质量和隧道的施工的安全性提供了保证。通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。


图1为本发明隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法的主流程图。图2为本发明采用的二重时距曲线观测系统和差数时距曲线示意图。图3为通过本发明计算的弹性波速度与围岩类别的关系的示意图。
具体实施例方式现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。参考图1-2，本实施例隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法包括如下步骤步骤Si，在勘察隧道的山体上设置测线，在测线上每个排列布置M个检波器；步骤S2，在第1个检波器旁布置第三炮点03，在第M个检波器旁布置第四炮点04，在第三炮点03的左侧布置第一炮点01，在第四炮点04的右侧布置第二炮点，且第一炮点01和第二炮点02分别在第三炮点03、第四炮点04所在测线的延长线上，并满足位于第三炮点03的检波器接收第一炮点01激发产生的初至弹性波为折射波且位于第四炮点Q4 的检波器接收第二炮点02激发产生的初至弹性波为折射波；步骤S3，当第一炮点01、第二炮点02、第三炮点03和第四炮点04分别激发产生弹性波时二4个检波器分别测量弹性波到达各自检波器的时间并生成第一炮点的弹性时距曲线ti(x)、第二炮点的弹性时距曲线t2(x)、第三炮点的弹性时距曲线t3(x)和第四炮点的弹性时距曲线t4(x)；步骤S4，计算第一炮点的弹性波时距曲线Mx)和第三炮点的弹性波时距曲线 t3(x)的平行段之间的时间差得到第一差值Δ1 ；步骤S5，计算第二炮点的弹性波时距曲线与第四炮点的弹性波时距曲线的平行段之间的时间差得到第二差值Δ2 ；步骤S6，根据公式Γ = (η + Δ2) = (〖2 + Δ1)计算互换时间，其中，τ为互换时间，tl为
当第一炮点01激发产生弹性波时，位于第四炮点04的检波器接收到弹性波的时间，t2为当第二炮点02激发产生弹性波时，位于第三炮点03的检波器接收到弹性波的时间，Δ 1为
第一差值，Δ 2为第二差值，；步骤S7，根据公式Q(X) = T1(X)-T2UHT计算差数时间，其中，χ为检波器对应的排列序号且X的取值为自然数，Q(X)为差数时间，T1(X)为当第一炮点01激发产生弹性波时，24个检波器接收到弹性波的时间，T2 (χ)为当第二炮点02激发产生弹性波时，24个检波器测量的接收到弹性波的时间，T为互换时间，并对差数时间值进行线性拟合生成差数时距曲线q(x)；步骤S8,计算差数时距曲线q (χ)的斜率，根据公式Vj = 2k计算弹性波速度，其中， Vj为弹性波速度，k为差数时距曲线q(x)的斜率。具体地，图2中的标号I-M分别代表1道 M道检波器。在步骤Sl中，测线一般布置在勘察隧道山体的隧道中线上，弹性波探测以排列为测试单元，每个排列有M个检波器即M道，排列长115米，即第三炮点和第四炮点直接爱你的距离为115米，相邻两个检波器距离为5米。在计算得到弹性波速度\之后，则可结合隧道轨底标高确定围岩岩体弹性波速度 Vp，具体的确定方法如下当隧道轨底标高到隧道轨底标高上10米的岩体全为基岩时，取围岩弹性波速度Vp = \。当隧道轨底标高到隧道轨底标高上10米的岩体全部或部分为基岩风化层时，取围岩弹性波速度Vp = V' j,当隧道轨底标高到隧道轨底标高上10米的岩体全部或部分为土层时，取Vp = Vf。其中，Vj、Vj'、Vf分别为较完整基岩弹性波速度、基岩风化层弹性波速度、土层(覆盖层)弹性波速度。Vj'代表基岩风化层弹性波速度，这个速度值一般可从t3(x)、t4(x)时距曲线中得到，最好是在排列的12道与13道中布置第五炮点， 组成三重相遇观测系统，利用t5(x)与t3(x)、t4(x)的时距曲线组成的小相遇确定。具体是利用t5(x)与t3(x)、t4(x)的的小相遇的差数时距曲线确定Vj'值。如图3所示，围岩弹性波速度Vp与围岩类别W的相关关系如下(1)碳酸盐岩类(灰岩、灰岩夹页岩、白云岩、白云岩夹页岩)，它的相关曲线近似
