本發(fā)明涉及一種基于微震監(jiān)測的地下工程巖體錨注效果的檢測方法。

背景技術(shù)：
近年來，國家一方面對交通、水利水電等基礎(chǔ)性工程持續(xù)加大投入，另一方面為了緩解地面空間利用越發(fā)緊張的嚴(yán)峻形式，也相繼加大了對城市地下空間的開發(fā)力度；同時由于煤炭等礦產(chǎn)資源開采強(qiáng)度和深度的增加，使得對地下工程巖體穩(wěn)定性提出了更高的要求。錨注技術(shù)在提高巖體強(qiáng)度和完整性，發(fā)揮支護(hù)構(gòu)件承載能力和控制巖體變形等方面具有顯著優(yōu)勢，因此在上述地下工程巖體加固得到了廣泛的應(yīng)用。目前關(guān)于錨注效果檢測多是單因素、定性檢測，主要采用鉆孔電視、表面位移收斂等手段，而鉆孔電視需要在開挖后的巖體進(jìn)行鉆孔等二次人為破壞，表面位移收斂對洞室整體斷面變形監(jiān)測不足，這些缺陷均導(dǎo)致了對錨注效果檢測的不準(zhǔn)確、不合理。微震監(jiān)測技術(shù)在巖體破裂能量檢測方面精度高，且不需要對開挖后的巖體進(jìn)行二次人為破壞，近年來被越來越多的應(yīng)用于巖爆、突水突泥、沖擊地壓預(yù)測等地下工程領(lǐng)域，但是在巖體錨注效果檢測中未見相關(guān)報道。利用微震監(jiān)測技術(shù)，采集并處理地下工程巖體開挖過程中巖體破裂能量，同時結(jié)合支護(hù)構(gòu)件無損檢測、斷面收斂等監(jiān)測手段，可以較為全面、科學(xué)定量的對錨注效果進(jìn)行檢測。傳統(tǒng)的對地下工程錨注效果的檢測方法具有以下缺點(diǎn)：1、需要對巖體進(jìn)行鉆孔等二次人為破壞，增加了對巖體的擾動破壞；2、對洞室整體斷面變形監(jiān)測不足，導(dǎo)致了對錨注效果檢測的不準(zhǔn)確、不合理；3、需要輔以室內(nèi)試驗(yàn)才能確定工程的錨注質(zhì)量效果，測定周期長，過程繁瑣，影響施工進(jìn)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多因素、定量的基于微震監(jiān)測的地下工程巖體錨注效果的檢測方法。通過引入微震監(jiān)測技術(shù)，實(shí)時獲取巖體破裂能量分布情況，結(jié)合無損檢測、斷面收斂監(jiān)測等手段，建立起地下工程巖體錨注效果綜合定量檢測指標(biāo)，填補(bǔ)了在無人為破壞方面地下工程巖體錨注效果檢測方面的空白，完善了錨注效果檢測體系。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：。一種基于微震監(jiān)測的地下工程巖體錨注效果的檢測方法，包括以下步驟：步驟1：選擇相應(yīng)的工程巖體，沿巖體開挖方向不分先后次序的分別進(jìn)行非錨注支護(hù)Z1試驗(yàn)和錨注支護(hù)Z2試驗(yàn)，利用微震監(jiān)測儀器，確定兩種支護(hù)方式中各自支護(hù)段的巖體等效擾動距離和巖體等效破裂距離；步驟2：利用無損檢測儀器，分別獲取兩種支護(hù)方式各自支護(hù)段的支護(hù)構(gòu)件等效利用率和支護(hù)構(gòu)件失效率；步驟3：采集統(tǒng)計不同的圍巖穩(wěn)定狀態(tài)下相應(yīng)區(qū)域的洞室斷面平均收斂面積；步驟4：基于非錨注支護(hù)段和錨注支護(hù)段的所述巖體等效擾動距離、所述巖體等效破裂距離、所述支護(hù)構(gòu)件的等效利用率、所述支護(hù)構(gòu)件的所述失效率、所述洞室斷面平均收斂面積，確定相應(yīng)的反映錨注支護(hù)段相對于非錨注支護(hù)段錨注效果的參數(shù)分析值；步驟5：將所述參數(shù)分析值利用權(quán)重分析法，建立錨注效果綜合定量檢測指標(biāo)，根據(jù)所檢測的錨注效果，指導(dǎo)現(xiàn)場錨注工作。