不同周期气压波对钻孔体应变仪观测结果的影响

体应变观测干扰分析作者：李章李本有曹志磊严吉程文坤谭笑来源：《科技资讯》2021年第19期摘要：体应变观测是地壳应力应变状态及其变化规律的重要研究手段。

该文整理、分析黄山台体应变历年观测资料发现，体应变日变明显，固体潮清晰，但受自然环境干扰较大，与降雨、水位呈现正相关性;与气压相关系数达0.9以上，同时也受到观测系统稳定性的影响。

通过总结干扰因素和对应变化特征，希望给其他体应变观测台站提供参考资料。

关键词：体应变干扰相关系数固体潮中图分类号：P315 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）07（a）-0057-03Abstract： Volume strain observation is an important means to study the state and variation law of crustal stress and strain. This paper collates and analyzes the body strain observation data of Huangshan Station over the years. It is found that the daily variation of body strain is obvious and the solid tide is clear， but it is greatly disturbed by the natural environment， which is positively correlated with rainfall and water level; the correlation coefficient with air pressure is more than 0.9. It is also affected by the stability of the observation system. By summarizing the interference factors and corresponding variation characteristics， it is hoped to provide reference data for other volumetric strain observation stations.Key Words： volume strain; Interference; Correlation coefficient; Earth tide鉆孔体应变观测是地壳应力应变状态及其变化规律的重要研究手段，是观测地壳应变微小连续变化的重要前兆观测仪器。

洞体应变及钻孔应变的应变潮汐参数解
算结果对比分析
洞体应变及钻孔应变是地质勘探中常用的技术手段，它们可以用来测量地层的应变参数，从而更好地了解地层的物理性质。

本文将对洞体应变及钻孔应变的应变潮汐参数解算结果进行对比分析。

洞体应变是指在洞体内部测量应变参数的方法，它可以用来测量地层的应变参数，包括应变潮汐参数。

洞体应变的应变潮汐参数解算结果可以更准确地反映地层的应变参数，因为它可以更好地反映地层的实际情况。

钻孔应变是指在钻孔内部测量应变参数的方法，它可以用来测量地层的应变参数，包括应变潮汐参数。

钻孔应变的应变潮汐参数解算结果可以更准确地反映地层的应变参数，因为它可以更好地反映地层的实际情况。

从上述分析可以看出，洞体应变及钻孔应变的应变潮汐参数解算结果都可以更准确地反映地层的应变参数，但是洞体应变的应变潮汐参数解算结果更准确，因为它可以更好地反映地层的实际情况。