权利要求
1.一种隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法，包括如下步骤(1)通过检波器获取布置在测线上的第一炮点和第二炮点的弹性波时距曲线以及位于第一炮点和第二炮点之间的第三炮点和第四炮点的弹性时距曲线；(2)计算第一炮点的弹性波时距曲线和第三炮点的弹性波时距曲线的平行段之间的时间差得到第一差值，并计算第二炮点的弹性波时距曲线与第四炮点的弹性波时距曲线的平行段之间的时间差得到第二差值；(3)根据公式Γ=0+ Δ2;^《2 + Δ1)计算互换时间，其中，T为互换时间，tl为当第一炮点激发产生弹性波时，位于第四炮点的检波器接收到折射波的时间，Δ2为第二差值，t2为当第二炮点激发产生弹性波时，位于第三炮点的检波器接收到折射波的时间，Δ1为第一差值；(4)根据第一炮点的弹性波时距曲线、第二炮点的弹性波时距曲线和互换时间计算差数时间，对差数时间进行线性拟合生成差数时距曲线，并根据差数时距曲线的斜率获得弹性波速度。
2.如权利要求1所述的隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法，其特征在于，所述步骤 (1)之前还包括(11)在勘察隧道的山体上设置测线，在测线上布置多个检波器，在多个检波器的两端布置第三炮点和第四炮点，在测线两端的延长线上布置第一炮点和第二炮点，并满足位于第三炮点的检波器接收第一炮点激发产生的初至弹性波为折射波且位于第四炮点的检波器接收第二炮点激发产生的初至弹性波为折射波。
3.如权利要求2所述的隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法，其特征在于，第三炮点和第四炮点之间的距离为115米，第三炮点和第四炮点之间检波器的数量为M个。
4.如权利要求1所述的隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法，其特征在于，所述步骤 ⑴具体为当第一炮点、第二炮点、第三炮点和第四炮点分别激发产生弹性波时，多个检波器分别测量弹性波到达各自检波器的时间，并分别生成第一炮点的弹性波时距曲线、第二炮点的弹性波时距曲线、第三炮点的弹性波时距曲线和第四炮点的弹性波时距曲线。
5.如权利要求1所述的隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法，其特征在于，所述步骤具体为(41)根据公式Q(X)= T1(X)-T2UHT计算差数时间，其中，χ为检波器对应的排列序号，Q(x)为差数时间，T1(X)为当第一炮点激发产生弹性波时，多个检波器分别接收到弹性波的时间，T2(X)为当第二炮点激发产生弹性波时，多个检波器分别接收到弹性波的时间，T 为互换时间，并对差数时间进行线性拟合生成差数时距曲线；(42)计算差数时距曲线的斜率，根据公式Vj= 2k计算弹性波速度，其中，Vj为弹性波速度，k为差数时距曲线的斜率。
全文摘要
本发明公开了一种隧道围岩岩体弹性波速度的探测方法，包括如下步骤通过检波器获取第一炮点、第二炮点、第三炮点和第四炮点的弹性波时距曲线；计算第一炮点和第三炮点的弹性波时距曲线的平行段之间的时间差得到第一差值，并计算第二炮点与第四炮点的弹性波时距曲线的平行段之间的时间差得到第二差值；根据公式计算互换时间；以及根据第一炮点的弹性波时距曲线、第二炮点的弹性波时距曲线和互换时间计算差数时间，生成差数时距曲线，并根据差数时距曲线的斜率获得弹性波速度。本发明的方法能准确测量出待勘察隧道的围岩岩体中弹性波的速度，从而使划分的围岩级别更准确，进而提高隧道施工的安全性，节省隧道的建设投资。
文档编号G01H5/00GK102435295SQ20111026325
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者刘铁, 周柏林, 张践, 曹哲明, 朱正国, 李凯, 林昀, 王词 申请人:中铁第四勘察设计院集团有限公司