上述步驟1-步驟3不分先后順序。所述步驟1中，沿所述巖體開挖面分別進(jìn)行所述非錨注支護(hù)試驗(yàn)和所述錨注支護(hù)試驗(yàn)，完成一種支護(hù)試驗(yàn)之后進(jìn)行另一種支護(hù)試驗(yàn)。所述步驟1中，所述巖體等效擾動距離的確定方法為：利用所述微震監(jiān)測儀器，根據(jù)微震能量分布情況，確定開挖過程中的擾動形成區(qū)、擾動發(fā)展區(qū)和擾動降低區(qū)，所述擾動形成區(qū)、所述擾動發(fā)展區(qū)、所述擾動降低區(qū)各自沿開挖方向的水平長度的加權(quán)平均值，即為所述巖體等效擾動距離。所述擾動形成區(qū)為沿開挖方向的開挖面至巖體破裂能量峰值位置的區(qū)域，所述擾動發(fā)展區(qū)為巖體破裂能量峰值位置至巖體破裂能量為102J的區(qū)域，所述擾動降低區(qū)為巖體破裂能量102～0J的區(qū)域。所述步驟1中，所述巖體等效破裂距離的確定方法為：利用所述微震監(jiān)測儀器，根據(jù)微震能量分布情況，確定開挖過程中的嚴(yán)重破裂區(qū)、中等破裂區(qū)和一般破裂區(qū)，所述嚴(yán)重破裂區(qū)、所述中等破裂區(qū)、所述一般破裂區(qū)各自的邊界最遠(yuǎn)位置至開挖斷面邊界距離的加權(quán)平均值，即為所述巖體等效破裂距離。巖體破裂能量大于104J為高等級能量區(qū)、對應(yīng)嚴(yán)重破裂區(qū)，巖體破裂能量104～102J為中等級能量區(qū)、對應(yīng)中等破裂區(qū)，巖體破裂能量102～0J為低等級能量區(qū)、對應(yīng)一般破裂區(qū)。所述步驟2中，所述支護(hù)構(gòu)件等效利用率的確定方法為：利用所述無損檢測儀器，分別獲取所述支護(hù)構(gòu)件在所述擾動形成區(qū)、所述擾動發(fā)展區(qū)、所述擾動降低區(qū)的荷載平均值，所述支護(hù)構(gòu)件的所述擾動形成區(qū)荷載平均值、所述擾動發(fā)展區(qū)的荷載平均值、所述擾動降低區(qū)的荷載平均值三者的加權(quán)平均值，與所述支護(hù)構(gòu)件的屈服強(qiáng)度的比值，即為所述支護(hù)構(gòu)件等效利用率。所述步驟2中，所述支護(hù)構(gòu)件失效率的確定方法為：在采用同一種支護(hù)方式的支護(hù)段中，超過屈服階段的支護(hù)構(gòu)件的數(shù)量與該種所述支護(hù)構(gòu)件總數(shù)的比值。所述步驟2中，所述支護(hù)構(gòu)件包括錨桿和錨索。所述步驟3中，所述不同的圍巖穩(wěn)定狀態(tài)下相應(yīng)區(qū)域包括：所述擾動形成區(qū)、所述擾動發(fā)展區(qū)和所述擾動降低區(qū)，通過在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干洞室斷面輪廓收斂測站，測量各所述測站所在處的洞室斷面收斂面積，所述洞室斷面平均收斂面積為同一圍巖穩(wěn)定狀態(tài)下，所測得的各所述洞室斷面收斂面積的平均值。