因此，在地质勘探中，应优先考虑洞体应变的应变潮汐参数解算结果。

文章编号:1006 2610(2019)06 0052 03钻孔与平硐的声波、弹性模量测试成果对比分析李钰强1,2,张靖宇1,2(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安　710065;2.高边坡与地质灾害研究治理分中心,西安　710065)摘　要:在水电工程中利用平硐进行弹性波测试和弹性模量㊁变形模量测试,计算岩体的完整性系数和弹性模量,为判断岩体质量提供可靠依据㊂近年来在钻孔中进行钻孔声波和弹性模量测试,同样获取测试成果,但两者获取的数据经常出现偏差较大㊂通过对平硐测试成果和钻孔测试成果对比分析,查找原因,合理利用测试成果进行岩体质量分类㊂关键词:岩体质量;声波测试;完整性系数;弹性模量中图分类号:TU459.3 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1006-2610.2019.06.012Comparative Analysis of Sonic and Elastic Modulus Test Results of Borehole and AditLI Yuqiang 1,2,ZHANG Jingyu 1,2(1.PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited ,Xi'an　710065,China ;2.Sub-center of Research and Treatment of High Slope and Geological Hazard ,Xi'an　710065,China )Abstract :Adit is used in hydropower engineering to perform the elastic wave test and the elastic and deformation modulus tests ,to calcu⁃late the integrity coefficient and elastic modulus of the rock mass and to provide a reliable basis for judging the quality of the rock mass.In recent years ,sonic and elastic modulus tests have been performed in boreholes ,and the test results have also been obtained ,but the data obtained from the borehole and the adit often have great deviation.Through comparative analysis of the results obtained from the adit test and the borehole test ,the paper intends to find out the reason that caused the great deviation and reasonably apply the test results inclassification of the rock mass.Key words :rock mass quality ;sonic test ;integrity coefficient ;elastic modulus 收稿日期:2019-04-25 作者简介:李钰强(1981-),男,甘肃省庄浪县人,高级工程师,主要从事工程地质勘察设计工作.1　岩体完整性系数和弹性模量的确定工程岩体质量是复杂岩体工程地质特性的综合反映㊂它不仅客观地反映了岩体结构固有的物理力学特性,而且为工程稳定性分析㊁岩体的合理利用及正确选择各类岩体力学参数等提供了可靠的依据[1]㊂岩体完整性系数是一个与岩体质量和强度有关的参数,很多工程岩体质量评价方法中,都将岩体完整性系数作为影响岩体质量的一个重要指标[2-3]㊂平硐洞壁弹性波测试计算岩体完整性系数,若岩块与岩体分别采用不同类型的纵波速度是不合理的,应根据不同情况对岩块或岩体波速进行修正;对于钻孔声波,由于其测试范围小(更接近岩块),应对其进行修正,然后再计算岩体完整性系数[4]㊂岩体变形模量是岩体工程设计最重要的参数之一,取值一般通过以下途径:①原位试验,如膨胀试验㊁平板载荷试验㊁扁铲试验等;②经验关系方法,如通过岩体质量分类或通过某项地质指标建立起与岩体变形模量的关系;③通过地球物理(通常是地震波速测试)方法计算;④通过等效连续模型计算岩体变形模量[5-6]㊂在水电工程中,一般可以通过平硐的物探测试成果计算,或者在平硐中直接进行弹性模量试验㊂随着钻孔综合勘察技术的应用,在钻孔中进行弹性模量测试成为一种有效的手段㊂25李钰强,张靖宇.钻孔与平硐的声波㊁弹性模量测试成果对比分析===============================================2　钻孔声波和钻孔弹性模量钻孔声波是以仪器发射高压脉冲的方法向介质发射声波,在一定的空间距离上在孔壁附近岩体中传播并由接收仪器接收,通过分析声波在不同介质中的传播速度㊁振幅㊁频率等声学参数,从而确定岩石的完整性系数[7-8]㊂钻孔法较灵活,费用最低,可利用地质勘探孔进行测试,覆盖面较大,测试深度较深,数据较多,通过统计分析可以获得最接近现场特性的数据,利用弹性模量,反算出岩体的纵向波速,并计算岩体的完整性系数㊂3　工程实例分析在某工程坝址区左右岸分别利用平硐和钻孔进行了声波测试和弹性模量测试,测试岩性为片麻岩,中硬~坚硬岩,对钻孔和平硐获取的声波波速及弹性模量进行对比分析㊂3.1　钻孔声波与平硐弹性波计算K v 系数对比分析孔1为垂直孔,深度130.6m,其中强风化深度6m,弱风化深度28.5m;在深度14~90m 段进行了声波测试,最大波速6250m /s,最小波速4440m /s,平均波速5707m /s㊂孔2为水平孔,深度102.2m,卸荷深度2.5m,弱风化深度26.6m;在2.0~99m 段进行了声波测试,最大波速为6670m /s,最小波速2780m /s,平均波速5507m /s(图1为两孔声波测试曲线图)㊂图1　钻孔声波曲线图 从图1中可看出,除了个别段波速较小外,大部分岩体声波波速大于5000m /s㊂如果将最大声波波速视为最为完整岩块的波速,则孔1的完整性系数K v =0.17~1.0,平均值为0.68,其中弱风化段K v =0.36~0.94,平均值为0.68,微风化段完整性系数K v =0.17~1.0,平均值为0.69㊂孔2的完整性系数K v =0.44~0.88,平均值为0.73,其中弱风化段K v =0.49~0.88,平均值0.69,微风化段K v =0.44~0.88,平均值为0.76㊂按照国标岩体完整性系数K v 分类[9],两孔岩体完整性为完整性较差~完整岩体㊂而根据左岸平硐弹性波波速测试分析(见图2),完整岩块的波速为5000m /s,弱风化岩体的纵波速度在2010~2900m /s 之间,平均值2738m /s,则完整性系数为0.16~0.34,岩体较破碎;微风化片麻岩纵波速度在3200m /s 以上,完整性系数在0.41以上,岩体完整性较差㊂从钻孔声波和平硐声波对比分析,钻孔声波明显比平硐声波波速大,如果以钻孔声波最高值作为完整岩体的波速,平硐岩体的完整性系数为0.09~0.23,弱风化岩体为破碎,微风化岩体为较破碎;如果以钻孔声波的平均值做为完整岩块的弹性波,则图2　左岸平硐弹性波综合测试图平硐中弱风化岩体的完整性系数为0.13~0.28,微风化岩体的完整性系数为0.34,岩体仍然为破碎~较破碎,显然和现场实际岩体不符㊂所以不能直接利用钻孔的声波作为平硐完整岩块的波速,必须进行修正㊂钻孔声波的平均值5500m /s,而平硐测试的完整岩块波速为5000m /s,其修正系数为0.91㊂按照修正系数对钻孔声波进行修正,修正后钻孔的完整性系数0.1~0.83,除了个别段岩体破碎外,大部分岩体为较完整岩体,与钻孔岩芯的完整程度基本35西北水电㊃2019年㊃第6期===============================================一致㊂3.2　弹性模量对比分析本次弹性模量分别从平硐物探波速计算㊁钻孔中弹性模量测试及平硐定点弹性模量试验3种方式分别获取了弹性模量值,但三者之间数值有一定的差异㊂左岸平硐内,根据原始记录读取纵㊁横波旅行时间后,通过相遇时距曲线之差数时距曲线x (θ),计算获得纵波速度V p 和剪切波速度V s ,然后根据下式计算出泊松比μ㊁动弹性模量E d 值[10]:μ=V 2p -2V 2s2(V 2p -2V 2s )(1)E d =V 2p ㊃ρ(1+μ)(1-2μ)1-μ(2) 根据弹性波测试成果,利用公式(1)㊁(2)计算出平硐内岩体动弹模量,共5段,其中0~10m 为较破碎岩体,弹性模量值为11.58GPa,10~50m 段岩体较完整或完整性较差,弹性模量值16.84~45.18GPa,平均值24.18GPa㊂如果采用公式(1)和公式(2),利用钻孔声波波速计算岩体的动弹模量,计算结果37.88~75.07GPa,平均值62.89GPa;利用修正的钻孔波速,计算结果31.37~62.16GPa,平均值51.83GPa㊂从上述计算成果可以看出,利用声波及修正的声波计算弹性模量成果明显高于平硐弹性波测试计算的成果,且二者之间没有明显的相关性㊂岩体变形试验是对岩体反复加荷与卸荷条件下的一种变形试验手段,因岩体性质属于非完全弹性体,即同时存在弹性变形和塑性变形㊂在左岸的平硐内进行了岩体变形试验,计算出岩体的弹性模量为16.42~23.28GPa,平均值20.09GPa,与平硐弹性波测试计算出的弹性模量值基本一致㊂而在右岸钻孔中进行的弹性模量测试,按下式计算[11]:E =K ㊃D ㊃B ㊃T (μ,β)㊃ΔP /Δd(3)式中:K 为三维问题的影响系数和设计标定系数之积;D 为钻孔直径,mm;测试钻孔的实际直径;B 为压力传递系数;ΔP 为压力增量,MPa;Δd 为位移变形增量,mm;T (μ,β)为与承压板角度(接触孔壁时圆周角大小为45°)和岩体泊松比有关的系数㊂按照公式(3)计算,孔1的弹模测试范围为5.0~90.0m,弹模变化范围为12.04~25.74GPa;孔2钻孔弹模测试范围为12~90.0m,弹模变化范围为12.0~24.84GPa㊂其中卸荷带的弹性模量为11.99~13.02GPa,其余段平均值为21.59GPa㊂因此,有条件进行现场弹性模量的工地,尽可能采用现场试验,其结果真实㊁准确,没有条件进行现场弹性试验的工地,可以利用平硐弹性波计算弹性模量,或者在钻孔中进行弹性模量测试㊂3.3　