所述步驟4中，所述參數(shù)分析值包括巖體開挖擾動減少率、巖體破裂減少率、構(gòu)件利用提高率、構(gòu)件失效減少率、斷面收斂減少率；所述巖體開挖擾動減少率為：所述Z1的巖體等效擾動距離與所述Z2的巖體等效擾動距離的差值，與所述Z1的巖體等效擾動距離的比值；所述巖體破裂減少率為：所述Z1的所述巖體等效破裂距離與所述Z2的所述巖體等效破裂距離的差值，與所述Z1的所述巖體等效破裂距離的比值；所述構(gòu)件利用提高率為：所述Z2的所述支護(hù)構(gòu)件等效利用率與所述Z1的所述支護(hù)構(gòu)件等效利用率的差值，與所述Z2的所述支護(hù)構(gòu)件等效利用率的比值；所述構(gòu)件失效減少率為：所述Z1的所述支護(hù)構(gòu)件失效率與所述Z2的支護(hù)構(gòu)件失效率的差值，與所述Z1的所述支護(hù)構(gòu)件失效率的比值；所述斷面收斂減少率為：其中，ei為相關(guān)系數(shù)，i＝1，2，3，且Σei＝1，在Z1、Z2擾動形成區(qū)的面積分別為擾動發(fā)展區(qū)的面積分別為擾動降低區(qū)的面積分別為所述步驟5中，所述錨注效果綜合定量檢測指標(biāo)，為各所述參數(shù)分析值的加權(quán)平均值。本發(fā)明的有益效果為：(1)本發(fā)明首次將微震監(jiān)測技術(shù)引入到地下工程巖體錨注效果檢測中，避免了對開挖后巖體進(jìn)行再次人為破壞等缺陷，可以實(shí)時獲得巖體破裂能量信號分布情況，方法更具先進(jìn)性、新穎性和實(shí)用性。(2)本發(fā)明屬于多因素綜合定量檢測方法，克服了單因素、定性檢測等方面的缺點(diǎn)，使得檢測方法更加全面科學(xué)合理。(3)本發(fā)明填補(bǔ)了在無人為破壞方面地下工程巖體錨注效果檢測方面的空白，完善了錨注效果檢測體系。(4)本發(fā)明加強(qiáng)了對洞室整體斷面的變形監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果更加全面，進(jìn)而可以更加準(zhǔn)確合理的檢測錨注效果。(5)本發(fā)明無需進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，現(xiàn)場即可檢測工程的錨注效果，進(jìn)而指導(dǎo)錨注施工，實(shí)效性更強(qiáng)，有利于提高施工進(jìn)度。附圖說明圖1為本發(fā)明地下工程巖體錨注效果綜合定量檢測流程圖。圖2為本發(fā)明巖體破裂微震能量采集示意圖。圖3為本發(fā)明基于巖體破裂微震能量分布確定的擾動范圍示意圖。圖4為本發(fā)明基于不同巖體破裂微震能量等級確定的破裂距離示意圖。圖5為本發(fā)明不同擾動范圍錨注支護(hù)構(gòu)件工作荷載統(tǒng)計分布示意圖。圖6為本發(fā)明巖體開挖洞室斷面收斂示意圖。其中：R1為巖體開挖擾動減少率，R2為巖體破裂減少率，R3為支護(hù)構(gòu)件中錨桿利用提高率，R4為支護(hù)構(gòu)件中錨索利用提高率，R5為支護(hù)構(gòu)件中錨桿失效減少率，R6為支護(hù)構(gòu)件中錨索失效減少率，R7為斷面收斂減少率，R為綜合定量指標(biāo)，R0為現(xiàn)場檢測指標(biāo)。