原因分析钻孔和平硐施工对岩体的扰动相差较大,且声波的传播受介质影响㊂声波速度大小会受外界条件影响,一是钻孔声波必须是在有耦合剂条件下使用,耦合方法对声波的波速影响较大;二是声波测试所采取的频率不一样,测试结果有明显的差异性;三是岩体的结构面及层面的影响,沿长大结构面或者层面传播,声波传波速度比切层高;四是岩层中矿物的定向排列㊁颗粒粒径对波速传导的影响;五是测试岩体围岩应力分布及应力状态㊂平硐开挖受爆破影响,表部岩体处于松弛状态,形成应力松弛圈,测试得到的弹性波受应力松弛影响大;钻孔中虽然也存在应力松弛圈,但由于钻孔钻进过程中震动小,且钻孔为圆形状,应力状态比平硐好,声波波速比弹性波波速大,但因二者都存在离散性,目前还没有二者之间的直接换算关系,对此需进一步研究㊂利用弹性波计算岩体的弹性模量和现场弹性模量试验,符合开挖后岩体的特征;钻孔中进行的弹性模量试验,更接近于岩体原始的弹性状态㊂平硐弹性波测试和现场试验,受岩体爆破应力松弛圈影响,试验值差别较大㊂从工程建设安全性分析,现场试验和平硐弹性波测试更符合开挖实际状态,可靠性更好㊂4　结　语可以利用钻孔声波波速计算岩体的完整性系数,但需要进行修正;钻孔中直接测试取得的弹性模量值与平硐内试验值基本一致,可以利用钻孔进行弹模量试验,但不能直接利用钻孔声波计算岩体的弹性模量,二者目前没有直接的相关性,需进一步研究㊂本次试验是在坚硬岩体中进行,需进一步研究钻孔声波与弹性模量测试在软弱岩中的适用性㊂(下转第57页)45李钰强,张靖宇.钻孔与平硐的声波㊁弹性模量测试成果对比分析===============================================cm,远小于 IMU /GPS 辅助航空摄影技术规范”[7]中限差㊂图3　优化前像控点布设图(114个)图4　优化前像控点布设图(58个)3.3　缩减像控点前后精度分析在作业中,使用GNSS 动态RTK 技术现场采集70个检查点,用于立体像对定向精度检查㊂同一套航摄影像数据和像控点成果,光束法区域网解算时按机载差分GNSS 数据是否作为观测值参与平差计算分2种方案,平差精度和检查结果如表2所示㊂表2说明:使用机载差分GNSS 作业后,像控点数量可减少49%,采用同批实测检查点检查,像控点精度满足规范要求㊂表2　无人机差分设备使用前后像控点数量与定向点中误差对比表4　结　语本项目采用无人机差分设备后顺利完成了工作,并对成果精度进行了检查㊂对项目实际测绘作业中的2套像控点布设办法进行了实际测试及测图精度对比㊂在地形平坦地区1∶2000测图中,采用无人机差分系统在确保地形图高程和平面测量精度的前提下可减少49%像控点数量,节省了现场开支成本和缩短了项目工期,在地面像控工作难度大的地区,效果尤为显著㊂但机载差分设备在各类地形的像控点数量缩减量仍需要根据不同的地形和地面纹理测区进一步测试㊂参考文献:[1]　范祥玉,赵建.无人机测量技术在地形测量方面应用前景分析[J /OL].城市建设理论研究,2015(15)[201901-02]ht⁃tp:// /p-0803167609569.html.[2]　焦旺,刘凯.无人机航测在亭口水库1∶500地形测量中的应用[J].西北水电,2016(01):23-26.[3]　低空数字航空摄影规范:CH /Z 3005-2010[S].北京:测绘出版社,2010.[4]　赵海,韩祖杰.应用差分GPS 技术的铁路航测成图方案[J].地理信息空间,2010,8(3):15-16.[5]　尚海兴.无人机航摄自动化处理系统设计[J].西北水电,2018(05):35-38.[6]　周忠谟,易杰军.GPS 卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1992.[7]　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.IMU /GPS 辅助航空摄影技术规范:GB /T 27919-2011[S].北京:中国标准出版社,2012. (上接第54页)参考文献:[1]　陈吕彦,王贵荣.各类岩体质苗评价方法的相关性探讨[J].岩石力学与工程学报,2002,21(12):1894-1900.[2]　中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘察规范:GB50487-2008[S].北京:中国计划出版社,2009.[3]　中华人民共和国建设部.水力发电工程地质勘察规范:GB50287-2016[S].北京:中国计划出版社,2016.[4]　段世委,许仙娥.岩体完整性系数确定及应用中的几个问题探讨[J].工程地质学报,2013,21(04):548-553.[5]　宋彦辉,巨广宏,孙苗.岩体波速与坝基岩体变形模量关系[J].岩土力学,2011,32(05):1507-1512.[6]　任海翔,赵安宁.应用声波法测试坝基开挖对岩体特性的影响[J].西北水电,2006(03):10-11.[7]　谢孔金,王霞,刘全峰.声波测井技术在工程岩体围岩分级中的应用[J /OL].建筑科技与管理,2009(02).[8]　邱锴.声波测井技术在水利工程中的应用[J].西北水电,2016(06):27-30.[9]　中华人民共和国住房和城乡建设部.工程岩体质量分级标准:GB /T50218-2014[S].北京:中国计划出版社,2015.[10]　周黎明,肖国强,尹健民.巴昆水电站发电洞开挖松动区岩体弹性模量测试与研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(S2):3971-3975.[11]　邓伟杰,路新景,方后国.钻孔弹模测试技术的应用研究[J].长江科学院院报,2012,29(08):67-71.75西北水电㊃2019年㊃第6期===============================================。

第31卷第1期2011年2月大地测量与地球动力学JOURNAL OF GEODESY AND GEODY NAM I CSVol.31No.1　Feb.,2011 文章编号:167125942(2011)0120034206钻孔应变观测影响因素的数值模拟分析3李玉江　陆远忠　陈连旺　詹自敏　叶际阳(中国地震局地壳应力研究所,北京　100085)摘　要　利用有限元数值模拟方法,研究在非均匀地应力作用下,钻孔开挖前后区域应力场的变化特征,并探讨钻孔开挖后岩石、水泥、探头的弹性模量、泊松比及水泥的厚度与膨胀系数的变化对分量应变及面应变观测的影响。

研究结果表明:钻孔开挖造成区域应力场扰动的范围大概为1.5倍孔径。

在“探头2水泥环2围岩”系统中,各参数的变化对应变观测的影响程度不同,但分量应变对外界载荷的响应趋势基本一致。

在均匀地应力作用下,水泥厚度对应变的影响与水泥的弹性模量有关,且随着水泥膨胀系数的增加,面应变存在减小的趋势。

关键词　分量应变;应力场;弹性模量;面应变;数值模拟中图分类号:P315.72;TH762 文献标识码:ANUM ER ICAL S IM ULAT IO N O F AFFECT I NG FACTO RS O NBO REHOL E STRA I N2M ETER O BSERVAT IO NL i Yujiang,Lu Yuanzhong,Chen L ianwang,Zhan Zim in and Ye J iyang(Institute of C rustal D ynam ics,CEA,B eijing　100085)Abstract　On the basis of the“casing2ce ment sheath2f or mati on”syste m,the three di m ensi onal finite ele ment model was built.W ith this model,and under the non2unif or m stress conditi ons,the stress change characteristics before and after the borehole drilling were studied and the effects of the changes of the elastic modulus of the r ock, ce ment and s onde casing,the Poiss on rati o,the cement thickness and the expansi on coefficient of the syste m on the component strain and p lane strain after drilling were inquired as well.The results indicate that the influence inci2 dence fr om the borehole drilling is p r obably1.5ti m es as big as the aperture.The influence of each para meter’s change on the strain is different,whereas the component strain res ponse trend t o the exteri or l oad is p ri m arily alike. O ther wise,under the unif or m stress conditi ons,the effect of the ce ment thickness on the strain is related t o the ce2 ment elastic modulus,but the p lane strain is of negative correlati on with the expansi on coefficient.Key words:co mponent strain;stress field;elastic modulus;p lane strain;numerical si m ulati on1　引言以GPS为主要手段的“中国地壳运动观测网络”对中国大陆长周期、大范围的形变实现了监测,但对短期连续地壳形变的监测还无法实现。

天山中段2次6级地震前钻孔应变高频异常分析
斯琴;关冬晓;王斌;郭春生
【期刊名称】《地震工程学报》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】2014年以来,天山中段分量钻孔应变仪空前增多,这些高采样率的应变观测资料蕴含着丰富的构造信息。

如何从高采样率观测资料中提取有效的前兆异常信息,是分析研究人员亟待解决的问题。

文章通过对天山中段分量钻孔应变观测数据进行S变换和超限率分析发现,在天山中段2次6级地震前有5套应变资料出现高频信息异常。

这些异常均在震前出现,随后达到峰值,临震前或地震后衰减,其中短周期异常信号主要集中在10~720 min频段,且S变换与超限率分析结果具有很好的同步性。

结合精河地震震源区及附近的GPS分析结果,发现高频异常信息的分布与该地区地壳运动场具有很好的一致性,进一步验证了高频信息异常的可信度。

【总页数】9页(P232-240)
【作者】斯琴;关冬晓;王斌;郭春生
【作者单位】新疆维吾尔自治区地震局
【正文语种】中文
【中图分类】P315.72
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4.精河
M_(S)6.6地震前应变高频异常分析5.基于四分量钻孔应变的天山中段地区构造应变变化
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