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。一種基于微震監(jiān)測的地下工程巖體錨注效果綜合定量檢測方法，它包括以下步驟：步驟一，選擇一條整體地質(zhì)條件接近的工程巖體，沿開挖方向平均分兩段支護(hù)，第一段為非錨注支護(hù)，記為Z1，第二段為錨注支護(hù)，記為Z2，安裝微震監(jiān)測儀器，對距開挖面不同距離條件下巖體破裂微震能量進(jìn)行采集，根據(jù)微震能量分布情況，確定開挖過程中擾動形成區(qū)，擾動發(fā)展區(qū)和擾動降低區(qū)范圍，計算巖體等效擾動距離；根據(jù)洞室周邊巖體破裂微震能量分布情況，確定洞室周邊巖體嚴(yán)重破裂區(qū)、中等破裂區(qū)和一般破裂區(qū)范圍，計算巖體等效破裂距離；步驟二，利用錨桿(索)無損檢測儀器，對Z1、Z2擾動形成區(qū)，擾動發(fā)展區(qū)和擾動降低區(qū)進(jìn)行大范圍的普通錨桿(索)、注漿錨桿(索)工作荷載檢測，統(tǒng)計不同范圍并且沒有超出屈服極限的普通錨桿(索)、注漿錨桿(索)工作荷載平均值，計算不同范圍內(nèi)普通錨桿(索)、注漿錨桿(索)支護(hù)構(gòu)件等效利用率；統(tǒng)計超出屈服極限的普通錨桿(索)、注漿錨桿(索)的個數(shù)，計算普通錨桿(索)、注漿錨桿(索)支護(hù)構(gòu)件失效率；步驟三，在Z1、Z2擾動形成區(qū)，擾動發(fā)展區(qū)和擾動降低區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)若干洞室斷面輪廓收斂測站，采集統(tǒng)計距開挖面不同距離條件下洞室斷面平均收斂面積；步驟四，錨注效果檢測參數(shù)分析：基于巖體等效擾動距離，巖體等效破裂距離，普通錨桿(索)、注漿錨桿(索)支護(hù)構(gòu)件等效利用率，普通錨桿(索)、注漿錨桿(索)支護(hù)構(gòu)件失效率，洞室斷面平均收斂面積，分別計算得到巖體開挖擾動減少率，巖體破裂減少率，構(gòu)件利用提高率、構(gòu)件失效減少率、斷面收斂減少率；步驟五，錨注效果綜合定量檢測：基于步驟四得到的各種參數(shù)分析值，利用權(quán)重分析法，建立錨注效果綜合定量檢測指標(biāo)，以現(xiàn)場錨注效果檢測值為標(biāo)準(zhǔn)，對錨注效果進(jìn)行定量檢測。步驟一中，所述微震監(jiān)測儀器帶有可移動探頭，通過移動探頭，明確距開挖面不同距離條件下巖體破裂微震能量分布情況，確定Z1、Z2擾動形成區(qū)長度分別為擾動發(fā)展區(qū)長度分別為擾動降低區(qū)長度分別為Z1、Z2巖體等效擾動距離分別為其中，為相關(guān)系數(shù)，i＝1，2，j＝1，2，3，且步驟一中，所述洞室周邊巖體嚴(yán)重破裂區(qū)邊界最遠(yuǎn)位置至開挖斷面邊界距離分別為中等破裂區(qū)邊界最遠(yuǎn)位置至開挖斷面邊界距離分別為一般破裂區(qū)邊界最遠(yuǎn)位置至開挖斷面邊界距離分別為Z1、Z2巖體等效破裂距離分別為其中，分別為相關(guān)系數(shù)，i＝1，2，j＝1，2，3，且步驟二中，所述不同范圍并且沒有超出屈服極限的普通錨桿、錨索工作荷載平均值，在Z1擾動形成區(qū)為擾動發(fā)展區(qū)為擾動降低區(qū)為普通錨桿等效利用率為錨索等效利用率為不同范圍內(nèi)注漿錨桿、注漿錨索工作荷載平均值在Z2擾動形成區(qū)為擾動發(fā)展區(qū)為擾動降低區(qū)為注漿錨桿等效利用率為注漿錨索等效利用率為其中，分別為相關(guān)系數(shù)，i＝1，2，j＝1，2，3，E1為普通錨桿屈服極限，F(xiàn)1為錨索屈服極限，E2為注漿錨桿屈服極限，F(xiàn)2為注漿錨索屈服極限。步驟二中，所述超出屈服極限的普通錨桿、錨索的個數(shù)分別為普通錨桿失效率為錨索失效率為超出屈服極限的注漿錨桿、注漿錨索的個數(shù)分別為注漿錨桿失效率為錨索失效率為其中，M1為普通錨桿檢測總數(shù)，N1為錨索檢測總數(shù)，M2為注漿錨桿檢測總數(shù)，N2為注漿錨索檢測總數(shù)。步驟三中，所述距開挖面不同距離條件下洞室斷面平均收斂面積，在Z1、Z2擾動形成區(qū)分別為擾動發(fā)展區(qū)分別為擾動降低區(qū)分別為步驟四中，所述巖體開挖擾動減少率為R1＝(L1-L2)/L1；巖體破裂減少率為R2＝(D1-D2)/D1；構(gòu)件利用提高率為R3＝(G2-G1)/G2，R4＝(H2-H1)/H2；構(gòu)件失效減少率為R5＝(T1-T2)/T1，R6＝(W1-W2)/W1；斷面收斂減少率為其中，ei為相關(guān)系數(shù)，i＝1，2，3，且∑ei＝1。步驟五中，所述錨注效果綜合定量檢測指標(biāo)，是利用權(quán)重分析法得到的，即R＝ΣkiRi，i＝1～7，其中ki為分配系數(shù)，主要依據(jù)相關(guān)參數(shù)的比重進(jìn)行分配，且Σki＝1。實(shí)施例1：本發(fā)明基于微震監(jiān)測技術(shù)，同時結(jié)合無損檢測和斷面收斂監(jiān)測等手段，分別計算得到巖體開挖擾動減少率，巖體破裂減少率，構(gòu)件利用提高率、構(gòu)件失效減少率、斷面收斂減少率等參數(shù)，然后利用權(quán)重分配，建立綜合定量檢測指標(biāo)，對地下工程巖體錨注效果進(jìn)行科學(xué)合理的檢測。本發(fā)明的具體步驟為：第一步，數(shù)據(jù)采集。A、選擇一條整體地質(zhì)條件接近的工程巖體，沿開挖方向平均分兩段支護(hù)，第一段為非錨注支護(hù)，記為Z1，第二段為錨注支護(hù)，記為Z2。如圖2所示，安裝微震監(jiān)測儀器，對距開挖面不同距離條件下巖體破裂微震能量進(jìn)行采集，如圖3所示，根據(jù)微震能量分布情況，確定Z1、Z2擾動形成區(qū)長度分別為擾動發(fā)展區(qū)長度分別為擾動降低區(qū)長度分別為如圖4所示，根據(jù)洞室周邊巖體破裂微震能量分布情況，確定Z1、Z2洞室周邊巖體嚴(yán)重破裂區(qū)邊界最遠(yuǎn)位置至開挖斷面邊界距離分別為中等破裂區(qū)邊界最遠(yuǎn)位置至開挖斷面邊界距離分別為一般破裂區(qū)邊界最遠(yuǎn)位置至開挖斷面邊界距離分別為B、如圖5所示，利用錨桿(索)無損檢測儀器，對Z1、Z2擾動形成區(qū)，擾動發(fā)展區(qū)和擾動降低區(qū)進(jìn)行大范圍的普通錨桿(索)、注漿錨桿(索)工作荷載檢測，統(tǒng)計不同范圍并且沒有超出屈服極限的普通錨桿、錨索工作荷載平均值，在Z1擾動形成區(qū)為擾動發(fā)展區(qū)為擾動降低區(qū)為注漿錨桿、注漿錨索工作荷載平均值在Z2擾動形成區(qū)為擾動發(fā)展區(qū)為擾動降低區(qū)為統(tǒng)計Z1中超出屈服極限的普通錨桿、錨索的個數(shù)分別為Z2中超出屈服極限的注漿錨桿、注漿錨索的個數(shù)分別為C、在Z1、Z2擾動形成區(qū)，擾動發(fā)展區(qū)和擾動降低區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)若干洞室斷面輪廓收斂測站，如圖6所示，采集統(tǒng)計距開挖面不同距離條件下洞室斷面平均收斂面積，在Z1、Z2擾動形成區(qū)分別為擾動發(fā)展區(qū)分別為擾動降低區(qū)分別為第二步，數(shù)據(jù)處理。D、根據(jù)第一步所獲得的數(shù)據(jù)，計算Z1、Z2巖體等效擾動距離分別為其中，為相關(guān)系數(shù)，i＝1，2，j＝1，2，3，且E、根據(jù)第一步所獲得的數(shù)據(jù)，計算Z1、Z2巖體等效破裂距離分別為其中，分別為相關(guān)系數(shù)，i＝1，2，j＝1，2，3，且F、根據(jù)第一步所獲得的數(shù)據(jù)，計算普通錨桿等效利用率為錨索等效利用率為注漿錨桿等效利用率為注漿錨索等效利用率為其中，分別為相關(guān)系數(shù)，i＝1，2，j＝1，2，3，E1為普通錨桿屈服極限，F(xiàn)1為錨索屈服極限，E2為注漿錨桿屈服極限，F(xiàn)2為注漿錨索屈服極限。G、根據(jù)第一步所獲得的數(shù)據(jù)，計算普通錨桿失效率為錨索失效率為注漿錨桿失效率為錨索失效率為其中，M1為普通錨桿檢測總數(shù)，N1為錨索檢測總數(shù)，M2為注漿錨桿檢測總數(shù)，N2為注漿錨索檢測總數(shù)。第三步，效果分析。根據(jù)第二步所獲得的數(shù)據(jù)，計算巖體開挖擾動減少率為R1＝(L1-L2)/L1；巖體破裂減少率為R2＝(D1-D2)/D1；構(gòu)件利用提高率為R3＝(G2-G1)/G2，R4＝(H2-H1)/H2；構(gòu)件失效減少率為R5＝(T1-T2)/T1，R6＝(W1-W2)/W1；斷面收斂減少率為其中，ei為相關(guān)系數(shù)，i＝1，2，3，且∑ei＝1。第四步，定量檢測。根據(jù)第三步對數(shù)據(jù)的整理分析，利用權(quán)重分析法，建立錨注效果綜合定量檢測指標(biāo)，即R＝∑kiRi，i＝1～7，其中ki為分配系數(shù)，主要依據(jù)相關(guān)參數(shù)的比重進(jìn)行分配，且∑ki＝1。以現(xiàn)場錨注效果檢測值為標(biāo)準(zhǔn)，對錨注效果進(jìn)行定量檢測。實(shí)施例2：巖體等效擾動距離的另一種確定方法為：擾動形成區(qū)、擾動發(fā)展區(qū)、擾動降低區(qū)各自中點(diǎn)位置至開挖面的距離的加權(quán)平均值。巖體等效破裂距離的另一種確定方法為：分別獲取沿開挖斷面邊界頂部、底部、左右兩幫等典型位置至嚴(yán)重破裂區(qū)、中等破裂區(qū)、一般破裂區(qū)邊界的平均距離，再對所述的嚴(yán)重破裂區(qū)、中等破裂區(qū)、一般破裂區(qū)的平均距離進(jìn)行加權(quán)平均，即為所述的巖體等效破裂距離。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，未予以詳細(xì)說明的部分，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行贅述。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。